【正文】 DALLAS 公司的DS18B20，用液晶顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。社會(huì)的發(fā)展使得人們對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)之上從模擬到數(shù)字式，從集成化到智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展， 并且朝著多功能。編號(hào) 20201035103 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī) AT89C51 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) Design of Digital Thermometer Based on AT89C51 Single Chip Microputer 2020 年 6 月 學(xué) 生 姓 名 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號(hào) 1035103 指 導(dǎo) 教 師 分 院 電子分院 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的精確度和準(zhǔn)確度的要求都有了很大的增長(zhǎng)，而如何準(zhǔn)確和迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展水平。高精度、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高安全性和可靠性、開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳感器和虛擬傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 關(guān)鍵詞： 18B20 單片機(jī) LED 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ABSTRACT With the development of science and technology, precision and accuracy of modern society on various parameters of information requirements, there has been a lot of growth, and how accurate and fast access to these parameters will need to be subject to the level of development of modern information technology. Current smart temperature sensor (also referred to as digital temperature sensor) is launched in in the 1990 of the 20th century, is microelectronics technology, puter technology and automated testing technologies (ATE) bination. It features the output temperature data and related temperature control, suitable for various microcontroller (MCU). Society tends to make people39。 能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域 。單片機(jī) AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 數(shù)字式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)將給人們的生活帶來(lái)很大的方便，為人們生活水平的提高做出了貢獻(xiàn)。 分析上述兩種方案可以看出方案一是 使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后， 利 用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 圖 21 總體設(shè)計(jì)方框圖 主 控 制 器 L E D 顯 示 溫度傳感器 單片機(jī)復(fù)位 時(shí)鐘振蕩 報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 3 章 數(shù)字溫度計(jì)硬件設(shè)計(jì) 主控制器 AT89C51 AT89C51 的特點(diǎn)及特性： 40 個(gè)引腳， 4K Bytes FLASH 片內(nèi)程序 存儲(chǔ)器 ， 128 Bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16 位可編程定時(shí) 計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 。 （ 2） GND：接地。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作 為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 （ 5） P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 于外部下拉為低電 平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 （ 8） ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效 【 5】 。 （ 10） /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 （ 12） XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出 【 6】 。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 單片機(jī) AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn) ， 四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 DS18B20 作為單片機(jī) AT89C2051 的外部信號(hào)源，把所采集到的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò) I/O 接口傳給 51 單片機(jī)， 51 單片機(jī)啟動(dòng) ROM 內(nèi)的控制程序驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管，通過(guò) I/O 接口的數(shù)據(jù)線（單片機(jī)和數(shù)碼管的接口）把數(shù)據(jù)線 傳送給數(shù)碼管，將采集到的溫度顯示出來(lái)。 在硬件上，它和單片機(jī)的鏈接 有兩種方式。 CPU 對(duì)它的訪問(wèn)流程：先對(duì)ＤＳ１８Ｂ２０初始化，再進(jìn)行ＲＯＭ操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作和數(shù)據(jù)操作。 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見(jiàn)圖 34，其引腳功能描述見(jiàn)表 31。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過(guò)軟件寫入戶報(bào)警上下限 【 9】 。第 8 個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳送方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來(lái)完成。但是寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜（特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時(shí)），同時(shí)芯片的性能也有所降低。要是由于環(huán)境溫度變化太劇烈或加熱，或溫度傳感頭出現(xiàn)故障，而在一定時(shí)間內(nèi)，不能將溫I/O C 64 位 R O M 和 單 線 接 口 高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 Vdd 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 度控制到規(guī)定的溫度限內(nèi)，單片機(jī)也將會(huì)通過(guò)Ｐ１．５口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)送警報(bào)聲。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16溫度 LSB 溫度 MSB TH 用戶字節(jié) 1 TL 用戶字節(jié) 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2 字節(jié)。 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容作比較。主機(jī) ROM 的前56 位來(lái) 計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM數(shù)據(jù)是否正確。 減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 → 處理數(shù)據(jù) 【 12】 。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 圖 38 74LS164 引腳 圖 39 74LS164 內(nèi)部功能圖 串行輸入帶鎖存 時(shí)鐘輸入 ,串行輸入帶緩沖 異步清除 最高時(shí)鐘頻率可高達(dá) 36MHZ 功耗： 10mW/bit 系列工作溫度： 0176。 其工作過(guò)程如下： 發(fā)送，移位時(shí)鐘由 送出。 圖中有三個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計(jì)的上下限報(bào)警設(shè)置 ,圖中蜂鳴器可以在被測(cè)溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音，同時(shí) LED 數(shù)碼管將沒(méi)有被測(cè)溫度值顯示，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上下限，從而測(cè)出被測(cè)的溫度值。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖 41 所示。 圖 43 計(jì)算溫度流程圖 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為 0 時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位 【 17】 。 延時(shí) TSR3: SETB 。 定時(shí)入口 LCALL INIT_1820 JB ,TSS2 RET 。 跳過(guò) ROM 匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,0BEH 。 舍去溫度低位中小數(shù)點(diǎn) SWAP A MOV 37H,A MOV A,36H NB ,TEMPER_COV1 。 目前溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度 計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等。該器件可直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。 數(shù)字溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低廉、精確度高、反應(yīng)速度快、數(shù)字化顯示和不易損壞等特點(diǎn)，且性能穩(wěn)定，適用范圍廣，因此特別適用于對(duì)測(cè)溫要求