【正文】 遍而且重要的物理參數(shù)之一。我們采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS18B20 之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元件，溫度范圍為 55~125℃ ， 最高分辨率可達(dá)℃ 。該電路設(shè)計新穎、功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單。 目前的數(shù)字溫度傳感器是在 20 世紀(jì) 90 年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù) （ ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配微控制器 （ MCU)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 緒論 設(shè)計背景 溫度計的介紹 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要，測溫技術(shù)也不斷地改進(jìn)和提高。這種溫度計精確度很高，多用于精密測量。電阻溫度計 的測量范圍為 260℃ ~600℃左右。由于銅的熱脹冷縮效果要比鐵明顯的多，因此當(dāng)溫度升高時，銅片牽拉鐵片向右彎曲，指針在雙金屬片的帶動下就向右偏轉(zhuǎn)（指向高溫）；反之，溫度變低，指針在雙金屬片的帶動下就向左偏轉(zhuǎn)（指向低溫）。價格 低廉，不需要外部能源。 溫度傳感器的發(fā)展?fàn)顩r 單片機(jī)在測控領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，它既可以直接處理電信號，也可以間接處理溫度、濕度、壓力等非電信號。 本文正是基于溫度傳感器和單片機(jī)而構(gòu)建的電路，進(jìn)而完成溫度的測量和顯示。 目前使用最廣的是智能溫度傳感器 （ 亦稱數(shù)字溫度傳感器 )，是在 20世紀(jì) 90 年代中期問世的。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 選題的目的和意義 選題的目的 利用單片機(jī) AT89C52 和溫度傳感器 DS18B20 設(shè)計一個設(shè)計溫度計，能夠測量 20~80℃之間的溫度值，并且小于 20℃和大 于 32℃時報警，用LCD 液晶屏 顯示，測量精度為 ℃。在三大信息信息采集（即傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計算機(jī)技術(shù)）中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是數(shù)字溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用的非常廣泛可以說是滲透到社會的每一個領(lǐng)域，與人民的生活和環(huán)境的溫度息息相關(guān) [8]。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 復(fù)位電路晶振電路報警電路數(shù)碼管ADC089按鍵防抖動AT89C51單片機(jī)圖 21 熱電偶溫差電路測溫系統(tǒng)框圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 方案二 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。 DS18B20 的最大 特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由 溫度傳感器 DS18B20 和 單片機(jī) AT89C52 構(gòu)成的溫度測量裝置 ， 它直接輸出溫度的數(shù)字信號 ， 可直接與計算機(jī)連接 [10 ]。 該系統(tǒng)利用 AT89C52 芯片控制溫 度傳感器 DS18B20 進(jìn)行實(shí)時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報警溫度。 系統(tǒng)設(shè)計原理 本課題以是 AT89C52 單片機(jī)為核心設(shè)計的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等組成 [12]。 L C D 顯 示溫 度 傳 感 器單 片 機(jī) 復(fù) 位報 警 電 路時 鐘 振 蕩主 控 制 器 圖 22 系統(tǒng)基本方框圖 1. 主控制器 單片機(jī) AT89C52 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。用 單片機(jī) AT89C52 芯片控制溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行實(shí)時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報警溫度。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件的 設(shè)計 AT89C52 的 介紹 1. AT89C52 簡介 AT89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃 速 可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī) [15]。 圖 31 AT89C52 的管腳排列圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 2. 主要特性： (1) 與 MCS51 兼容 。 (5) 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz。 (9) 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 。 (13) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻 抗 輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是帶 8 個內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。 P3 口也可作為 AT89C52 的一些特殊功能口，如下表 31 所示 。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。在由外部程序存儲器取指令時 ，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。在 FLASH ROM 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 DS18B20 的介紹 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器?！?。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 VDD：可接電源，也可接地。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如33 圖所示。光刻ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。芯片出廠時默認(rèn)為 12 位的轉(zhuǎn)換精度。 表 33 溫度數(shù) 據(jù) 格式 LS Byte MS Byte 其中“ S”為符號位，對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S＝ 0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位 S＝ 1 時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計算十進(jìn)制數(shù)值。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 表 36 DS18B20 分辨率設(shè)置 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉(zhuǎn)向時間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 由表 36 可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，控制器必須首先提供下面 5 個 ROM 操作命令之一： (1) 讀 ROM。 (5) 報警搜索。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 各由一個 E2PROM 字節(jié)構(gòu)成。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù) 振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 另外， DS18B20 單線通信功能是分時完成的，有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀 /寫時序很重要。 復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 15~60 微秒左右后發(fā)出 60~240 微秒的低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功 。當(dāng)單總線上所掛 DS18B20 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 數(shù)字 溫度計電路設(shè)計 數(shù)字溫度計原理圖 溫度計電路設(shè)計原理圖如圖 35 所示 ， 控制器使用單片機(jī) AT89C52，溫度計傳感器使用 DS18B20， 用 液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。最后， SMC1602A 芯片將送來的值顯示于顯示屏上。電容 C2， C3 的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振 有一定的影響，可在 20~100pF 之間選擇，典型值為 30pF。單片機(jī)在上電瞬間 C3 充電， RST 引腳出現(xiàn)正脈沖，只要 RST 保持兩個機(jī)械周期（大約 10ms）以上的高電平，單片機(jī)就能復(fù)位。另一種是寄生電源供電方式，如圖 38 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管完成對總線的上拉。 圖 38 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 顯示電路的設(shè)計 1. 1602LCD 液晶簡介 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組 成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 表 37 液晶 1602 引腳表 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對比度調(diào)整段 4 RS RS 為寄存器選擇，高電平 1 時 選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時選擇指令寄存器 。 (2) 內(nèi)含復(fù)位電路。 (6) 8 個可由用戶自定義的 57 的字符發(fā)生器 CGROM。 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移， S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位。 DL：高電平時為 8 位總線，低電平時為 4 位總線。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 指令 8：顯示地址，第一行為： 80H—— 8FH,第二行為： C0H—— CFH。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍電路 。 (2) 提供了多種虛擬儀器。 Proteus 與其它單片機(jī)仿 真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。 支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰。 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav 文件）、指數(shù)信號、單頻 FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入。 (3) 獨(dú)特的單片 機(jī)協(xié)同仿真功能（ VSM） 支持主流的 CPU 類型：如 ARM 8051/5 AVR、 PIC10/1 PIC1PIC1 PIC2 dsPIC3 HC1 BASICSTAMP、 808 MSP430 等， CPU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將支持 CORTEX、 DSP 處理器。 (4) 實(shí)用的 PCB 設(shè)計平臺 原理圖到 PCB 的快速通道： 原理圖設(shè)計完成后，一鍵便可進(jìn)入 ARES的 PCB 設(shè) 計環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。畫完圖可以以圖形文件輸出，或者拷貝到剪切板以便其他文件使用。原理圖編輯窗口的操作是不同于常用的 WINDOWS 應(yīng)用程序的，正確的操作是：用左鍵放置元件；右鍵選擇元件；雙擊右鍵刪除元件；右鍵選中多個元件；先右鍵后左鍵編輯元件屬性；先右鍵后左鍵拖動元件；連線用左鍵，刪除用右鍵；改連接線：先右擊連線，再左鍵拖動；中鍵 可以 縮放原理圖。 Keil 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 2. Keil 軟件調(diào)試功能 應(yīng)用 Keil 進(jìn)行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存 — 建立工程并添加源文件 — 設(shè)置工程 — 編譯 /匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件 — 程序調(diào)試。加入文件后點(diǎn) close返回主界面，展開“ Source Group1”前面 +號，就會看到所加 入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。 Keil 能以單步執(zhí)行 （ 按 F11或選擇 DebugStep） 、過程單步執(zhí)行 （ 按 F10 或選擇 DebugStep Over） 、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 系統(tǒng)主程序 主程序 主程序主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出處理 DS18B20 的測量溫度 值。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。在本程序設(shè)計中，采用 1s 顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。在采