【正文】 ............................................................................................... 32 附錄 1：系統(tǒng)總圖 ................................................................................................ 32 附錄 2： 程序 ...................................................................................................... 32 基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng) 1 1 引言 選題的背景 隨著人們生活水平的不斷提高 ,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。本系統(tǒng) 利用 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器件， DS18B20 作為測溫傳感器通過 LED 數(shù)碼管串口實(shí)現(xiàn)溫度顯示，通過按鍵電路設(shè)置上下限報(bào)警溫度。并且在到達(dá)報(bào)警溫度后，系統(tǒng)會自 動報(bào)警。單片機(jī)在測控領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，它既可以測量電信號，又可以測量溫度濕度等非電信號。時(shí)下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、模糊控制化己成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。 目前的智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )是在 20 世紀(jì) 90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)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，適配各種微控制器 (MCU)。 傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻和 AD590為溫度敏感元件。 單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng) 2 小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動化和各個(gè)測控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。利用外接的鍵盤設(shè)置電路，對溫度進(jìn)行上下限設(shè)置。選用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，輸出信號全數(shù)字化。 C~+125176。 AT89S52 顯示設(shè)備 報(bào)警電路 溫度傳感器 鍵盤設(shè)定 基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng) 4 3 器件的選擇 本設(shè)計(jì)是選 用 DS18B20 作為溫度傳感器，選用 AT89S52 單片機(jī)作為整個(gè)設(shè)計(jì)的核心處理器部分。片內(nèi)含 8K bytes的可 反復(fù) 擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM） 和 256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令系統(tǒng)。 （ 3） 壽命： 1000寫 /擦循環(huán)。 （ 7） 128*8位內(nèi)部 RAM。 （ 11）可編程串行通道。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。 32 位的 I/O 口線能夠使得單片機(jī)與溫度顯示器、溫度傳感器、鍵盤、報(bào)警電路、按鍵電路和指示燈連接等等變得可能。因此，對于本設(shè)計(jì)來說，選擇 AT89S52 是最有利的。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。P0 口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動 8個(gè) LSTTL 負(fù) 載。 對 P1 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。當(dāng)使用片外存儲器（ ROM 及 RAM）時(shí)，輸出高 8 位地址。 P3 口提供各種替代功能。 —— TXD（串行輸出口），輸出。 —— T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1的外部輸入，輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 ALE 可以驅(qū)動 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。 PSEN 可以驅(qū)動 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 IDL是空閑等待方式，當(dāng) IDL=1，激活空閑工作模式，點(diǎn)偏激進(jìn)入睡眠狀態(tài)。 終止空閑工作模式的方法有兩種，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨 RST1（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式的那條指令后面的一條指令。 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令。 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 因此用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。當(dāng)工作于寄生 電源時(shí)，此引腳必須接地。 圖 34 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （ 3）零待機(jī)功耗。 （ 7）報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度的器件。利用用戶能自定義報(bào)警設(shè)置這一特點(diǎn)，能夠在實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能上得到很大的便利，同時(shí)極強(qiáng)的抗干擾性能使得溫度的檢測更加準(zhǔn)確，作為溫度計(jì)最基本的要求，準(zhǔn)確必須滿足。 圖 35 DS18B20 測溫原理圖 顯示器的選擇 由于設(shè)計(jì)中要求顯示測試溫度，因此顯示屏首先要能夠一次性容納這些字符。 LED 的伏安特性類似于普通二極管，正向壓降約為 2伏左右，工作電流一般在 10 20mA 之間較為合適。 8段 LED 通過不同段點(diǎn)亮?xí)r的組合，可以顯示 0~ A~F 等十六進(jìn)制數(shù)。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮 。 蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，廣泛應(yīng)用與計(jì)算機(jī) 、 打印機(jī) 、 報(bào)警器 、 定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā) 聲 器件。 排阻一般應(yīng)用在 數(shù)字電路 上，比如：作為某個(gè)并行口的上拉或者 下拉電阻 用 。本系統(tǒng)選用respack8排阻。 圖 41 單片機(jī)電路 晶振電路 晶振電路和復(fù)位電路與單片機(jī)連接構(gòu)成最小系統(tǒng)電路，如何選取合適的引腳，選取何種連接方式都至關(guān)重要。 在晶振電路中， AT89S52 具有兩種晶振方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需要在引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 1030pf。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，外接石英晶體和振蕩電容，構(gòu)成了片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式。而整個(gè)電路的作用則是為了產(chǎn)生自激振蕩。 引腳 RST 作用是復(fù)位輸入。 圖 44 復(fù)位電路 溫度采集電路 溫度控制電路主要運(yùn)用到了 DS18B20 和 AT89S52。這里采用的是第一種連接方法 ,如圖 45所示 : 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)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng) 17 輸入。 C 時(shí)，四個(gè)數(shù)碼管全部亮。當(dāng)所測溫度超過獲低于所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警輸出。主程序的第二個(gè)功能是查詢 SET 鍵是否被按下，以實(shí)現(xiàn)設(shè)置溫度上下限的功能。在讀出時(shí)須進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 流程圖 53 如下： 基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng) 22 圖 53 溫度轉(zhuǎn)換命令字程序流程圖 計(jì)算溫度子程序 計(jì)算溫度子程序?qū)?RAM 中讀取值進(jìn)行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并 進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定。 圖 61 軟件設(shè)計(jì)流程框圖 原理圖的繪制 在設(shè)計(jì)過程中我主要使用 Proteus7 Professional issis 軟件完成系統(tǒng)原理圖的繪制 與仿真 。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用，除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外， Proteus 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實(shí)時(shí)的顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號，在 Proteus 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件 : *.HEX,可以在Proteus 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程，不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。 在這里進(jìn)行一些簡單的操作流程介紹。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil C51 工具包 uVision 是 C51 for Windows 的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng) 27 以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。當(dāng)程序無錯(cuò)誤時(shí)，就可以將文件載入到單片機(jī)電路圖中進(jìn)行模擬仿真。如圖 63 所示。 通過仿真可知本系統(tǒng)能正確的顯示被測點(diǎn)的溫度，當(dāng)超出設(shè)定范圍時(shí)，也能準(zhǔn)確的報(bào)警提示，但當(dāng)被測溫度變化較大時(shí)，該系統(tǒng)不能迅速的做出響應(yīng)，需要改進(jìn)。通過各種渠道開始準(zhǔn)備工作 — 通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館搜集相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等。 本課題的最大的重點(diǎn)、難點(diǎn)便是初步接觸溫度傳感器，要對傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等各方面從頭開始琢磨 以及電路的實(shí)現(xiàn)過程和怎么樣通過單片機(jī)來間接的控制。在這一個(gè)充滿挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿熱情伴隨打擊的過程中，我感觸頗深，它已不僅是一個(gè)對我四年學(xué)習(xí)知識情和耐心況和我的應(yīng)用動手能力的檢驗(yàn)，而且還是對我的鉆研精神，面對困難的心態(tài)，做事的毅力的考驗(yàn)。 與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，由于并且單片機(jī)價(jià)格的相對低廉，能夠大量的普及。只要配上適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅鳎@個(gè)系統(tǒng)便還可以實(shí)現(xiàn)很多領(lǐng)域的溫度自動控制。 在農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)發(fā)展的今天，大棚溫度需要嚴(yán)格控制，而溫度計(jì)的使用能夠幫助管理者更好的控制大棚溫度。 轉(zhuǎn)眼間，我在上海電力學(xué)院度過了寶貴的四年時(shí)光，這四年的學(xué)習(xí)生活經(jīng)歷將是我一生的財(cái)富。從論文的選題、撰寫到各細(xì)微的部分馬老師都傾注了心血，使我深深感受到馬老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度。 我還要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關(guān)心、關(guān)注和支持！ 感謝自動化 034 班全體同學(xué)對我的支持與幫助，感謝我的 室友在大學(xué)四年中的的朝夕相伴，他們在生活和學(xué)習(xí)中給了我很大的關(guān)懷與幫助，使我渡過了一段難忘的快樂時(shí)光。永遠(yuǎn)以一顆為人民服務(wù)的心來回報(bào)。 //溫度值 int ss。//定時(shí)器中斷次數(shù) uchar data buf[4]。//+ sbit k2=P2^6。 //蜂鳴器 sbit HLight=P1^2。 //溫度上限設(shè)置指示燈 sbit Green=P1^7。 //函數(shù)的聲明區(qū) void key_to1()。 void Show()。 //DQ 復(fù)位 delay(10)。 //拉高總線 delay(20)。 uchar dat = 0。 // 給脈沖信號 dat=1。 } return(dat)。 i) { DATA = 0。 DATA = 1。 uchar b=0。 WriteOneChar(0xCC)。 //跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0xBE)。 t=8。 return(t)。 buf[3]=dd%100/10。j++) { P2=0xff。 //顯示小數(shù)點(diǎn) delay(100)。 //片選 LCD1 P0=0x40。 P2=0xfb。 P0=0x00。 P2=0xff。//片選 LCD3 P0=table[buf[3]]。 delay(100)。 P2=0xff。 // 初始燈為滅的 P0=0x00。 P2=0xfd。 //動態(tài)顯示 for(j=0。 buf[1]=dd/100。 tt=t*。//低位 b=ReadOneChar()。 // 啟動溫度轉(zhuǎn)換 Init_DS18B20()。 float tt=0。 } 基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng) 35 delay(8)。0x01。 for (i=8。 // 給脈沖信號 if(DATA) dat|=0x80。i0。 //稍做延時(shí)后 如果 x=0 則初始化成功 x=1 則初始化失敗 delay(30)。 //單片機(jī)將 DQ 拉低 delay(80)。 } //DS18b20 溫度傳感器所需函數(shù)，分為初始化，讀寫字節(jié)，讀取溫度 4 個(gè)函數(shù)