【正文】 了進行數(shù)據(jù)處理，單片機控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機上。 起止時間： 2020 年 3 月 2020 年 6 月 指導(dǎo)教師： 梁 禹 簽字 2020 年 3 月 1 日 教研主任： 簽字 年 月 日 學(xué)院院長： 簽字 年 月 日 摘要 近年來跟 隨著人們生活水平的不斷提高 ,單片機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，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來 越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 通過運用單片機和溫度傳感器對溫度進行測量；設(shè)計單片機的溫度測試系統(tǒng)硬件原理圖和進行模擬實驗。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是溫度檢測、數(shù)值顯示。 采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量在原理上雖然不困難但成本較高 ,還會遇到其它方面的問題。 溫度的測量是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的問題，而日常生活中常用的普通的溫度計不能和計算機接口，也就不能實現(xiàn)現(xiàn)代的工業(yè)控制。如：玻璃溫度計，雙金屬溫度計，壓力式溫度計 (2)利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件。熱輻射式高溫計就是根據(jù)這種熱輻射原理制成的 正在研究的檢測技術(shù) 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 序言 2 (1)晶體管溫度檢測元件半導(dǎo)體溫度檢測元件是具有代表性的新集成電路溫度檢測元件利用硅晶體管基極一發(fā)射極間電壓與溫度關(guān)系 (即半導(dǎo)體 PN 結(jié)的溫度特性 )進行測溫，并把測溫、激勵、信號處理電路和放大電路集成一體，封裝于小型管殼內(nèi)，即就構(gòu)成了集成電路溫度檢測元件 目前，國內(nèi)外也進行了生產(chǎn)。在常溫下，可作理想的標(biāo)準(zhǔn)溫度計之用。 (3)發(fā)展新型產(chǎn)品利用老的檢測技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足于用戶需要。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 序言 3 (6)標(biāo)定自動化應(yīng)用計算機技術(shù)，快速、準(zhǔn)確、自動地標(biāo)定溫度檢測器。如近年來已開發(fā)的碳化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測器、厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測器，③ 向智能化、集成化、實用化方 向發(fā)展。整個檢定 過程除 接線以外全部自動完成，對于檢定工業(yè)熱電阻、工業(yè)熱電偶實現(xiàn)了控制溫度、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù) 顯示 全自動完成 。 溫度自動檢測系統(tǒng) 發(fā)展 該 設(shè)計介紹了溫度計的測量和控制之間的關(guān)系：檢測是控制的基礎(chǔ)和前提，沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 序言 4 而檢測的精度必須高于控制的精確度，否則無從實現(xiàn)控制的精度要求。同時，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展達到的 水平越高，又為檢測技術(shù)、傳感器技術(shù)提供了新的前提手段。但是，作為應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計人員需要根據(jù)系統(tǒng)要求選用適宜的傳感器 ，并與自己設(shè)計的系統(tǒng)連接起來，從而構(gòu)成性能優(yōu)良的監(jiān)控系統(tǒng)。見 圖 21所示 : 圖 21 方案一溫度測量系統(tǒng)方案框圖 方 案二 該方案使用了 AT89S51 單片機作為控制核心 ,以智能溫度傳感器 DS18B20 為溫度測量元件，采用一 個溫度傳 感器對 溫度進行檢測，通過鍵盤模塊對溫度進行自動、手動設(shè)置，上、下限設(shè)置，超過其溫度值就報警。 按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑 時，可 以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位 [4][5]。 （ 3） 低壓供電，電源范圍從 3～ 5V，可以本地供電，也可以直接數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。 溫度檢測系統(tǒng) 工作原理 利用 AT89C51 組成的數(shù)字溫度計的工作原理：溫度傳感器 DS18B20 將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)），傳感器可置于離裝置 150 米以內(nèi)的任何地方，輸出腳 I/O 直接與單片機的 相連， AT89C51 內(nèi)帶FlashROM，用戶程序存放在這里。 主控制器 單片機 AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點，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)可用三節(jié)電池（ ）供電?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /記數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。分時復(fù)用作為低 8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)總線使用。作為普通 I/O口使用時，它是自帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O，每 一 位可以能驅(qū)動４個ＬＳＴＴＬ負(fù)載 。 可用作輸入口 ，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”。 ALE —— 地址鎖存使能。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 無效。該引腳在對 FLASH 編程時 ，接 5V/12V 編程電壓 (Vpp)，如果保密位 1已編程， EA在復(fù)位時由內(nèi)部鎖存。 顯示電路 顯示器件選用的是 4 位共陰極數(shù)碼管顯示， 8 個數(shù)據(jù)接口用 電阻作為上拉電阻。 (1)LSD 的靜態(tài)顯示 實際使用的 LED 顯示器通常由多位構(gòu)成，對多位 LED 顯示器的控制包括字 行控制和字位控制，在靜 態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字行控制是獨立的， 分別接到一個 8位 I/0 接口上，字位控制線連在一起，接地或 5伏。 圖 29 AT89C51與 4位數(shù)碼管接口電路圖 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12位的數(shù)字值讀數(shù)方式 。當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 由于 DS18B20 是在二根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán) 格的時序要求。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。高速暫存 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 29 所示。該字節(jié)各位的定義見 （表 22）所 示。第 9 字節(jié)讀所有8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當(dāng)符號位 S=O 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為 十進制：當(dāng)符號位 S=1 時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2的脈沖輸入。其輸出川于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大于被測溫度值。 DS18B20 控制方法 DS18B20 有 10 條控制命令，見 （表 4）所示： 表 4 DS18B20控制命令 （一） ROM 操作命令 指令 說明 讀 ROM命令（ 33H） 讀 DS18B20的序列號 搜索 ROM命令（ F0H） 識別總線上各器件的編碼 匹配 ROM命令（ CCH） 用于多個 DS18B20的定位 跳過 ROM命令（ CCH） 此命令執(zhí)行后，存儲器操作將針對總線上所有操作 報警搜索 ROM命令 （ ECH） 僅溫度超限的器件對此命令 做出 反應(yīng) 表 4 DS18B20控制命令 （二） RAM操作命令 指令 說明 溫度轉(zhuǎn)換（ 44H） 啟動溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器（ BEH） 讀全部暫存器內(nèi)容 寫暫存器（ 4EH） 寫暫存器第 2,3和 4個字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器（ 48EH） 將暫存器中的 TH， TL和配置寄存器內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM中 讀 EEPROM（ B8H） 將 TH， TL和配置寄存器內(nèi)容從 EEPROM中回讀至?xí)捍嫫? 溫度 的采集 每一片 DSl8B20在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中，主機在進入操作程序前必須逐一接入 DSl8B20，用讀 ROM(33H)命令將該DSl8B20 的序列號讀出并登錄。步驟如下 : 第一步 ： 目測。 第三步 ： 加電檢測。 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件 中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查 。 由分到合 是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試 電路時，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限 定在某個局部的電路上。 51 系列單片機有 5個中斷源，其中有 2個是外部輸入中斷源 INT0和 INT1。這里是下降沿 觸發(fā)中斷。 這樣，在實際應(yīng)用中，假設(shè)單片機外部中斷引腳 INT0 輸入一路由 +5V 下降到 O沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 檢測與調(diào)試 21 的下降沿信號，單片機在某個時鐘周期采樣 INT0 引腳得到 的高電平，而在下一個時鐘周期到來進行采樣時，由于實際的外部輸入中斷觸發(fā)信號由高電平變?yōu)榈碗娖酵枰欢ǖ臅r間，因此，檢 測到的可能并非真正的低電平 (小于 ），而是處于低電平與高電平之間的某一中間電平，即 ～ 的某一電平。根據(jù)以往的 經(jīng)驗，較小的硬件 開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于 DS18B20 與微機處 理器 之 間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進行程序編寫時，必須嚴(yán)格保 重讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 本次對于單片機控制的數(shù)值顯示溫度計的設(shè)計讓我更明白了單片機控制在現(xiàn)代工程控制方面的優(yōu)勢，以及其重要性，在以前對單片機的學(xué)習(xí)中我有很多的問題通過這次學(xué)習(xí)都得到了解決，這樣就間接提高了我的單片機技術(shù)水平。一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，而在解決的過程中也是我個人能力提升的過程。因此可以說單 片機的設(shè)計是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。最后還 是在老師的耐心指導(dǎo)下，使整個電路可穩(wěn)定工作。在讓我體會 電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。他們?yōu)槲易霎厴I(yè)設(shè)計提供了條件，并且在百忙之中抽出時間對我的畢業(yè)設(shè)計給予了詳細(xì) 的指導(dǎo)和細(xì)心的修改。同時還要感謝教育和指導(dǎo)過我的所有老師，你們給予我的不僅僅是知識，還有你們對知識孜孜不倦的追求精神和對生活的積極向上態(tài)度，使我終身受益。