【正文】 人民的生活和環(huán)境的溫度息息相關(guān)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，小型化、一體化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。 溫度測量和控制系統(tǒng)的傳感器應(yīng)用。隨著 LED 顯示模塊的發(fā)展，顯示 4 到 16 位不等。 從 現(xiàn)今 市場的現(xiàn)狀 來看 ， 該系統(tǒng)采用 了一種 能夠 滿足 需要 、 可以 擴(kuò)展的 而 且效益 高 且成本低廉 的單片機(jī)多路測溫系統(tǒng)。開發(fā)工具 ： PROTEUS 仿真軟件 ,KEIL 編程軟件。 本課題研究內(nèi)容 (1) 利用單片機(jī) 確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，包括其功能設(shè)計 、 設(shè)計原則 、 組成與工作原理 。進(jìn) 行了調(diào)試和仿真，包括硬件仿真和軟件仿真，完成數(shù)據(jù)的采集和處理。實現(xiàn)多點溫度測量和顯示，該方案電路設(shè)計簡單，容易理解，操作簡單，價格便宜，但使用分立元件分散，不容易數(shù)字 化 ，大的測量誤差。系統(tǒng)整體硬件電路包括：電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、傳感器電路、溫度顯示電路、上下限報警電路、鍵盤控制電路等。并與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，然后由單片機(jī)輸出信號去控制報警電路 。與該 方案 1 相 比 ，功能 、 性能 、可 操作 性 和其他方面的增幅較大。 采用 美國 Dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。 其 性能特點 如下 ： (1) 獨特的單線接口，可以通過串口 使用 ，而且還通過其他輸入 /輸出口線和計算機(jī)接口，在不改變其 它 電路 情況下 ，直接輸出測量的溫度值 ； (2) 多點能力 簡化了分布式溫度檢測 ； (3) 無需 外部元件 ； (4) 可以使 用數(shù)據(jù)線供電，也 可以 用 一個 外部 電源供電 ； (5) 無需后備 電源 ； (6) 測量范圍為 55～ +125℃ ，固有 的 溫度測量 分辨率為 ℃ ； (7) 可以通過編程達(dá)到 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù) 方式 ； (8) 用戶 自 定義非易失性 溫度報 警設(shè)置 ； 南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 (9) 報警搜索命令可以識別和處理設(shè)備 (溫度警告的情況下 )超出預(yù)定的溫度限制 ； 應(yīng)用包括溫度控制系統(tǒng)、消費類產(chǎn)品、工業(yè)系統(tǒng)、溫度計或任何熱系統(tǒng)。本課題 設(shè)計了 一種合理、可行的單片機(jī)監(jiān)控軟件，完成 測量和顯示的 任務(wù)。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和 設(shè)備 就能夠使用了 。 現(xiàn)代傳感器 的 原理和結(jié)構(gòu) 有很大差別 ， 如何根據(jù) 測量的目的，測量對象和測量環(huán)境合理選擇傳感器 ，是 在測量 前 首先要解決的問題。 必須首先考慮 使用哪種原理的 傳感器 ， 這 就 需要 去 分析各種因素來 決定 。但要注意的是，高靈敏度的傳感器來衡量獨立的外部噪音也容易混淆， 會被放大系統(tǒng)放大，影響測量 精度。 (3) 線性范圍 傳感器的線性范圍是指輸出正比于輸入范圍。但事實上，任何傳感器不能保證絕對的線性，其線性 是相對的 。因此，如果傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。所以，可以選擇 便宜和簡單的 傳感器達(dá)到同一目的 。 溫度傳感器 DS18B20 DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。 其外形和管腳如下圖 31所示 ： 圖 31 DS18B20外部形狀及管腳圖 [11] DALLAS DS18B20 1 2 3 GND DQ VDD 1 2 3 DS18B20 TQ92 封裝低試圖 DS18B20 8 腳 SQIC 封裝 南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 (1) DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計 [4] DS18B20 溫度測量系統(tǒng)有一個簡單的測溫系統(tǒng)，測溫精度 高 ，方便連接 等 。圖 32 顯示了 DS18B20 一個典型的連接。 c） 電路簡單，只有一個輸入 /輸出端口，實現(xiàn)溫度 的測量 。 2) DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式 ： 改進(jìn)的 寄生供電方式如圖 32(c)所示 ，以使在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期得到足夠的電流，在 溫度轉(zhuǎn)換或內(nèi) 存儲器復(fù)制操作時 ， 使用 MOSFET 將 輸入 /輸出線直接拉到連接電源就 可以提供足夠的電 流 ，當(dāng)有 復(fù)制 到 內(nèi) 存儲器 或啟動溫度轉(zhuǎn)換命令 之后， 必須在 10μS 內(nèi)將 輸入 /輸出線轉(zhuǎn)換為強(qiáng) 上拉的方式 。 (a)DS18B20外部電源供電方式 (b)DS18B20寄生電源供電方式 (c) DS18B20溫度轉(zhuǎn)換期間的強(qiáng)上拉供電 (寄生電源方式 ) 圖 32 DS18B20與微處理器的典型連接圖 (2) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 情況 ： 圖 33 顯示內(nèi)部框圖中，包括 溫度傳感器 、 寄 生供電 、 64 個激光光盤單線接口 、 高速寄存器來存儲中間數(shù)據(jù) (包括暫存存儲器 )是用來存儲用戶設(shè)定的溫度上下 限 值 的高八位和低八位 觸發(fā)存儲和控制邏輯 、 8 位循環(huán)冗余校驗碼 (CRC)發(fā)生器。 第 8 字節(jié)用于內(nèi)部計算。 圖 34 DS18B20 測溫原理 斜率累加器 低溫度系數(shù)晶振 計數(shù)器 1 比較 溫度寄存器 預(yù)置 預(yù)置 =0 計數(shù)器 2 高溫度系數(shù)晶振 =0 加 1 停止 高速緩存 存儲器 溫度靈敏元件 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 8位 CRC生成器 存儲器和控制器 64位ROM和單線接口 電源檢測 第三章 硬件設(shè)計 14 溫度系數(shù)高的晶 振隨溫度發(fā)生 變化 振蕩頻率 也會發(fā)生明顯 變化， 發(fā)出的 信號作為一個計數(shù) 輸入 脈沖。 DS18B20測溫原理停止 累 加 溫度寄存器 的值，這時 溫度 寄存器的值就是所測溫度。C、176。如果 TTH 或TTH,設(shè)備內(nèi)的報警標(biāo)志置 位 ，報警搜索命令 被 主機(jī)響應(yīng)。主機(jī)根據(jù)ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 2) 在 DS18B20 的有關(guān)資料中 都沒有 提 到 單總線上 需要掛接傳感 DS18B20數(shù)量問題， 致使讓人們 誤理解可以連接無窮多個 DS18B20， 事實上并非如此 。當(dāng) 使用 總線電纜 換為 雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常 情況下的 通訊 長度可以得到改善 。這一點在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。摩托羅拉的 M6800 系列微控制器。 本課題運用 Intel 公司的 80C51 進(jìn)行系統(tǒng)控制，運用到了復(fù)位電路，時鐘電路，串口， I/O 口。復(fù)位操作完成 初始化該芯片的單片機(jī)電路， 可以使 單片機(jī)從 確定的 開始狀態(tài)運行。開關(guān)復(fù)位 是用按鈕來 控制 單片機(jī)的復(fù)位電路 ，如果發(fā)生 死機(jī) ，單片機(jī)的復(fù)位按鈕按下， 使單片機(jī)復(fù)位 。 時鐘電路 ： 80C51單片機(jī)時鐘信號通常是內(nèi)部振蕩器和外部振蕩器模式。內(nèi)部振蕩器如下圖 37所示 ，南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 電容 C C2穩(wěn)定振蕩頻率，快速振動的作用 ， 電容值通常是 5～ 30pf。 鍵盤輸入數(shù)據(jù)到單片機(jī)中，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)送命令等功能，人 工 干預(yù) 單片機(jī)是 人為操作的 主要手段 ， 鍵盤基本上是一組開關(guān)集合 ， 通常用彈性力的開關(guān)，它 們使用機(jī)械 觸點的開、斷功能 。 在本系統(tǒng)中，按鍵主要是用來設(shè)置溫度的上下限，對其上限加和下限減操作，以 達(dá)到所要求的溫度值。溫度采集模塊只使用 DS18B20， 據(jù) 引腳對 串行端口初始化 、 讀取和寫入操作，控制了 DS18B20 的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換擴(kuò)展 送 單片機(jī)進(jìn)行處理。該系統(tǒng)中可以用 DS18B20 來存儲設(shè)置溫度上下限的值。用機(jī)器語言編寫的程序 稱為 機(jī)器語言程序或指令程序 (機(jī)器碼程序 )。這樣就有了 另一種編程語言匯編語言。 上述兩種 語言 為 低級語言。綜合以上的分析得知， 本系統(tǒng)采用 C 語言進(jìn)行編程。這些程序模塊可以 是 一些語句 的集合、 功能 函數(shù)、 或程序文件。 (2) 減少程序錯誤 減少程序錯誤時 ，要 注重以下幾個方面考慮。 (4) 系統(tǒng)的可靠性 a)測試軟件的完善 性 。然后進(jìn)行軟件設(shè)計時，先搞清楚各個部分 的子程序及他們的流程圖，然后進(jìn)行 C 語言編程，最后將它們系統(tǒng)的編程 。若檢測到返回鍵為低電平，則回到原來的測溫狀態(tài)，此時的報警上下限的設(shè)定值已經(jīng)修改，系統(tǒng)根據(jù)此設(shè)定值和主程序，判斷是否需要調(diào)用報警子程序和蜂鳴器響起子程序。 如果有混亂序列 ，那么 單總線器件不響應(yīng)的主機(jī)。 每次訪問任何單總線器件，該命令序列必須嚴(yán)格遵守 ； 如果有混亂序列，單總線設(shè)備 就 不響應(yīng)主機(jī)。 (2) 軟件實現(xiàn) 前面提到，單總線器件存儲器命令，主 機(jī) 檢測 到一個脈沖 信號后 ，可以發(fā)ROM 命令。從機(jī) 設(shè)備可能支持五種 ROM 命令 (實際情況和具體 模型 )，每個命令的長度是 8位 。傳輸 命令 與 數(shù)據(jù) 都是以低位在先的。 DQ=1。 return(err)。 南京工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 DQ = 0。 for (i=0。 } uchar rdbyte(void) { uchar i。i) { dat=dat1。 delay15(1)。 } 3) DS18B20的寫時序。 void write_bit(char bitval) { 第四章 軟件設(shè)計 26 DQ = 0。 delay(8)。 for(i=8。 DQ=dat0。 } } DS18B20復(fù)位后， 它可 以被編程來控制讀取溫度值 (通過 )，讀取數(shù)據(jù)時，在前面的是低位，高位在讀取的數(shù)據(jù)之后，估計相應(yīng)的溫度是正或負(fù)，當(dāng)溫度值是正，直接二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度值 。 c） 當(dāng)系統(tǒng)中 的軟件程序檢測 DS18B20產(chǎn)生的應(yīng)答脈沖信號時，最好的方式是設(shè)置一種有限的檢測時間，不然如果有溫度傳感器發(fā)生損壞時，軟件程序?qū)萑霟o限檢測的死循環(huán)當(dāng)中。液晶模塊 分為字符型和點陣型兩類：字符型顯示模塊通常只能顯示 ASCII碼表中的數(shù)字、字母等符號； 圖 45 溫度測量程序流圖 點陣型顯示模塊除了可以顯示 ASCII 字符，還能顯示漢字、繪制圖形。 E：使能控制信號，當(dāng)該引腳由 高 轉(zhuǎn)換為 成低電平時，液晶模塊 就會 執(zhí)行 相應(yīng)的命 令。 RS= R/W=0， E=1 時，向液晶模塊寫入數(shù)據(jù)。 RT1602 的讀 /寫時序如圖 47 所 ： R SR / Wt s p 1t h dt p w t f t h d 1Et rt dD B 0 ~ D B 7 V a l i d d a t at h d 2t cR St s p 1t h dt p w t f t h d 1Et rt dD B 0 ~ D B 7 V a l i d d a t at h d 2t cR / W 讀時序 寫時序 圖 47 RT1602 讀 /寫時序 (2) 顯示模塊的指令功能 [3] RT1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器 總共 有 11 條控制 執(zhí)行 指令， 單片機(jī)對液晶模塊的控制 基本上是 指令編程來 操作應(yīng)用的 ，指令的格式如表 41 所示，現(xiàn)分別說明如下 ： 1) 清 屏： 指令碼 為 01H，清屏之后， 光標(biāo) 立即返回 到地址 00H。高 和低 電平 分別 表示有效 和無效 。 5) LCD 光標(biāo) 和 顯示移位 ： S/C： 高 、低 電平 分別表示 移動顯示文字 和 光標(biāo) 。 F： 低 、高 電平 分別表示 顯示 57 和 510 的點陣字符 。 8) 讀忙 標(biāo)志 和光標(biāo)地址 ： BF： 為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)， BF 為低電平表示不忙。 sbit RW=P3^6。 RS=0。 E=0。 E=0。 } } void lcd_dat(uchar dat) { LCD=dat。 _nop_()。 RW=1。 第四章 軟件設(shè)計