【正文】 ................................................... 8 Keil軟件簡介 .................................................................................. 8 Keil軟件調(diào)試功能 .......................................................................... 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ........................................................................................ 10 單片機的選擇 ........................................................................................ 10 AT89C51單片機的介紹 ................................................................ 10 趙賜明：基于單片機的數(shù)字溫度計的設(shè)計與實現(xiàn) IV AT89C51單片機主要特性 ................................................................11 溫度傳感器的選擇 ................................................................................... 13 硬件電路設(shè)計 ........................................................................................... 17 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................................................................ 20 各模塊的程序設(shè)計 ................................................................................... 20 Protues 測溫仿真 ....................................................................................... 25 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................... 28 結(jié)果分析 ................................................................................................... 30 結(jié)論 ..................................................................................................................... 31 致謝 ..................................................................................................................... 32 參考文獻 ............................................................................................................. 33 附錄 1 全部程序清單 ......................................................................................... 34 附錄 2 系統(tǒng)總體設(shè)計圖 ..................................................................................... 41 江西理工大學應(yīng)用科學學院畢業(yè)設(shè)計 1 第一章 緒論 引言 國內(nèi)外現(xiàn)狀 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。C。江西理工大學應(yīng)用科學學院畢業(yè)設(shè)計 I 基于單片機的數(shù)字溫度計的設(shè)計與實現(xiàn) 摘要 采用單片機來對他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 DS18B20 可以直接讀出溫度值，而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。成熟的溫控產(chǎn)品主要以 “點位 ”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。最早的設(shè)計理念是 通過將大量外圍設(shè)備和CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機迅速取代 16 位單片機的高端地位，并且進入主流市場。 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 90 年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù) (ATE)的結(jié)晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器 (MCU)。 55℃ ～＋ 99℃ ，精度為 177。熱電偶的優(yōu)點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、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，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。 DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計 DS18B20 和微控制器 AT89C51 構(gòu)成的溫度測量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號 ,可直接與計算機連接。 系統(tǒng)設(shè)計原理與組成 利用溫度傳感器 DS18B20 可以直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫度值經(jīng)過 DS18B20 處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理，并與設(shè)置的溫度報警限比較，超過限度后通過揚聲器報警。便于單片機處理及控制，在 0—100 攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度，采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸，可直接與計算機連接。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。對于這樣的仿真實驗．從某種意義上講，是彌補了．實驗和工程應(yīng)用閹脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 超過 27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的 SPICE 文件自行設(shè)計仿真器件， Labcenter 也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(fā)布的仿真器件。 4. 實用的 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，一鍵便可進入 ARES 的 PCB 設(shè)計環(huán)境，實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。 Keil 軟件 Keil 軟件簡介 Keil C51是美國 Keil Software 公司出品的 51系列兼容單片機 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、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。 Keil 使用 “工程 ”(Project)的概念，對工程 (而不能對單一的源程序 )進行編譯 /匯編、連接等操作。 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)行等多種運行方式進行程序調(diào)試。 AT89C51 的存儲器系統(tǒng)由 4K 的程序存儲器(掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)組成。但也有一些單片機內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。 7. 一個全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單 機與微機之間的串行通信。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。 平時不訪問片外存儲器時， ALE 端也以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或 定時信號。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼。此引腳的第二功能是 Vpp 是對 8751 片內(nèi)EPROM 固化編程時，作為施加較高編程電壓 (一般 12V～ 21V)的輸入端。 P1 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載。 ： (RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。 DS18B20 測溫原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1?！?。光刻 ROM 的作用 是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。溫度測量范圍為 55～ +125 攝氏度，可編程為 9 位～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 4. 延時 750 微秒（該時間的時間范圍可以從 480 到 960 微秒）。 4. 延時時間為 45 微秒。 5. 將數(shù)據(jù)線拉高 “1”。主機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲器操作指令。在這里采用前者方式供電。接著主機便釋放此線并趙賜明：基于單片機的數(shù)字溫度計的設(shè)計與實現(xiàn) 18 進入接收方式（ Rx）。當主機 把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時產(chǎn)生讀時間片。當然，搜索 ROM 命令和報警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化。 (2)接著主機發(fā)送 ROM 命令，程序開始讀取單個在線的芯片 ROM 編碼并保存在單片機數(shù)據(jù)存儲器 中，把用到的 DS18B20 的 ROM 編碼離線讀出，最后用一個二維數(shù)組保存ROM 編碼，數(shù)據(jù)保存在 X25043 中。另一種是寄生電源供電方式，如圖 37 所示單片機端口接單線總線，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 管來完成對總線的上拉。 圖 41 主程序流程圖 讀出溫度子程序 讀 出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時需進行 CRC 校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 圖 47 按鍵掃描子程序流程圖 K1 鍵按下 調(diào)用顯示子程序 報警溫度減 1 報警溫度加 1 K2 鍵是否按下？ K3 鍵是否按下？ 顯示切換標志位是否 0 N N N Y Y Y 讀取測量溫度值 溫度值大于 120 或小于 20？ BEEP=1，報警 BEEP=0 N Y 江西理工大學應(yīng)用科學學院畢業(yè)設(shè)計 25 Protues 測溫仿真 通過仿真軟件驗證該原理圖的可行性。仿真圖如圖 48 示。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖 43 所示 ?！?。發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，再總線復位。應(yīng)答脈沖使主機知道，總 線上有從機，且準備就緒。為了讀出從讀時間片開始算起 15 微秒的狀態(tài)，主機必須停止把引腳驅(qū)動拉至低電平。在檢測到 I/O 引腳上的上升沿之后， DS18B20 等待 15～ 60μs,并且接著發(fā)送脈沖（ 60～ 240μs 的低電平信號）。站長推薦大家在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根 VCC 引線。 溫度檢測和報警電路 DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來完成。 7. 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 6. 重復上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 6. 延時等待（如果初始化成功則在 15 到 60 毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由 DS18B20 所返回的低電平 “0”。因此用它來組成一個測溫系統(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，十分方便。 3. 配置寄存器。 6. 用戶可自設(shè)定報警上下限溫度。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在－ 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 ： (INT1)外部中斷 1 輸入。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負載。要檢查一個 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到EPROM／ ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無脈沖輸出。如有脈沖信號輸出，則 8051/8031 基本上是好的。當此輸入端保持備用電源的輸入端。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 SST 公司推出的 89 系列單片機分別集成了 16K、 32K、 64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。 圖 31 AT89C51 單片機結(jié)構(gòu)框圖