【文章內(nèi)容簡介】 最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 ； （ 8） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 ； （ 9） 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的實(shí)物圖 如圖 圖 DS18B20 實(shí)物圖 DS18B20 使用中注意事項(xiàng) DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： （ 1） 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的 軟件 進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對 DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫 結(jié)果。在使用 PL/M、 C 等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對 DS18B20 操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 （ 2） 在 DS18B20 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS18B20超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 要加以注意。 （ 3） 連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時(shí)，讀取的 測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜 改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，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(shí)，正 常通訊距離進(jìn)一步加長。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。因此，在用DS18B20 進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 （ 4） 在 DS18B20 測溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820 的返回信號，一旦 某個(gè) DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時(shí)，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和 軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予 一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 溫度檢測電路 DS18B20 最大的特點(diǎn)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。 DS18B20 的電源供電方式有 2種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí)， VDD 和 GND 均接地 ,他在需要遠(yuǎn)程溫度探測和空間受限的場合特別有用，原理是當(dāng) 1Wire 總線的信號線 DQ 為高電平時(shí)，竊取信號能量給 DS18B20 供電，同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電，當(dāng) DQ為低電平時(shí)釋放能量為 DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜 (特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時(shí) )，同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此，在條件允許的場合，盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5KΩ 左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。 外部電源供電方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。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。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。 由于 DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而AT89C52 有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問 DS18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、 ROM 操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴(yán)格按照時(shí)序。 復(fù)位電路 如圖 所示。上電復(fù)位用 RC 電路，電容用 10uF，電阻用 10K。 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM指令，這樣才能對 DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500微秒，然后釋放，當(dāng) DS18B20 收到信號后等待 16～ 60 微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU收到此信號表示復(fù)位成功。 單片機(jī)復(fù)位是使 CPU和系統(tǒng)中的其它功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使 RST 引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，復(fù)位電路在接電瞬間， RESET 端的電位與 VCC 相同，隨著充電電流的減少， RESET 的電位逐漸下降。只要保證 RESET 為高電平的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。復(fù)位后 PC 值為 0000H，表明復(fù)位后程序從 0000H 開始執(zhí)行，從第一個(gè)單元取指令。例如，若時(shí)鐘頻率為 12MHz，每機(jī)器周期為 1us,則只需 2us以上的高電平，在 RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 信號， 即 ALE=指操作。 圖 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的晶振頻率低于 40MHZ，所用我們采用 12MHZ，加兩個(gè) 30pF 電容。如圖 所示。 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下嚴(yán)格的按時(shí)序進(jìn)行工作。 一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，另一端接地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值應(yīng)該等于負(fù)載電 容。 在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳跨接晶體震蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激震蕩器，一般的晶振的負(fù)載電容為 20pF45pF 之間，考慮到元件引腳的等效輸入電容，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè) 22pF 的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路。設(shè)計(jì)電路中所使用的是 12MHz 的晶振，機(jī)器周期為 1us，具體的時(shí)鐘電路如圖 所示。 圖 晶振電路 數(shù)字顯示溫度計(jì)的工作原理： 基于 STC89C52 的溫度測量系統(tǒng)電路圖把溫度轉(zhuǎn)化成帶符號 的數(shù)字信號 (以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié) )，若采用帶屏蔽的雙絞 電纜 線，連線的長度可以達(dá)到 150m，輸出腳 I／ 0 直接與單片機(jī)的 P3． 4 相連， R1 為上拉 電阻 ，傳感器采用外部電源供電。 STC89C52 是整個(gè)系統(tǒng)的核心 部分，內(nèi)含 2 KB 的 FLASH ROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由 二 位一體的 共陽數(shù)碼管 組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照 DSl8B20 的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成 對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。 4 軟件設(shè)計(jì) 概述 整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。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(shí)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。 主程序模塊 主程序需要調(diào)用 2個(gè)子程序，各模塊程序功能如下： （ 1）數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。 （ 2）溫度測試及處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。 （ 3）語音播報(bào)模塊，當(dāng)按鍵時(shí)播報(bào)當(dāng)前語音。 主程序流程見圖 ： 5 仿真 Proteus 軟件 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 （該軟件 中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。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)及外圍器件。它是目前最好的仿 真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處 理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086和 MSP430 等， 2021 年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件的功能。這些功能是： （ 1）原理布圖 ； （ 2） PCB 自動(dòng)或人 工布線 ； （ 3） SPICE 電路仿真 。 革命性的特點(diǎn) ： （ 1）互動(dòng)的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED， LCD， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。 （ 2）仿真處理器及其外圍電路 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC、 ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合 系統(tǒng)配置 的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 6 綜合調(diào)試 焊接 焊接要求 （ 1）電阻 、二極管 (發(fā)光二極管除外 )均采用水平安裝，緊貼印刷版。 （ 2）電解電容等盡量插到底，元件底面離印刷版最高不能大于 4毫米。 （ 3）插件裝配要美觀、均勻、端正、整齊，不能歪斜，高矮要有序。 （ 4）所焊出來的焊點(diǎn)要求圓滑、光亮、防止虛焊、搭焊和散錫。 （ 5）布局合理，疏密適當(dāng)。 （ 6）用比較好的助焊劑。 焊接方法 （ 1）右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，即帶上一定量焊錫。 （ 2）將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。電烙鐵與水平面大約成 60℃ 角。以便于熔化 的錫從烙鐵頭上流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處停留的時(shí)間控制在 2～ 3秒鐘。 （ 3）抬開烙鐵頭 ,左手仍持元件不動(dòng)。待焊點(diǎn)處的錫冷卻凝固后，才可松開左手。 （ 4）用鑷子轉(zhuǎn)動(dòng)引線，確認(rèn)不松動(dòng)，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。 （ 5）焊接時(shí)先用焊錫把導(dǎo)線接一下，一遍有毛刺，有放電現(xiàn)象。 調(diào)試 對于整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試是將溫度傳感器置于被監(jiān)測溫度處，接通系統(tǒng)電源，系統(tǒng)開始運(yùn)行，隨著溫度的不斷上升，顯示溫度不斷變化，離開被監(jiān)測溫度處，顯示溫度不斷下降。 結(jié)論 經(jīng)過我 的努力，完成了本次課題的任務(wù)。設(shè)計(jì)制作的數(shù)字溫度計(jì) LED 顯示屏語音播報(bào)，通過仿真很好的完成了基本要求部分和發(fā)揮需要的功能，達(dá)到了預(yù)期的目的。 致謝 通過這次設(shè)計(jì)，受益匪淺，這主要得益于認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)活潑的治學(xué)精神和深厚專業(yè)的理論水平。在撰寫論文之前，自己對論文的基本要求理解不是很充分，在老師的幫助與指導(dǎo)下，現(xiàn)在對論文有了一定的認(rèn)識，對它的基本結(jié)構(gòu)、所要論述的重點(diǎn)問題、以及撰寫論文的基本步驟和評審都達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃健＠蠋煙o論在理論上還是在實(shí)踐中，都給予了本人很大的幫助，使自己的理論和技術(shù)水平都得 到很大的提高，這對于自己以后的工作和學(xué)習(xí)都是一種巨大的鼓舞。 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和論文編寫過程中，很多同 學(xué)和朋友 給予了我許多無私的幫助，給我的設(shè)計(jì)和論文提出了很多寶貴的修改意見，在這里，我向這些無私幫助我的人表示衷心的感謝和良好的祝愿。 至此，衷心感謝各位老師及同學(xué)多年來的辛勤培育和教導(dǎo)！ 參考文獻(xiàn) ，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) —— 清華大學(xué)出版社， 2021 ，基于 Proteus 的單片機(jī)課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) —— 人民郵電出版社， 2021 ，單片機(jī)原理及應(yīng)用 —— 合肥工業(yè)大學(xué)出版社， 2021 4. 高吉祥 .全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)系列教程 —— 數(shù)字系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京 : 電子工業(yè)出版社， 2021. 5. 陳梓城等 .實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試 .北京：中國電力出版社， 2021. 6. 黃智偉等 .全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社，2021. 7. 趙廣林 . 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