【導(dǎo)讀】隨著時代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。單片機在溫度檢測方面得到廣泛應(yīng)。本文將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，提出一種基于單片機并采?？刂茢?shù)字顯示器，顯示室內(nèi)的實際溫度。統(tǒng)以DS18B20為溫度檢測裝置，并附加了溫度顯示和超溫報警功能。式大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，數(shù)字化單總線器件DS18B20適合于各種。環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較。小，且成本低廉等特點。本文還對AT89C51及DS18B20進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，并對系統(tǒng)原理進(jìn)行了仔細(xì)分析。

　　

【正文】 1編程時需注意事項 ：在燒寫前要確認(rèn)計算機并口 (PRN)要在 BIOS 中設(shè)置為 ECP 或 ECP+EPP。否則計算機無法正確把數(shù)據(jù)到傳輸?shù)骄幊唐髦?。有打印機用戶一般無需設(shè)置它。 ：燒寫 AT89C51 單片機的時候，不允許中途斷電，否則會導(dǎo)致燒寫失敗。雖然可以修復(fù)，但畢竟對芯片不利。 ，所以下述操作可以在計算機開啟的狀態(tài)下進(jìn)行：聯(lián)機順序是先連接好并口聯(lián)機線，再接通 USB 電源。斷開順序是，先拔下USB 電源線，然后拔下并口線。 ，可以直接打開鎖緊插座取下，不需要切斷 xx 大學(xué)學(xué)士 學(xué)位論文 17 電源。 VPP 是 12V 左右， VPP 電壓選擇按 鈕平時請?zhí)幱谀J(rèn)位置，如果把 VPP 電壓位置調(diào)整混亂了，請按壓主板上的總復(fù)位按鈕即可還原編程器的初始默認(rèn)狀態(tài)。 片內(nèi)存儲器售后通常處于擦除狀態(tài)，即每個地址單元內(nèi)容均為FFH，人們可隨時對其編程。 掌握了單片機的編程特性并知道可編程模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的具體操作要求之后，就可以對芯片進(jìn)行初始化編程。 顯示電路的 組成器件 LED 就是 light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱 LED。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號 等各種信息的顯示屏幕。 顯 示電路的作用是把系統(tǒng)測得的環(huán)境溫度直觀的顯示出來，使可以直接觀看。它由兩部分組成，分別是LED 顯示器和 74LS164 串入并出芯片。 LED 顯示器的介紹 通過發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)。可構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點。由這些發(fā)光段或發(fā)光點可以組成數(shù)碼管、符號管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)碼管、符號管、米字管共稱筆畫顯示器，而把筆畫顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器。 基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的。可實現(xiàn)0～ 9 的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有 “ 反射罩式 ” 、 “ 條形七段式 ” 及 “ 單片集成式多位數(shù)字式 ” 等 。 由于 LED 顯示器是以 LED 為基礎(chǔ)的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同。但由于 LED 顯示器內(nèi)含多個發(fā)光二管，所以需有如下特殊參數(shù)： 1．發(fā)光強度比 由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動電壓時，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強度不同。所有段的發(fā)光強度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強度比。比值可以在 ～ 間，最大不能超過 。 2．脈沖正向電流 若顯示器每段典型正向直流工作電流為 IF，則在脈 沖下，正向電流可以遠(yuǎn)大于 IF。脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大。 74LS164 芯片的介紹 74ls164 為 8 位移位寄存器 ,其主要電特性的如下： 當(dāng)清除端（ CLEAR）為低電平時，輸出端（ QA－ QH）均為低電平。 串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) A、 B 任意一個為 低電平 ，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（ CLOCK）脈沖上升沿作用下 Q0 為低電平。當(dāng) A、 B 有一 xx 大學(xué)學(xué)士 學(xué)位論文 18 個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并 在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。 引腳功能： CLOCK：時鐘輸入端 CLEAR： 同步清除輸入端（低電平有效） A， B：串行數(shù)據(jù)輸入端 QA－ QH： 輸出端 圖 27 74LS164 引腳圖 圖 28 74LS164 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 74LS164 的電源電壓最高為 7V，一般情況工作電壓約 ，工作環(huán)境的溫度在 0℃ 70℃ ，儲存溫度在 65℃ － 150℃ 。 表 24 74LS164 真值表 Inputs Qutputs Clear Clock A B Qa Qb … Qh L X X X L L … L H L X X Qao Qbo … Qho H ↑ H H H Qan … Qgn H ↑ L X L Qan … Qgn H ↑ X L L Qan … Qgn H－高電平 ， L－低電平 ， X－任意電平 xx 大學(xué)學(xué)士 學(xué)位論文 19 ↑－低到高電平跳變 Qao， Qbo， Qho －規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平 Qan， Qgn －時鐘最近的 ↑前的電平 圖 29 74LS164 時序圖 本章小結(jié) 本章主要介紹了 溫度測控系統(tǒng) 的各個器件的主要技術(shù)參數(shù)，這是我們正確使用這種器件的主要依據(jù) 。 xx 大學(xué)學(xué)士 學(xué)位論文 20 第 3章 系統(tǒng)硬件電路 設(shè)計 由于系統(tǒng)要室溫環(huán)境的溫度進(jìn)行測量，因此采用單片機對單總線系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場檢測是非常經(jīng)濟(jì)實惠的方案，其硬件連接非常簡單，可用單片機并口 Pl、P P3 中的任一位端口與單總線連接來實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。 系統(tǒng)硬件電 路構(gòu)成 系統(tǒng)整體電路及測溫原理 本系統(tǒng)以單片機為核心，組成一個集溫度的采集、處理、顯示、超溫報警為一身的系統(tǒng)， 整體框 圖 如 圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)硬件電路由溫度傳感器、單片機、 LED 顯示器等組成。溫度傳感器負(fù)責(zé)采集溫度，把溫度信號傳輸給單片機，單片機負(fù)責(zé)處理傳輸過來的信號，并令顯示電路顯示溫度，系統(tǒng)電路圖如 圖 32 所示。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進(jìn)制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。單 片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃ ／ LSB 形式表示。 當(dāng)符號位 S=0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)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(jìn)制數(shù)值。表 31 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。 主 控 制 器 LED顯 示 溫 度 傳 感 器 單片機復(fù)位 時鐘振蕩 報警點按鍵調(diào)整 xx 大學(xué)學(xué)士 學(xué)位論文 21 p 101p 112p 123p 134p 145p 156p 167p 178p 3010p 3111p 3212p 3313p 3414p 3515p 3616p 3717X T A L 118X T A L 219V S S20R E S E T9p 2021p 2122T X D23R X D24p 2425p 2526p 2627p 2728V C C40p 0039p 0138p 0237p 0336p 0435p 0534p 0633p 0732EA31A L E30P S E N29C O M P O N E N T _1I/ OV C CGNDI/ OV C CGNDI/ OV C CGNDABC L KC L R7 4L S 1 64ABC L KC L R7 4L S 1 64ABC L KC L R7 4L S 1 64V C CV C CV C CV C CI/ OV C CGNDabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpV C C 圖 32 系統(tǒng)電路圖 表 31 部分溫度數(shù)據(jù)的對應(yīng)表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容作比較。若 T＞ TH 或 T＜ TL，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進(jìn)行報警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（ CRC）。主機ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的 ,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖 信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶 xx 大學(xué)學(xué)士 學(xué)位論文 22 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。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)進(jìn)而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 溫度寄存器中，計數(shù)器１和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù) 器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(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致被測溫度值。 表 32 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表 R0R1000101119101112分辨率/ 位 溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ m s9 3 . 7 51 8 7 . 53 7 57 5 0.... 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） →發(fā) ROM 功能命令 →發(fā)存儲器操作命令 →處理數(shù)據(jù)。 DS18B20 的控制方法 在硬件上， DS18B20 與單片機的連接有兩種方法 1): 一種是將 DS18B20的 UDD 接外部電源， GND 接地，其 I/O 與單片機的 I/O 線相連 。 2)另一種是用寄生電源供電，此時 DS18B20 的 UDD、 GND 接地，其 I/O 接單片機 I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， DS18B20 的 I/O 口線要接 5K 左右的上拉電阻。本文采用的是第二種方法，可以有效減少電線消耗。接線方法如圖 33 所示。 I/OVCCGNDI/OVCCGNDI/OVCCGND單片機 圖 33 DS18B20 與單片機的連接 xx 大學(xué)學(xué)士 學(xué)位論文 23 DS18B20 有六條控制命令，如 表 33： 表 33 DS18B20 控制命令表 指令 約定代碼 操作說明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動在線的 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀取溫度寄存器的溫度值 寫暫存器 4EH 將兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入溫度寄存器的 TH/TL 字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 將溫度寄存器的數(shù)據(jù)拷貝到 ERAM 中， 使 溫度值不丟失 重新調(diào) ERAM B8H 將 ERAM 中的數(shù)據(jù)拷貝到溫度寄存器中 讀電源供電方式 B4H 啟動 DS18B20 發(fā)送電源供電方式信號給主 CPU CPU 對 DS18B20 的訪 問流程是 :先對 DS18