【導(dǎo)讀】度的檢測與控制是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中比較典型的應(yīng)用。本系統(tǒng)由主控器、溫。碼顯示管做溫度顯示輸出設(shè)備的測溫系統(tǒng)。使用Proteus畫圖、Keil編程，完成。了能夠?qū)崟r測量并顯示的數(shù)字溫度計。DS18B20與AT89S51結(jié)合實現(xiàn)的最簡溫。溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。

　　

【正文】 標(biāo)志位：當(dāng)溫度高于零度時不顯示，低于零度時顯示“ ”； 第二位是 溫度的百位數(shù)：當(dāng)溫度過百時顯示“ 1”，低于一百時顯示“ 0”；第三位是溫度的十位數(shù)；第四位是個位數(shù)；第五位是小數(shù)部分；第六位 是字母標(biāo)志位，用于 顯示字母“ L”或“ H” 。 當(dāng)溫度高于 100℃時顯示字母“ H”（表示高溫），當(dāng)溫度低于 0℃時顯示字母“ L”（表示低溫）。它們都根據(jù)實際情況顯示，當(dāng)紅色報警燈亮?xí)r，表示 所測 溫度低于 0℃，數(shù)碼管顯示的是溫度的實際值；當(dāng)紅燈沒發(fā)光時，表示 所測 溫度高于 0℃，數(shù)碼管顯示的 是 實際溫度值；當(dāng)蜂鳴器 報警 時，表示 環(huán)境 溫度高于預(yù)設(shè)值 100℃，數(shù)碼管顯示實際溫度值。 6位LED 數(shù)碼管如下圖 37 所示。 圖 37 6位 LED 數(shù)碼管 報警電路的設(shè)計 本設(shè)計中，除了 溫度的數(shù)字顯示功能外 ，還擴展了一些額外的功能，如用 “ ”號來表示環(huán)境溫度是處于 0℃ 以上還是在 0℃ 以下；用字母“ H”和“ L”來實現(xiàn)當(dāng)前的溫度是高溫、低溫還是正常溫度；此外，本系統(tǒng)還 加入了報警 提醒功能。若用本系統(tǒng) 來監(jiān)控某一設(shè)備，當(dāng)設(shè)備的溫度超 出了 我們所 預(yù)設(shè) 的溫度值時，系統(tǒng)會 自動 報警 提醒，以便人們 能 更 好的對設(shè)備進(jìn)行 維護 處理， 從而有效的避免一些不必要的損失。 當(dāng) 環(huán)境 溫度高于 100℃ 時，單片機 會從 ， 通過NPN 三極管來驅(qū)動 蜂鳴器 發(fā)出 報警 聲，以便操作 人 員來維護 管理 ，從而達(dá)到報警提醒 的目的。其電路圖如 圖 38所示 。 22 圖 38 揚聲器報警系統(tǒng)電路圖 當(dāng) 所測 溫度低于 0℃ 時， 二極管 亮紅燈報警， 提醒 操作 人 員來 處理 。其電路如圖 39所示。 圖 39 紅燈報警系統(tǒng)電路圖 第 4 章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 系統(tǒng)主程序 軟件設(shè)計時，需要先搞清楚總體的設(shè)計方案，從而用流程圖來展示主程序。當(dāng)信號輸入時，主程序啟動，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的條件逐步運行，達(dá)到設(shè)計目的。 本設(shè)計中我們在 進(jìn)行軟件程序的仿真時，采用單片機匯編語言來編寫。系統(tǒng)程序主要 由 主程序、讀出溫度子程序、 計算 顯示 溫度 子程序、 溫度 報警子程序等幾部分組成 。 整個系統(tǒng)的功能是 由硬件配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本 完成 后，軟件的功能也就基本 確 定了。 主程序 的 功能主要是讀出 并 處理 DS18B20 的測量溫度值 ，進(jìn)行 溫度的實時顯示， 每 隔 1s 便進(jìn)行一次溫度的 測量。 整個系統(tǒng)的 設(shè)計 是由硬件配合軟件來實現(xiàn)的 ， 按 功能 的 不同可 將軟件 分為兩大類：一是主程序， 即 整個控制系統(tǒng)的核心 ，用來 監(jiān)控軟件 并 協(xié)調(diào) 功能 執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是子程序，用來執(zhí)行軟件并 完成各種實質(zhì)性的功能 ， 每個執(zhí)行軟件 都 是一個小 小 的功能模塊。將各執(zhí)行模塊規(guī)劃 好 ，并進(jìn)行 相關(guān)的 功能定義和接口定義 ， 就可以監(jiān)控 執(zhí)行 程序了。 主程序執(zhí)行的 流程如 圖 41所示。 23 否 是 圖 41 主程序流程 讀出溫度子程序 在 讀出溫度子程序 中，我們可以 讀出 RAM 中的 9 個 字節(jié)，在讀 取的過程 中 需要 進(jìn)行 CRC 校驗， 當(dāng) 檢驗有錯時不 需要 進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的 更改 。其程序流程圖如圖42 所示。 圖 42 讀出溫度子程序流程圖 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換開始命令是由 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 實現(xiàn)的，若 采用 12 位分辨率 ，則大約需要 轉(zhuǎn)換時間 750ms。本系統(tǒng) 中采用 1s 延時 程序來 等待轉(zhuǎn)換的完成。 計算溫度子程序 開始 初始化設(shè)置 調(diào)用顯示程序 延時 溫度采集并做計算處理 溫度轉(zhuǎn)換 發(fā) DS18B20復(fù)位命令 發(fā)跳過 ROM命令 發(fā)讀取溫度命令 移 入溫度暫存器 結(jié)束 24 計算溫度子程序 主要是 將 RAM 值進(jìn)行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運算 ，并 判定 溫度 的 正 負(fù)值 ，其程序流程圖如圖 43所示。 圖 43 計算溫度子程序流程圖 溫度數(shù)據(jù)的計算處理方法 只有將 DS18B20 讀 取 的二進(jìn)制 數(shù) 值轉(zhuǎn)換成 對應(yīng)的 十進(jìn)制 數(shù) 值，才能 實現(xiàn) 字符的顯示。 DS18B20 的轉(zhuǎn)換精度 有 9～ 12 位， 通常 為了提高精度 我們 采用 12 位 ，這時 溫度寄存器里的值是以 為步進(jìn)的 （ 實際的十進(jìn)制溫度值 = 倍的 寄存器 中 的二進(jìn)制 數(shù) 值 ）。 觀察 下 表 41 可以 知道二 進(jìn)制與 十 進(jìn)制間的關(guān)系是 ： 把二進(jìn)制 中 高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組 合 成一 個 字節(jié)， 將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 十進(jìn)制后 便是 溫度的百、十、個位字節(jié) ?？梢?二進(jìn)制 數(shù) 值范圍 在 0~F 之間 ，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制 后 就是 的倍數(shù) ，即 0~15 倍。 表 41 二進(jìn)制與十進(jìn)制的近似對應(yīng)關(guān)系表 小數(shù)部分二進(jìn)制值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 十進(jìn)制值 0 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 6 7 8 8 9 源程序 系統(tǒng) 的完整 源程序見附錄。 開始 溫度零下？ 計算小數(shù)位溫度 溫度值取補碼，紅燈亮 計算整數(shù)位溫度 結(jié)束 25 第 5 章 軟件 仿真 軟件介紹 本設(shè)計中 主 要用到了 兩 個軟件工具，即 使用 Proteus 軟件 進(jìn)行仿真、 Keil軟件 編寫程序 ，下面 分別作個 簡單的 介紹。 Proteus 軟件 1. Proteus 簡介 Protues 軟件 由 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具 ， 不僅具有其它 EDA 的仿真功能，還能 對 單片機及外圍器件 進(jìn)行 仿真。 Proteus 是世界上 最常用 的仿真軟件， 能 將電路仿真、 PCB 設(shè)計和虛擬模型仿真 三種 軟件 進(jìn)行三合一， 實現(xiàn)了 從原理圖布圖、 程序 調(diào)試到單片機與外圍 控制 電路 的 協(xié)同仿真，完成 了從概念 理論 到產(chǎn)品 實物 的完整設(shè)計。 Proteus 具有 強大的單片機仿真 功能 ， 既 能 對 單片機 CPU 及其外圍電路 的工作情況 進(jìn)行 仿真， 又 能 在 沒有單片機參與的 情況下進(jìn)行 仿真工作 。 與其他的仿真軟件相比較， Proteus 有 下面的 幾個 優(yōu)點： ? 能仿真模擬電路、數(shù)字電路、 各種單片機及其外圍組成的 電路 ， 實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合 ? 能繪制 強大 的 原理圖 與 PCB 圖 ? 不僅有軟件調(diào)試功能，還支持第三方的軟件編譯和 環(huán)境 調(diào)試 ? 幾乎包括實際中所有使用的儀器 Proteus 最大的亮點在于能夠?qū)纹瑱C進(jìn)行實物級的仿真 ，既 支持匯編語言和 C 語言的編程 ,還可配合 Keil 軟件 實現(xiàn)程序的聯(lián)合調(diào)試。從程序的編寫，編譯到調(diào)試，目標(biāo)版的仿真一應(yīng)俱全。 將 Proteus 中繪制的原理圖作為實際中的目 標(biāo)板，用 Keil 軟件 實現(xiàn)對目標(biāo)板 程序 的控制， 這 與實際中 用 硬件仿真器對目標(biāo)板進(jìn)行 調(diào)試 的效果 幾乎完全相同，并且 Proteus 還 支持多顯示器的調(diào)試 ，因而被廣泛應(yīng)用 。 Keil軟件 1. Keil 軟件簡介 Keil 軟件是 一種 兼容單片機 C語言 的軟件 系統(tǒng)， 是由 美國 Keil Software公司出品的。 它包含了 豐富的庫函數(shù)和功能強大的 仿真 調(diào)試工具，目標(biāo)代碼 的 生成效率高 ， 用起來 簡單 方便 ，容易理解 。 2. Keil 軟件調(diào)試功能 Keil 的使用 步驟為：打開 Keilμ Vision4建立 工程并選擇 AT89C51 后保存 編寫源程序并保存 添加源文件 設(shè)置工程 編譯 、 連接 、生成“ .hex”文件 程序調(diào)試。 26 在 Keilμ Vision4 軟件中進(jìn)行 匯編 語言程序的編 譯 ，生成“ .hex”文件。步驟是 右擊鼠標(biāo)工程管理窗口的文件頁中的“ Target1”， 選擇 ProjectOption for Target‘ Target1’， 在彈出的對話框中 選擇 Output 選項卡， 并 勾 選 Create HEX File， 在 Target 選項卡中設(shè)置晶振頻率 （默認(rèn)為 ,也可設(shè)為 ），其 它選項卡內(nèi)容一般可取默認(rèn)值。 接著 將“ Target1”前面的 +號展開，選擇 Source Group1，右擊鼠標(biāo)選擇“ Add File to Group‘ Source Group1’”，在出現(xiàn)的對話框中添加創(chuàng)建好的源文件，添加成功后雙擊文件名，即可打開該源程序文件。 工程設(shè)置 好 后點擊編譯工具欄上圖標(biāo) 進(jìn)行編譯 即可 生成“ .hex”十六進(jìn)制的 目標(biāo)文件 。 Proteus 軟件 仿真 將在 Keil 軟件 中生成的 .hex 文件加 載入 Proteus ISIS 中的 AT89C51 中，點擊開始 即可 進(jìn)行仿真， 選定 BS18B20，調(diào)節(jié)溫度傳感器的上下鍵即可對其進(jìn)行環(huán)境溫度設(shè)置， 點擊其左下角的 stop 鍵 即可 結(jié)束仿真。 溫度傳感器 DB18B20 的 仿真圖如圖 51所示， 圖中 將環(huán)境溫度設(shè) 為 ℃ 。 圖 51 溫度傳感器 DB18B20 點擊 Proteus 軟件執(zhí)行鍵， 根據(jù) 操作步驟 執(zhí)行 后，觀察 LED 數(shù)碼管 的 示數(shù) 顯示 ，如圖 52所示 。 圖 52 LED 數(shù)碼管顯示 27 當(dāng)環(huán)境溫度在 所設(shè)范圍 0~100℃ 內(nèi)時， 溫度正常 顯示， 仿真結(jié)果如圖 53所示。 圖 53 正常溫度仿真圖 當(dāng) 環(huán)境 溫度小于 預(yù)設(shè) 值 0℃時， 二極管 燈亮，實現(xiàn) 亮燈 報警功能 ，同時顯示溫度的實際值，即在溫度前顯示“ ”，并在末尾顯示字母“ L”，表示低溫 。低溫報警仿真圖如圖 54 所示。 圖 54 低溫報警仿真圖 28 當(dāng) 環(huán)境 溫度大于 預(yù) 設(shè)值 100℃時， 蜂鳴器報警提醒，溫度值實時顯示，數(shù)碼 管末尾顯示字母“ H”，表示高溫。 。高溫報警仿真圖如圖 55 所 示。 圖 55 高溫報警仿真圖 29 結(jié)束語 本論文主要介紹了如何 利用 51 單片機 將 DS18B20 采集到的溫度值進(jìn)行 轉(zhuǎn)換和 實時顯示 。 在深入分析 數(shù)字溫度計 工作原理 的 基礎(chǔ)上， 順利 完成了 本次 設(shè)計，并且 還鍛煉了自己寫代碼、讀代碼的能力。 這里 采用的 僅僅 只是 其中的 一種方案，還有多種方案可 供選擇 。 畢業(yè)設(shè)計對我來說是一次難得的經(jīng)歷，不僅是對大學(xué)四年的一個總結(jié)，也是我們查閱資料，學(xué)習(xí)新知識的機會。 通過本次畢業(yè)論文 的 設(shè)計， 我 得到 了 以下 幾個 結(jié)論 : 1. 在開始論文設(shè)計之前，一定要廣泛的、大量的查閱相關(guān)的資料，提取對自己有用的信息，并做好相關(guān)的筆記。 2. 電路的設(shè)計 采 取 模塊化、 結(jié)構(gòu)化 的思維 ， 便 于修改和維護。 3. 選取自己熟悉或易于理解接受的器件來設(shè)計。 當(dāng)然， 由于時間 、 精力 和資源 的限制， 本設(shè)計還有幾個方面需要 逐步完善 : 1. 擴展功能： LCD 顯示部分 和報警電路 只做了基礎(chǔ)的 設(shè)計 ，還可以進(jìn)行 多方面的創(chuàng)新 ，在這方面可以有更深的思考和研究。 2. 系統(tǒng) 精度： 由于經(jīng)驗缺 乏 ，考慮不周 ， LED 顯示數(shù)值不夠精確 。 3. 顯示部分：本設(shè)計采用的是 LED 數(shù)碼管， 沒能很好地解決功耗問題 ， 在技術(shù)方面還顯得很落后 ， 若采用 1602LCD 液晶顯示會方便許多。 總之，本 設(shè)計 在 智能型 數(shù)字溫度 檢測 方面 做了一定的研究