【正文】 這些收獲給我?guī)淼膸椭h(yuǎn)不止作好畢業(yè)設(shè)計(jì)那么簡(jiǎn)單，我相信在踏上工作崗位之后它們也將成為我向上的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。雖然我花費(fèi)了很多時(shí)間來盡力把畢設(shè)做好，但是由于個(gè)人能力的原因，整個(gè)系統(tǒng)還是不夠完善的，還有許多地方值得改進(jìn)。在設(shè)計(jì)過程中，我通過各種途徑查閱了大量的關(guān)于溫度傳感器和單片機(jī)的資料。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x和 至高的敬意 ！ 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 39 結(jié)束語 轉(zhuǎn)眼大學(xué)生活就進(jìn)入到了尾聲，而在這個(gè)時(shí)我也完成自己的畢業(yè) 設(shè)計(jì)。 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 致 謝 本次設(shè) 計(jì) 是在 賴申江老師 的悉心指導(dǎo)下完成的。 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 4． 3 詳細(xì)設(shè)計(jì) 4． 3． 1 硬件原理圖 圖 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件原理圖 4． 3． 2 DS18B20 與 89C2051 連線圖 輸出腳 DQ 直接與 單片機(jī) 的 相連，傳感器采用 寄生 電源 供電。顯示器 模塊 由 5 個(gè) LED4205 組成。 （ 5） 20 條 I/O 量 已經(jīng)滿足 本次 設(shè)計(jì)要求。 其原因有下列 5點(diǎn)： （ 1） 2051 采用的是 MCS51 的核心 ，兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 。 （ 2） 與 PIC 單片機(jī)比較 89C2051 與 PIC 相對(duì)應(yīng)芯片比較有如下特點(diǎn)： 89C2051 的價(jià)格高于 PIC 的 OTP 型號(hào)，但大大低于 PIC 的 EPROM 型， 89C2051 片內(nèi)不含 Watch Dog，這是 89C2051 的不足之處，中斷系統(tǒng)堆棧結(jié)構(gòu)、串等通訊筆定時(shí)器系統(tǒng)都大大強(qiáng)于 PIC 系統(tǒng)。當(dāng)做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi) RAM 的內(nèi)容和程序的走向等有關(guān)信息。 3． 4 AT89C2051 程序保密 性能 89C2051 設(shè)計(jì)有 2 個(gè)程序保密位，可以不對(duì)它們編程（ U），也可以對(duì)它們編程（ P）來獲得如表 所列的附加特性 表 鎖存位保護(hù)模式 加 密模式 LB1 LB2 加密類型 1 U U 無程序加密特性 2 P U 禁止再對(duì)閃存編程 3 P P 同模式 2，同時(shí)禁止檢驗(yàn)閃存 保密位 1被編程之后，程序存儲(chǔ)器不能再被編程除非做一次擦除，保密位 2 被編程之后，程序不能被讀出 。 SP賦值方法： MOV SP,50H（其中 50H 為寄存器 50H，不可直接寫為 50H，否則 SP 指向寄存器 00H） 3． 3． 4 存儲(chǔ)器 89C2051 片內(nèi)含有 2k 字節(jié)的 Flash 程序存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM,與 80C31 內(nèi)部完全類似。 【 機(jī)器復(fù)位后， SP←07H ，因 為 壓棧 的 第一個(gè)數(shù)據(jù)在 08H 單元中】 （ 4） 數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR： 16 位的寄存器，也可以作為兩個(gè) 8位寄存器 DPH 和 DPL 。 RS RS0：工作寄存區(qū)選擇位： 表 RS RS0 與片內(nèi)工作寄存器組的對(duì)應(yīng)關(guān)系 RS1 RS0 寄存器區(qū) 片內(nèi) RAM 地址 通用寄存器名稱 0 0 0 00H～ 07H R0～ R7 0 1 1 08H～ 0FH R0～ R7 1 0 2 10H～ 17H R0～ R7 1 1 3 18H～ 1FH R0～ R7 3． 3． 3 控制器 （ 1） 指令寄存器 IR和指令譯碼器。 F0：用戶標(biāo)志位：用戶可用軟件對(duì) F0 置位 “1” 或清 “0” ，以決定程序的流向。 （ 4） 程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW：用來存放當(dāng)前指 令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。 （ 2） 累加器 A：在算術(shù)／邏輯運(yùn)算中存放一個(gè)操作數(shù)或結(jié)果，在與外部存儲(chǔ)器和 I/O接口打交道時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過 A 來完成。 3． 2． 2 電源 89C2051 有很寬的工作電源電壓，可為 ～ 6V,當(dāng)工作在 3V 時(shí)，電流相當(dāng)于 6V 工作時(shí)的 1/4。 P3 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 ? P3 口： ～ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的 7 個(gè)雙向 I/O 端口。 和 還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的 正 相輸入 (AIN0)和反相輸入 (AIN1)。 同時(shí) AT89C2051 的時(shí)鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。 95 年出現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。在使用 PL/M 、 C 等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS1820 操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。單總線僅在主機(jī)發(fā)出讀寫時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù) 。 2． 5 DS18B20 使用注意事項(xiàng) DS1820 在實(shí)際應(yīng)用中 應(yīng)注意以下幾方面的問題： （ 1） 每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，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(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。 2． 4 DS18B20 測(cè)溫過程 1WIRE 網(wǎng)絡(luò)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 所示，一般通過雙絞線與 1WIRE 元件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，它們通常被定義為漏極開路端點(diǎn)，主 / 從式多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，而且一般都在主機(jī)端接上一個(gè)上拉電阻 +5V 電源。溫度傳感器在測(cè)量完成后將測(cè)量的結(jié)果存儲(chǔ)在 DS18B20 的兩個(gè) 8BIT 的 RAM 中，單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式如下表 （ 以 12 位轉(zhuǎn)化為例 )： 圖 溫度信號(hào)寄存器格式 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。 光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼 。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將 55 ℃ 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。這種方式避免了測(cè)溫過程中的 A/D 轉(zhuǎn)換，提高了溫度 測(cè)量的精度。 R1 和 R0 用來設(shè)置分辨率，如下表所示 :（ DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位） 表 分辨率設(shè)置 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 0 0 9 位 ms 0 1 10 位 ms 1 0 11 位 375 ms 0 0 12 位 750 ms 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 由表可知，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是 TH 、 TL 的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。 在類似這種溫度的情況下， 推薦 使用 DS18B20 的 VDD 引腳。 DS18B20 從單線信號(hào)線上汲取能基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 量 ， 在信號(hào)線 DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里 ， 在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。圖中 GND為地， I/O 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報(bào)警溫度的設(shè)定值。 DS18B20 的測(cè)量分辨率可通過程序設(shè)定 9～ 12 位。 （ 5） 供電方式靈活 。C 。 （ 2） 測(cè)量溫度范圍寬 。 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 2 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 2． 1 DS18B20 概述 由 dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 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 ,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。Σ－Δ式 A／ D 轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對(duì)外圍元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。 （ 3）總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化 目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線 (1Wire)總線、 I2C 總線、 SMBus 總線和 spI 總線。對(duì)某些智能溫度傳感器而言，主機(jī) (外部微處理器或單片機(jī) )還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其 A/D 轉(zhuǎn)換速率 (典型產(chǎn)品為 MAX6654)，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 (典型產(chǎn)品為 DS1624)。例如， DS1629 型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（ RTC），使其功能更加完善。 ℃。 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 1． 5 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì) 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著總線標(biāo)準(zhǔn)化、多功能、高精度、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。同時(shí)，基于單總線技術(shù)能較好地解決傳統(tǒng)識(shí)別器普遍存在的攜帶不便，易損壞，易受腐饋，易受電磁干擾等不足，因此，單總線具有廣闊的應(yīng)用前景，是值得關(guān)注的一個(gè)發(fā)展領(lǐng)域。而單總線（ 1wire bus ）， 它 采用單根信號(hào)線 ， 既傳輸時(shí)鐘 ， 又傳輸數(shù)據(jù) ， 最基本的操作有初始化、寫和讀 3 種，所有其它的操作都由這 3種基本操作組合而成。 （ 4）促成了傳感器多功能化 智能式傳感器可以實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測(cè)量，可編程擴(kuò)大測(cè)量與使用范圍；有一定的自適應(yīng)能力，根據(jù)檢測(cè)對(duì)象或條件的改變，相應(yīng)地改變量程及輸出數(shù)據(jù)的形式；具有數(shù)字通訊接口功能，直接送入遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；具有多種數(shù)據(jù)輸出形式 (如 RS232串行輸出， PIO 并行輸出， IEEE488 總線輸出以及經(jīng) D／ A轉(zhuǎn)換后的模擬量輸出等 )，適配各種應(yīng)用系統(tǒng)。 智能傳感器具有 ：通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動(dòng)化能力；功能多樣化 等特點(diǎn) 。其它公司紛紛效仿，先后研制出各自的智能傳感器產(chǎn)品。 檢測(cè)設(shè)備的性能指標(biāo)主要有精確度、穩(wěn)定性、輸入輸出特性 這 3 個(gè)方面。而其中 任何一 環(huán)節(jié)處理不當(dāng) ， 就 會(huì) 造成整個(gè)系統(tǒng)性能的下降 。隨著 半導(dǎo)體 技術(shù)的 高 速 發(fā)展 ,特別是大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展 , 數(shù)字化 、 微型化 、 集成化 成為 了 傳感器發(fā)展的 主 要方向 。基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 中文題目： 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 英文題目： The Temperature Detection System Design based one wire bus temperature sensor 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 專業(yè)方向 電子產(chǎn)品應(yīng)用與開發(fā) 班 級(jí) 08應(yīng)電 學(xué) 號(hào) 2020209036 學(xué)生姓 名 王宇鵬 指導(dǎo)教師 屈召貴 教 研 室 電氣工程及其自動(dòng)化 四川師范大學(xué)成都學(xué)院 2020年 06月 28日 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 ： 溫度 是工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)控制中最常見的工藝參數(shù)之一。本文 介紹 了 檢測(cè)的基本概念， 單 總 線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 及單片機(jī) AT89C2051 的特性 、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 及工作原理，給出了 DS18B20 與單片機(jī) AT89C2051 接口的應(yīng)用實(shí)例，以及由 兩者 組成溫度檢測(cè)系統(tǒng)的方法，并給出了對(duì) DS18B20 進(jìn)行各種操作的軟件流程圖 及操作程序。采用 數(shù)字溫度傳感器與單