【正文】 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位 微處理器，俗稱單片機 。系統(tǒng)硬件接線 電路 圖 如圖 23所示。 第 3 章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 系統(tǒng)硬件組成 本設(shè) 計電路由 單片機 AT89C5 溫度傳感器 DS18B 6 位共陰 極 LED 數(shù)碼管 、 發(fā)光二極管、 NPN 三極管、蜂鳴器 等器件組成。若用 我們設(shè)計的系統(tǒng)來監(jiān)控某一設(shè)備，當設(shè)備的溫度超過我們所 預設(shè) 的溫度時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報警 提 醒，以便人們 能 更 好的對設(shè)備進行 維護與 處理， 從而有效地避免一些 不必要的損失。 第一個數(shù)碼管用來顯示“ ”（表示當前溫度低于零度）， 13 第二個數(shù)碼管用來顯示溫度的百位，第三個數(shù)碼管顯示十位，第四個數(shù)碼管顯示個位，第五個數(shù)碼管顯示的是溫度的一位小數(shù)位，第六個數(shù)碼管顯示字母“ L”或” H” (L 表示低溫， H表示高溫）。由溫度傳感器 DS18B20 與 單片機 AT89C51 結(jié)合 構(gòu)成的溫度測量裝置 可以 直接與計算機 相 連 ， 直接 讀出 溫度的數(shù)值 ， 能夠 對 環(huán)境 的 溫度 進行 快速 的 測量 ， 且由于 單片機 可以 同時 帶多 個 DSB1820，因此可以非常容易 的 實現(xiàn)多點 溫度 測量。 溫度 傳感器是獲取信息的關(guān)鍵器件，是信息系統(tǒng)和各種 裝置必不可少的 的信 息采集 元件 。 DS18B20 的最大特點就是 輸出信號全數(shù)字化 ， 解決了 A/D 轉(zhuǎn)換的問題，有利于 單 片機 的 處理 與 控制 。 該系統(tǒng) 中 單片機采用 12MHz的 石英晶振和 30pF 的微調(diào)電容 ，由此 構(gòu)成的自激振蕩器 被 作為時鐘電路， 一般情 況下復位電路 采用簡單的上電開關(guān)復位電路。 用來控制溫度報警指示燈 D1，當溫度低于預設(shè)最低溫時，二極管紅燈閃爍報警。 51 單片機的 P1 口八個引腳分別對應(yīng)接 LED 數(shù)碼管的 八個引腳， P3 口的~ 分別控制對應(yīng)的數(shù)碼管片選引腳 1~6，第一個數(shù)碼管用來顯示“ ”（表示當前溫度低于零度），第二個數(shù)碼管用來顯示溫度的百位，第三個數(shù)碼 管顯示十位，第四個數(shù)碼管顯示個位，第五個數(shù)碼管顯示的是溫度的一位小數(shù)位，第六個數(shù)碼管顯示字母“ L”或” H” (L 表示低溫， H 表示高溫）。 而軟件部分的設(shè)計，包括數(shù)據(jù)初 始化程序的設(shè)計、主程序、處理子程序 與 顯示子程序的設(shè)計 ，并 使用 Kiel 軟件進行 匯編 語言程序 的 編寫，用 Proteus 軟件進行仿真調(diào)試。系統(tǒng)整體設(shè)計電路 圖 如圖 23所示 。 系統(tǒng)框圖如圖 22 所示。 系統(tǒng) 的 硬件電路包括 溫度 數(shù)據(jù) 的 采集電路，溫度 的 顯示電路，上下限報警電路，單片機主 控 電路等。 綜上所述 ,傳感器 部分采用 溫度傳感器 DS18B20， 主控部分采用 AT89C51 單片機 來實現(xiàn) 。而 DS18B20 與 AT89S51 結(jié)合實現(xiàn)的 溫度 監(jiān)控 系統(tǒng) 可直接進行溫度的讀取與顯示 ， 操作 簡單 方便 ，抗干擾 性 強 ， 性能 穩(wěn)定，適合 于 在 各種環(huán)境下 使 用。 PC 機不能 直接 與 DS18B20 連接，使用 很 不方便。單片機控制編程的自由度 很 大，可通過 軟件 編程 來 實現(xiàn)各種 邏輯 算法 的運算與 控制， 既能單獨控制 DS18B20 工作， 硬件實現(xiàn)簡單，還可以與 計算 機 直接 通信 。 由于 PC 機 的 輸出信號不能直接與 DS18B20 上傳數(shù)據(jù)， 需要 RS232 電平轉(zhuǎn)換， 這使得 硬件的合成 與 調(diào)試較為繁瑣， 操作困難 。故本次設(shè)計采用 的是 方案 三 。 方案三 的 操作 簡單、精確度高、實現(xiàn)方便 ，用 DS18B20 芯片測量溫度，體現(xiàn) 了 系統(tǒng)芯片化 、模塊集成化的 趨勢 ， 有效 地 減少了 外界的干擾，提高 了 檢測控制 的精確度。 從上 述 三 種方案中 能夠 看出 ： 方案一的可測溫度范圍 廣 、體積小，但是線性誤 差 大，硬件電路麻煩 。 該 方案 利用 AT89C51芯片控制 DS18B20 進行實時溫度 監(jiān)控 并顯示， 既可 快速實現(xiàn) 對 環(huán)境溫度 的 測量， 又 可根據(jù)需要設(shè)定上下限報警 功能 。 由于 DS18B20 的 物理化學性穩(wěn)定，線 性 較好 ， 在 0~100℃時，最大線 性 偏差小于 1℃ ，常 用做 產(chǎn) 業(yè)測溫元件。 為了獲得 高精度數(shù)值 ，必須解決測量切換晶振電路 復位電路 顯示電路 測溫電路 ADC0809 按鍵防抖動 報警電路 AT89C51 單 片 機 10 與 零點漂移等 產(chǎn)生 的誤差。 用 傳統(tǒng)的 溫度傳感器輸出 的信號 是模擬信號， 要用 A/D 轉(zhuǎn)換 電路才能 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 ， 這樣便加大了 測溫裝置的復雜 性，不僅使得 硬 件電路復雜，軟件調(diào)試 麻煩 ， 而且 制作成本 昂貴 。 圖 21 熱電偶測溫系統(tǒng)框圖 2. 方案 二 傳統(tǒng)的溫度傳感器 多 以熱敏電阻作為 測溫元件， 一根線上只能掛一個傳感器，不 利于進行 多點 的 測量 ， 一定程度上 加大了 軟件實現(xiàn)的難度 。 采用熱電偶來設(shè)計測溫 系統(tǒng) 不僅 包括 了 對 ADC0809（ A/D 轉(zhuǎn)換器） 的數(shù)據(jù)采集 和 溫度 檢 測，還 含 有 51 芯片的執(zhí)行和處理，并且還有 復位電路，晶振電路，顯示電路、 報警電路 和 啟動電路等。 利 用帶有 A/D 通道的單片機 來進行溫度的 數(shù)據(jù)采集，將隨溫 度變化的電壓或電流 信號 采集過來， 通過 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機 來執(zhí)行程序、處理數(shù)據(jù) ， 然后用 顯示電路就可以 對 被測 的 溫度 進行實時的顯示。 9 第 2 章 系統(tǒng)概述 設(shè)計方案的選擇 設(shè)計溫度檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵在于兩 個 部分：溫度傳感器和主控單元的選 取 。 人 們 的生活環(huán)境 與 溫度 密不可分 ， 在 日常生活 中 溫度是最常用到的一個物理量 ， 對 它 進行準 確的測量 和 實時 的 檢測是必須的 。 隨著 電子 信息技術(shù)的 快 速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步 完善， 人們 對各種信息參數(shù)的要求都有了幾何級的增長 。 選題的意義 伴隨著科技 的發(fā)展 和社會的進步 ，人們的生活 正在朝著 數(shù)字化 的方向發(fā)展 ，而 多功能的 智能 數(shù)字溫度計給我們帶來 了 很大的 便利。本設(shè)計 能夠測量 的溫 度范圍為 55~128℃，并且小于 0℃ 、 大于100℃時報警，用 6 位共陰極 LCD 數(shù)碼管 顯示。 選題的目的和意義 選題的目的 選用單片機 AT89C51 作為主控器， DSl8B20 作為測溫傳感器 ， 結(jié)合 AT89C51與 DSl8B20 便可以設(shè)計成一個 智能 數(shù)字 溫度計 。 傳感器在我國 的發(fā)展相對較晚，在信息采集、信息傳輸和信息處理中，傳感器 技術(shù)位于最前端 ，尤其是溫度傳感器技術(shù) 。 50年 后，德國西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計。 溫度傳感器是開發(fā)最早，應(yīng)用最廣的一類傳感器。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳感器技術(shù) 在國內(nèi)外都有廣泛的 的應(yīng)用。通用型有總線型 、 非總線型 、 8 位和 16 位之分 。 單片機的 種類很多 ,按應(yīng)用 可 分為通用型和專用型。 由于單片機的接口 電路 是數(shù)字信號， 若 使用 單片機 來 控制處理 溫度、濕度、壓力等非電信號， 就 必須 借助相 應(yīng)的傳感器 來外加 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換 電路 ， 然后將信號 傳 送 給單片機進行 溫度 數(shù)據(jù) 的 處理和顯示。 單片機 的發(fā)展狀況 單片機 是發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的一款芯片，是 微型計算機的一個重要分支 ，既 能夠 直接處理 控制 電信號， 又能夠 間接 操控 溫度、濕度、壓力等非電信號。 水銀溫度計： 常用的 膨脹式溫度計 便是由 水銀 制作而成的 溫度計， 由于 水銀的凝固點 為 ℃，沸點 為 ℃， 所以 只能作為就地監(jiān)督的儀表 ， 通常 用來 檢 測 0~500℃范圍 內(nèi) 的溫度。 指針式溫度計：指針式溫度計形如儀表盤， 又 稱寒暑表， 采 用金屬的熱脹冷縮原理。 壓力式溫度計 ： 利用封 閉測溫系統(tǒng)內(nèi) ， 蒸發(fā)液體的飽和蒸氣 所產(chǎn)生的體積、壓力與 溫度 的 變 化關(guān)系而進行溫度 檢 測的 便是 壓力式溫度計 。 氣體溫度計： 常 用氫氣或氦氣作 為 測溫 原料， 由于 這些原料 的液化 度 很低，接近于絕對零度， 所以由此制成的 氣體溫度計 具有廣泛的 測溫范 圍 。 電阻溫度計： 有 金屬電阻和半導體電阻溫度計 之分 ， 它們 都是 利用 電阻值隨溫度的變化 而變化 這一特性 制作 的。 隨著 各行各業(yè)的飛速 發(fā)展和 人們 的 需 求 ，測溫技術(shù)也不斷地改 善 和提高 ， 測溫范圍 也 逐漸推廣 。系統(tǒng)中還設(shè)有 報警電路 ， 用來監(jiān)控某一設(shè)備 ， 通過 對設(shè)定的最高 、 最低 溫度的控制來完成 報警 功能的設(shè)計， 當設(shè)備的溫度超過所設(shè)溫度時，系統(tǒng)會報警 提醒，以 便 人們 能 及時的 進行處理， 避免因 溫度變化而造成不必要的損失。 本文主要介紹 了 51 單片機在采集 、檢測 環(huán)境溫度中的應(yīng)用。若采用 單片機 AT89S51 與 溫度傳感器 DS18B20 結(jié)合實現(xiàn)溫度檢測系統(tǒng) 就可以直接測量 、讀取 溫度 ， 不僅 簡單 方便 ， 測溫準確，而且 抗干擾能力強，適合于 在困難 環(huán)境 中 進行現(xiàn)場溫度測量，應(yīng)用前景 非常廣泛 。但 這些詞只是 粗糙 的形容了物質(zhì)，而 為了 更加 準確地描述物 質(zhì) 的冷熱程度， 人們又 引入了 溫度這一 物理量 。因此， 在很多 時候， 對溫度 進行準確的測量 與顯示，進而來完成對它的控制是很有必要的 。譬如：在高溫環(huán)境中，會有很多物質(zhì)無法保存，這樣不僅會造成人們生活上的困擾，也會給許多產(chǎn)業(yè)帶來意料之外的損害。 在我們的周圍，溫度總是如影隨形的陪伴著我們，無論何時何地，我們總可以感受到溫度的氣息。 體積小、功能強、集成度高、價格便宜是它最大的 特點， 正是由于這些特點， 所以 在工農(nóng)業(yè)控制、電子器 件 、 各種 裝置 設(shè)備中都有它的影子。 該論文主要介紹了利用 51 單片機來實現(xiàn)溫度的檢 測、控制與顯示，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集和溫度檢測兩個部分，既有硬件設(shè)計，也有軟件設(shè)計，并對各模塊的功能做了應(yīng)有的分析，其實現(xiàn)的功能如下： ● 以 MCS51 系列單片機為核心器件， 實現(xiàn)了 數(shù)字式溫度計 的設(shè)計 ● 利用溫度傳感器 DS18B20 進行單點溫度檢測 ● 測量范圍為 0℃～ 100℃， 檢測精度誤差在 ℃以內(nèi) ● 用 6位共陰極 LED 數(shù)碼管 進行實際溫度值顯示 ● 具有溫度上下限報警功能 6 第 1 章 設(shè)計簡介 設(shè)計背景 課題概述和意義 隨著各行各業(yè)的不斷發(fā)展與壯 大，單片機 的應(yīng)用幾乎無處不在 ， 而 數(shù)字溫度計 更是被人們緊追不舍 。 科技 的 進步 使人們對傳感器的 需求日漸增高 ，如今 的溫度傳感器在單片機的基礎(chǔ)上 正朝著 數(shù)字式智能化、總線 式 標準化 、 虛擬式 網(wǎng)絡(luò)化 、安全式 功能 化 等高 技術(shù) 的方向迅速發(fā)展。選用單片機 AT89C51 作為主控器， DSl8B20 作為測溫傳感器 ，借助 6位共 陰極 LED 數(shù)碼管串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度 的實時傳輸與 顯示。 傳統(tǒng)的溫度檢測以熱電阻 和熱電偶 為 測 溫元件 ，不僅 需要 復雜麻煩 的 信號處理電路 ，制作價格昂貴，而且 可靠性差，準確度低，誤差 較大 。 在三大信息 ： 信息采集、信息傳輸和信息處理中，傳感器 技術(shù)（信息采集）位 于信息技術(shù)的前沿，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在國 內(nèi)外 各領(lǐng)域已經(jīng) 受到了 廣泛 的引用 ，而 能夠獨立工作的溫度檢測和 監(jiān)控 系統(tǒng) 也早已應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。 附錄 ............................................... 錯誤 !未定義書簽。 溫度數(shù)據(jù)的計算處理方法 .................................... 20 源程序 .................................................... 20 第 5 章 軟件仿真 .................................................... 21 軟件介紹 .................................................. 21 Proteus 軟件 ..............................