【正文】 ，與匯編語言相比，它具有眾多的優(yōu)點(diǎn)。目前，這種語言已經(jīng)近乎被淘汰掉 。 BASIC 語言是最基礎(chǔ)的編程語言，對(duì)初學(xué)者來說比較易學(xué)，但使用起來卻比較繁瑣，在執(zhí)行程序的過程中，系統(tǒng)需要將每一條語句轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼，故程序執(zhí)行時(shí)間較長。這種設(shè)計(jì)的好處是編程簡單、調(diào)試方便，便于以后的程序維護(hù)。分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行程序編寫和調(diào)試。本文通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的控制。 武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 18 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件連接好之后，軟件編程是整個(gè)系統(tǒng)的核心。 圖 聲光報(bào)警電路 由以上分析可知，數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、聲光報(bào)警模塊、溫度傳感器電路、按鍵控制電路、 LCD 顯示模塊等五大部分 。當(dāng)該端口為高電平時(shí)，LED 燈亮。 圖 按鍵控制電路 武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 17 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有聲光報(bào)警功能，報(bào)警方式為蜂鳴器蜂鳴和 LED燈常亮的 方式。五個(gè)獨(dú)立按鍵可用 SW1~ SW5表示，其各個(gè)功能分別是溫度顯示狀態(tài)下可切換分辨率、溫度顯示狀態(tài)下可復(fù)位溫度檢測范圍、溫度范圍選項(xiàng)的切換、溫度值加一、溫度值減一。其按鍵控制電路分為五個(gè)獨(dú)立按鍵，如下圖所示。 LCD1602的八位數(shù)據(jù)線 端口與 單片 機(jī)的 P0口對(duì)應(yīng)連接，顯示內(nèi)容可以通過此連接輸出至液晶屏上 。 從圖中可以看出， LCD1602 的 第 1管腳 和 第 2管 腳分別 與電源的地和電源 相連 。 圖 LCD1602 與單片機(jī)的 連接 電路 圖 。 第 7～ 14腳： D0 D7～ 是 8位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS和 RW的輸入同時(shí) 為低電平時(shí) ，則為 寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS輸入為 低電平 ， RW輸入 為高電平時(shí) ，則為 讀忙信號(hào)，當(dāng) RS輸入 為高電平 ， RW輸入 為低電平時(shí) ，則為 寫入 信號(hào) 。 第 4腳： RS是 寄存器 的選擇 ， 當(dāng)輸入為 高電平時(shí) ，自動(dòng) 選擇數(shù)據(jù)寄存器 ，當(dāng)輸入為 低電 平時(shí) ，自動(dòng) 選擇指令寄存器。 第 2腳： VDD 外 接 5V? 電源 。 LCD1602 液晶屏顯示電路 武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 15 本文選用 LCD1602 液晶顯示模塊 作為 液晶顯示電路。圖 集電路，通過 DS18B20 實(shí)時(shí)的采集被測物體的實(shí)時(shí)溫度，然后將溫度傳輸?shù)紸T89C51 單片機(jī)的 端口。需要注意的是，在進(jìn) 行串口通信時(shí)，當(dāng)通過端口訪問DS18B20 時(shí)，需要遵守初始化 、 ROM 操作命令 、 存儲(chǔ)器操作命令和控制操作等幾個(gè)協(xié)議。 圖 溫度傳感器電路 DS18B20 自身只有一根數(shù)據(jù)線，故該傳感器和單片機(jī)之間的需要采用串行通信的方式。此外，由 于每個(gè) DS18B20 在出廠時(shí)就已經(jīng)獲得了唯一的一串序列號(hào)，因此可以實(shí)現(xiàn)在一條總線上完成多個(gè) DS18B20 的接入，還可以多點(diǎn)組網(wǎng)功能，即在唯一的三根線上并聯(lián)上多個(gè) DS18B20 ，從而完成多點(diǎn)測溫功能。本文采用單總線數(shù)字輸出的集成半導(dǎo)體溫度傳感器DS18B20 ，該傳感器可以支持 9位二進(jìn)制讀數(shù)，并且不需要 A/D轉(zhuǎn)換。 本文設(shè)計(jì)的復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位方式。通過使復(fù)位端經(jīng)過電阻與電源Vc 接通可實(shí)現(xiàn)按鍵電平復(fù)位，其電路圖如圖 (b)所示；通過 RC 微分電路產(chǎn)生正脈沖可實(shí)現(xiàn)按鍵脈沖復(fù)位，其電路圖如圖 (c)所示。當(dāng)電源 Vc 的上升時(shí)間不超過 1ms 時(shí)，便可完成上電自動(dòng)復(fù)位，也就是說當(dāng)接通電源瞬間，便完成了復(fù)位操作。 復(fù)位操作分為上電自動(dòng)復(fù)位 和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 13 施 密 特 觸 發(fā) 器復(fù) 位 電 路片 內(nèi) R A MR S T / V p dV c c 圖 復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖 由上圖可知，復(fù)位電路主要由芯片內(nèi)和芯片外兩部分組成。如果使用頗率為 6MHz 的晶振，那么復(fù)位信號(hào)的有效時(shí)間應(yīng)該至少持續(xù) 4us 才能完成 復(fù)位操作。 表 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0~P3 FFH SCON 00H IP 000000B SBUF 不定 IE 0000000B PCON 00000B TMOD 00H （ 2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生 RST 引腳作為復(fù)位信號(hào)的輸入端。除了系統(tǒng)正常初始化之外，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作失誤使系統(tǒng)瀕臨死機(jī)狀態(tài)時(shí)，可通過按下復(fù)位鍵使系統(tǒng)重新啟動(dòng)。 復(fù)位及復(fù)位電路 （ 1）復(fù)位操作 復(fù)位作為單片機(jī)的初始化操作。選擇外部振蕩信號(hào)沒有特殊要求，只要保證脈沖寬度就可以，常采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)作為外部振蕩信號(hào)。石英晶體的振蕩頻率在 12MHz～ 之間選擇，電容值在 5 30pF～ 之間選擇，通過選擇電容值的大小可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的微調(diào)。圖 （ a）為內(nèi)部方式產(chǎn)生的時(shí)鐘電路，將定時(shí)元件外接在 XTAL1和 XTAL2 引腳上，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。此放大器的輸入端和輸出端為 XTAL1 引腳和 XTAL2 引腳。在用戶不主動(dòng)修改 ISP 引導(dǎo)碼的情況下，用戶程序都是放在 Block0 的 00H 開始的單元中。啟動(dòng)時(shí)，首先執(zhí)行 ISP 引導(dǎo)碼，判斷是下載程序還是正常啟動(dòng)。用戶通過執(zhí)行 ISP引導(dǎo)碼可以方便的對(duì)程序進(jìn)行改寫，并且不需要編程器，也不需要親自到現(xiàn)場。 Flash 存儲(chǔ)塊通過 REMAP 功能可以實(shí)現(xiàn)重新定位。 2． 64K片內(nèi) Flash 根據(jù)芯片型號(hào)劃分， AT89 系列單片機(jī)共有 64 / 32 /16 / 8K片內(nèi) Flash ，共分武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 11 為兩個(gè) Flash 存儲(chǔ)塊： Block0 和 Block1 。 AT89 系列單片機(jī)額外增加了 768bit 的片內(nèi) RAM ，很好的解決了編程人員在編程時(shí) RAM 資源不夠使用的情況。 AT89S51 單片機(jī)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1）具有 80C51 核心處理器單元； （ 2） 5V 工作電壓，工作頻率為 0~12MHz ； （ 3）具有大容量內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM ， 1K RAM字 節(jié) ； （ 4）具有 64 / 32 /16 / 8KB片內(nèi) Flash程序存儲(chǔ)器； （ 5）支持 12M時(shí)鐘或 6M 時(shí)鐘模式； （ 6）雙 DPTR 數(shù)據(jù)指針； （ 7） SPI (串行外圍接口 )和增強(qiáng)型 UART ； （ 8）具有 4個(gè) 8位 I/O 口，含 3個(gè)高電流 P1 口 ，可以直接驅(qū)動(dòng) LED ； （ 9）具有 3個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； （ 10）具有可編程看門狗定時(shí)器 ( WDT )； （ 11）低 EMI 方式 (ALE 禁止 )； （ 12）兼容 TTL 和 COMS 邏輯電平； （ 13）具有掉電檢測和低功耗模式等。并且該單片機(jī)在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)方面與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 單片機(jī)完全兼容。本文采用 AT89 系列單片機(jī)中的 AT89S51 單片機(jī)。 圖 圍電 路。 51系列 的 單片機(jī)最小系統(tǒng) 主要由 單片機(jī)、晶振電路 和 復(fù)位電路 組成。在 Proteus仿真環(huán)境下，完成該系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，下面分別對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行介紹。多數(shù)情況下，測溫電纜線均為屏蔽 4芯雙絞線，其中一對(duì)與地線和信號(hào)線連接，另一對(duì)與 VDD和地線連接，屏蔽層在源端單點(diǎn)與大地連接。在圖 ，采用寄生電源的方式，人為的把 DS18B20芯片的 VDD接口和 GND接口連在一起。需要注意的是，需將 VDD、 DQ、 GND三根線焊接牢固。 R1和 R0用來設(shè)定分辨率，如下表所示（出廠時(shí)， DS18B20 芯片的該位被設(shè)置成 12位）。 （ 4）配置寄存器 該字節(jié)各位的含義如下： 表 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 該寄存器的低五位均為 1， TM代表測試模式位，設(shè)定 DS18B20 是在工作模式還是在測試模式。 例如 125? ℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H ， ? ℃ 的數(shù)字輸出為 0191H ，? ℃ 的數(shù)字輸出為 FF6FH ， 55? ℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H 。下 面以 12位轉(zhuǎn)化為例進(jìn)行說明：采用 16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式，以 / LSB℃形式表達(dá)，其中 S 代表符號(hào)位。光刻 ROM的功能是讓每一個(gè)DS18B20 芯片都互不相同，由此可以實(shí)現(xiàn)一根總線上接入多個(gè) DS18B20 芯片。 武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 6 圖 DS18B20 內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 芯片具有四個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件 ： （ 1）在出廠之前，光刻 ROM中的 64位序列號(hào)已經(jīng)被刻錄好，它可以作為DS18B20 芯片的地址序列號(hào)。當(dāng)完成溫度轉(zhuǎn)換后， DS18B20芯片所測量的溫度值會(huì)自動(dòng)的與上限值 TH和下限值 TL進(jìn)行比較，當(dāng)測量溫度值高于上限值 TH或者低于下限值 TL時(shí)，會(huì)置位 DS18B20芯片的告警標(biāo)志位，用以表示溫度超出測量范圍。通過軟件編程，可以將數(shù)字溫度傳輸設(shè)定成 9位或者 12位，并且它的最大傳輸時(shí)間是 750ms 。 DS18B20芯片內(nèi)部采用在板溫度測量專用技術(shù)，測量范圍是 55 ~ 125℃ ℃??，在 10 ~ 85℃ ℃??時(shí)，它的精度是 ℃? 。 圖 DS18B20 的管腳排列圖 由上圖可知，由于 DS18B20 芯片具有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入 /輸出口，故它是單總線專用芯片之一。DS18B20 芯片的管腳排列圖如圖 。該芯片的溫度分辨率可以調(diào)節(jié)，具有很好的可靠性和實(shí)用性。該芯片只傳遞數(shù)字信號(hào)，故傳輸精度較高。它主要由溫度傳感器和微控制器組成。下面首先介紹一下數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 芯片。 DS18B20 芯片能提供 9位溫度讀數(shù)，不需要任 何的外圍硬件便可以構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。對(duì)于多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)，它可以直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，而且每片 DS18B20 都有唯一的產(chǎn)品 號(hào)，可將其存入 ROM中，這樣在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時(shí)，可以在單線上接入多個(gè)任意 DS18B20 芯片。 方案二：采用單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來實(shí)現(xiàn)。此種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，并且感溫電路的設(shè)計(jì)也較為麻煩。兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)溫差時(shí)，會(huì)在兩個(gè)導(dǎo)線上產(chǎn)生熱電電位，即電壓差。 方案選擇 方案一：需要采用熱電偶。面對(duì)如此眾多的產(chǎn)品，如何設(shè)計(jì)出符合自己需要的溫度傳感器，需要從以下幾點(diǎn)考慮：外圍 電路應(yīng)該盡量簡單；合適的測溫的精度和分辨率，以便減少不必要的成本開支；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力要滿足多點(diǎn)測溫的需要；盡量減少占用 MCU 的 I/O 引腳數(shù)，因?yàn)?MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，并且輸入通道有限，應(yīng)該盡量節(jié)約；與 MCU 的通信協(xié)議應(yīng)該盡量簡單，并且其軟件開發(fā)難度盡量簡單。武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 4 2 溫度傳感器 DS18B20 隨著科技的進(jìn)步，溫度傳感器逐漸向著智能化、集成化的方向發(fā)展。通過采用 LCD1602 液晶屏對(duì)數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行溫度顯示，并且設(shè)計(jì)出溫度范圍檢測功能，超出設(shè)定穩(wěn)定將會(huì)自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警。 本文設(shè)計(jì)要求 由于傳統(tǒng)的溫度計(jì)具有反映速度慢、測量精度低、讀數(shù)誤差大等缺陷。 （ 7）測控自動(dòng)化 隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，自動(dòng)化、智能化將成為溫度測量儀表的又一發(fā)展方向。 （ 6）顯示數(shù)字化 數(shù)字化是溫度測量儀表以后的發(fā)展方向。 （ 4）適應(yīng)特殊環(huán)境下的測溫 不同場合對(duì)溫度檢測器有著不同的要求，特別是一些特殊場合，對(duì)溫度檢測武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 3 器有著特殊的要求。而應(yīng)用對(duì)象也從單純的工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展到了環(huán)境保護(hù)、家用電器、汽車工業(yè)、航天工業(yè)等領(lǐng)域。對(duì)超高溫和超低溫的溫度檢測將成為以后的研究熱點(diǎn)。并且測量的自動(dòng)化水平較低，自控能力較差。 國內(nèi)外測溫技術(shù)存在的問題及發(fā)展動(dòng)向 伴隨著工業(yè)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)效率的要求不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平也越來越廣泛，因此工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)溫 度檢測的要求也越來越高。 ④ 用長熱電偶測量表面溫度分布情況。 ③ 輻射溫度計(jì)或熱像儀測量表面溫度分布。 ② 纖式溫度分布測量裝置。傳統(tǒng)的溫度測量可以叫做對(duì)某一 “點(diǎn) ”的溫度測量。例如：由點(diǎn)到線、由線到面溫度分布的測溫技術(shù)；由表面到內(nèi)部、深部的測溫技術(shù)等。 （ 4）利用熱 輻射原理制成的高溫計(jì) 武昌工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）專用稿紙 2 通過此種原理制成的熱輻射高溫計(jì)主要有兩種：一個(gè)是單色輻射高溫計(jì)，一般稱光學(xué)高溫計(jì)；另一個(gè)是全輻射高溫計(jì)，它的工作原理是首先物體吸收熱輻射，然后根據(jù)物體本身的性質(zhì)，決定將其吸收、反射或透過。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)方便、測量范圍廣、測量精度高、熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛作為溫度傳感器的敏感元件使用。 （ 2）利用熱電效應(yīng)原理制成的溫度檢測元件 通過此原理制作而成的溫度檢測元件主要是熱電偶。目前主要采用溫度計(jì)進(jìn)行溫度檢測，常用的溫度計(jì)種類繁多。通過在智能儀表和測控系統(tǒng)中引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳統(tǒng)的儀器和儀表設(shè)備發(fā)生了質(zhì)的變化，這些變化為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和智能化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。它具有邏 輯控制簡單、操作靈活、使用便捷、