【正文】 。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 GND： 接地。 低功耗的閑置和掉電模式 5 個中斷源 32 可編程 I/O線 三級程序存儲器鎖 定 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 （ 1） 主要特性： 圖 總體設計方框圖 主 控 制 器 LED 顯示 溫 度 傳 感 器 單片機復位 時鐘振蕩 報警點按鍵調(diào)整 陜西教育學院高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 第 頁 5 第二章 硬件設計 主要器件說明 主控制器 單片機 AT89S51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 考慮到方案中制作數(shù)字溫度計，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。測溫傳感器使用二極管結電壓變化的數(shù)值來轉化成溫度的變化，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D轉換后，就可以用單片機進 行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。 方案二：由于本設計是測溫電路，首先要選用高性能的 AT89C51單片機，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能正常運行。 供電電壓：交流 5Ｖ。 ℃。 調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于 30%。 （ 4）抗干擾性和可靠性設計。 （ 2）系統(tǒng)的硬件結構幾配置，主要軟件的功能、結構幾框圖。主要表現(xiàn)在兩個方面：一是硬件板設計采用標準總線結構（如 PC總線），配置各種通用的模板，以便擴充功能時，只需增加功能模板就能實現(xiàn)；二是軟件功能模塊或控制算法采用標準模塊結構，用戶使用時不需要二次開發(fā)，只需各種功能模塊，靈活地進行控制系統(tǒng)組態(tài)。 （ 3）實時性強 選用高性能的 AT89C51單片機的實時性，表現(xiàn)在內(nèi)部和外部事件能及時地響應，并做出相應的處理。其次是設計可靠的控制方案，并具有各種安全保護措施，如報警、事故預測、事故處理和不間斷電源等。 陜西教育學院高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 第 頁 2 第一章 總體設計方案 系統(tǒng)的設計原則 一般系統(tǒng)的設計原則包含安全性（穩(wěn)定 抗干擾性），操作的便利性（人性化），實時性，通用性和經(jīng)濟性。 由 DS18B20 組建的溫度測量單元體積小，便于攜帶、安裝。 而傳統(tǒng)的溫度計也有反應速度慢、讀數(shù)麻煩、測量精度不高、誤差大等缺點而下面利用集成溫度傳感器 DS18B20設計并制作了一款基于 AT89C51的 4位數(shù)碼管顯示的數(shù)字溫度計，其電路簡單，軟硬件結構模塊化，易于實現(xiàn)。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持。本文討論的電子溫度計溫度控制系統(tǒng) AT89C2051單片機提取 DS18B20轉化成溫度變化通過單片機內(nèi)部 A/D轉化電路轉化成數(shù)值并由數(shù)顯電路顯示出來。電子溫度計本身可由電源提供電壓，用溫度傳感器檢測溫度，因此電子溫度計屬溫度系統(tǒng)。電子溫度計的出現(xiàn)，給人類的生活帶來了很多方便，使人類不管是在生活還是在工業(yè)方面都有了很多便利之處。陜西教育學院高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 第 頁 1 前 言 單片機在電子產(chǎn)品中的應用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應用范圍的日益廣泛和多樣性，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應運而生。但是電子溫度計主要應用還是在生產(chǎn)過程、實驗室及研究所?？刂评碚搹慕?jīng)典理論、現(xiàn)代理論已經(jīng)發(fā)展到更先進的控制理論，控制系統(tǒng)也由簡單的控制系統(tǒng)、大系統(tǒng)發(fā)展到今 天的復雜系統(tǒng)。 在我們?nèi)粘Ｉ罴案鞣N生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。其缺點如下： 1． 硬件電路復雜； 2． 軟件調(diào)試復雜； 3． 制作成本高。其中溫度傳感器 DS18B20，它集溫度測量、 A／ D轉換于一體，其測量范圍寬 (55℃～ 125℃ )，DS18B20是一款具有單總線結構的器件。同時， DS18B20的輸出為數(shù)字量，可以直接與單片機連接，無需后級 A／ D轉換，控制簡單。 （ 1）安全可靠 首先要選用高性能的 AT89C51 單片機，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能正常運行。 （ 2）操作維護方便 操作方便表現(xiàn)在操作簡單、直觀形象和便于掌握且不強求操作工要掌握計算機知識才能操作。 （ 4）通用性好 系統(tǒng)設計時應考慮能適應不同的設 備和各種不同設備和各種不同控制對象，并采用積木式結構，按照控制要求靈活構成系統(tǒng)。 （ 5）經(jīng)濟效益高 系統(tǒng)的設計步驟 （ 1）系統(tǒng)總體方案設計、 （ 2）方案論證評審 硬件和軟件的分別細化設計 硬件和軟件的分別調(diào)試 系統(tǒng)的組裝 （ 3）離線仿真和調(diào)試階段 陜西教育學院高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 第 頁 3 系體的總體方案設計和框圖設計 （ 1）系統(tǒng)的主要功能、技術指標、原理性方框及文字說明。 （ 3）保證性能指標要求的技術措施。 （ 5）工藝要求 溫度數(shù)碼管顯示。 實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，控制溫度誤差范圍≤177。 溫度范圍： 50℃ ～ 125℃。 方案一：方案一：考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器， 所以這是非常容易想到的，所以可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，感溫電路比較麻煩，進行 A/D轉換，才可以滿足設計要求。單片機 AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。 陜西教育學院高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 第 頁 4 溫度計電路設計總體設計方框圖如圖 1 所示，控制器采用單片機 AT89C51，溫度傳感器采用 DS18B20，用 4位 LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。如圖 。 與 MCS51 兼容 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8 位內(nèi)部 RAM 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 （ 2） 管腳說明： VCC： 供電電壓。 P0口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸 出電流。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 PSEN： 外部 程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 顯示器 顯示電路采用 3位共陽 LED數(shù)碼管，利用動態(tài)掃描方式，從 P0口輸出段碼，P2口的 、 、 。如下圖 、 所示： 圖 圖 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器是 采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片，經(jīng)焊接，外加不銹鋼保護管封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域 ,并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 * 測溫范圍 － 55℃ ～＋ 125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。 陜西教育學院高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 第 頁 8 * 工作電源 : 3~5V/DC * 測量結果以 9位數(shù)字量方式串行傳送。 * 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 I/O C 64 位 ROM 單 線 接 口 高速緩存 存儲器與控制邏 輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8位 CRC發(fā)生器 Vdd 陜西教育學院高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 第 頁 9 圖 DS18B20 內(nèi)部結構 DS18B20內(nèi)部結構主要由四部分組成： 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的 溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。高速暫存 RAM的結構為 8字節(jié)的存儲器，結構如圖 示。第 5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。該字節(jié)各位的定義如圖 。 由表 可見， DS18B20 溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。 表 DS18B20 溫度轉換時間表 陜西教育學院高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 第 頁 10 高速暫存 RAM的第 8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。 當 DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。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式表示。表 2是一部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。 若 T＞ TH或 T＜ TL，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令做出響應。 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）。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復位脈沖）→發(fā) ROM功 能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。初始化過程是主機通過向作為從機的 DS18B20 芯片發(fā)一個有時間寬度要求的初始化脈沖實現(xiàn)的。 (2) ROM 操作命令 總線主機檢測到 DS18B20 的存在 便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一 這些命令表 ： 表 ROM 操作命令 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉換時間 /MS 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375