【正文】 感器設(shè)計方案 ..................................5 方案論證 ....................................................53 電路設(shè)計 ..........................................................7 工作原理 .....................................................7 DS18B20 與單片機(jī)接口技術(shù) .....................................8 DS18B20 的引腳功能 ....................................8 DS18B20 與單片機(jī)接口電路 ...............................8 溫度寄存器格式和溫度/數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系 .....................9 單片機(jī)對 DS18B20 的控制方法 ...........................10 鍵盤電路設(shè)計 ...............................................13 行列式鍵盤與單片機(jī)接口電路 ............................13 鍵盤面板 ..............................................13 顯示電路設(shè)計 ................................................14 LCD 引腳分布及功能 ...................................14 單片機(jī)與圖形液晶的接口電路 ............................15 報警電路設(shè)計 ...............................................16 電源電路設(shè)計 ...............................................174 程序設(shè)計 .........................................................18 系統(tǒng)資源分配 ...............................................18 系統(tǒng)硬件資源分配 ......................................18 系統(tǒng)軟件資源分配 ......................................18 系統(tǒng)流程設(shè)計 ...............................................18 主程序流程設(shè)計 ........................................18 DS18B20 程序流程設(shè)計 ..................................20本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 II 頁 共 II 頁 顯示程序流程 .........................................21 鍵盤程序程序流程 .....................................22 程序設(shè)計 ...................................................24 主程序設(shè)計 ............................................245 系統(tǒng)仿真 .........................................................25 PROTEUS 仿真環(huán)境介紹 .......................................25 原理圖繪制 .................................................26 程序加載 ...................................................27 程序編譯 ..............................................27 程序加載 ..............................................27 系統(tǒng)仿真 ...................................................28 仿真結(jié)果分析 ...............................................33結(jié)束語 .............................................................34致 謝 .............................................................35參考文獻(xiàn) ...........................................................36附錄一 .............................................................38附錄二 .............................................................39本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 61 頁 1 緒論 課題設(shè)計背景溫度是一個和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量，是國際單位制七個基本量之一，同時它也是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。人民的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行?？梢?，研究溫度的測量具有重要的理論意義和推廣價值。本設(shè)計就是為了滿足人們在生活生產(chǎn)中對溫度測量系統(tǒng)方面的需求。采用液晶顯示溫度值和路數(shù)，顯示格式為:溫度的符號位,整數(shù)部分,小數(shù)部分,最后一位顯示℃。 課題研究的目的意義21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的主流之一，被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。（2）本課題綜合了現(xiàn)代測控、電子信息、計算機(jī)技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域方方面面的知識，具有綜合性、科學(xué)性、代表性，可全面檢驗和促進(jìn)學(xué)生的理論素養(yǎng)和工作能力。 國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，同時具有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。DS18B20 是美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器,可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理,而且可以在一條總線上掛接任意多個 DS18B20 芯片,構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)無需任何外加硬件（《單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 及其在單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用》 ） 。以 DS18B20 為例,介紹數(shù)字式溫度傳感器的功能特點及由 DS18B20 組成的溫度測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計。我國是一個人口眾多的農(nóng)業(yè)大國 ,糧食生產(chǎn)、需求與儲備量很大 ,糧食在儲備的過程中常因糧食的濕度過大而升溫發(fā)熱 ,又由于檢測手段的落后造成溫檢系統(tǒng)錯報或漏報 ,從而導(dǎo)致糧食大量的腐爛變質(zhì) ,給國家?guī)砭薮蟮膿p失。而基于 DS18B20 設(shè)計的溫度檢測系統(tǒng)就可以實現(xiàn)這一需求。本設(shè)計采用以 AT89C51 為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，來實現(xiàn)對溫度的檢測、報警等功能。（3）系統(tǒng)硬件設(shè)計。（4）系統(tǒng)軟件設(shè)計。主要研究 DS18B20 與單片機(jī)的通信協(xié)議、時序及一些通用程序等。其中硬件開發(fā)的難點在于各種元器件的選擇和使用，如各種電阻、電容等的選擇。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 61 頁 2 系統(tǒng)的需求分析與總體方案論證 基于模擬溫度傳感器設(shè)計方案該方案由單片機(jī)、模擬溫度傳感器 AD590、運算放大器、AD 轉(zhuǎn)換器、44鍵盤、LCD 顯示電路、集成功率放大器、報警器組成,如圖 所示。 單片機(jī)模擬溫度傳感器模擬溫度傳感器L C D 顯示電路集成功放報警器4 4 鍵盤模擬傳感器A D 5 9 0模擬溫度傳感器模擬溫度傳感器運算放大器多路選擇器A / D轉(zhuǎn)換圖 基于模擬溫度傳感器的測量系統(tǒng)方案本方案使用的測溫元件的性能指標(biāo)如下：（1）AD590 的測溫范圍為﹣55℃～+150℃。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 （4）精度高，AD590 共有 I、J、K、L、M 五檔，其中 M 檔精度最高，在﹣55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177。 集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便，溫度測量范圍廣等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0℃時輸出為本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 61 頁 0，溫度 25℃時輸出 。 基于數(shù)字溫度傳感器設(shè)計方案該方案使用了 AT89C51 單片機(jī)作為控制核心,以智能溫度傳感器 DS18B20 為溫度測量元件，采用多個溫度傳感器對各點溫度進(jìn)行檢測，通過 44 鍵盤模塊對正常溫度進(jìn)行設(shè)置顯示電路采用 12864 LCD 模塊，使用 LM386 作為報警電路中的功率放大器。（2）在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（4）測量溫度范圍在－55℃到＋128℃之間。（6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。采用液晶顯示，同時顯示路數(shù)和溫度，每秒刷新 1 次顯示數(shù)據(jù)。方案一采用模擬溫度傳感器 AD590，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運算放大器和 AD 轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。方案二采用了數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，改變了傳統(tǒng)溫度測試方法。DS18B20 體積小、經(jīng)濟(jì)、使用方便靈活，測試精度高，較高的性能價格比，有 CRC 校驗，系統(tǒng)簡明直觀。方案二程序設(shè)計稍微復(fù)雜一些，但在畢業(yè)設(shè)計期間我用 DS18B20 做過溫度計，也調(diào)試過 LCD，并且已經(jīng)用 PROTEUS 實現(xiàn)了系統(tǒng)的仿真。綜上所述，本課題采用方案二對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)主要由傳感器電路、液晶顯示電路、鍵盤電路、報警電路、電源電路組成，系統(tǒng)原理圖如圖 所示。主機(jī)按照通信協(xié)議用一個 IO 口模擬 DS18B20 的時序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM 命令、RAM 命令）給 DS18B20，轉(zhuǎn)換完成之后讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點的溫度。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 61 頁 每個 DS18B20 有自己的序列號，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接了 4 個DS18B20，通過 CRC 校驗，對各個 DS18B20 的 ROM 進(jìn)行尋址，地址符合的DS18B20 才作出響應(yīng)，接收主機(jī)的命令，向主機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。 DS18B20 與單片機(jī)接口技術(shù) DS18B20 的引腳功能DS18B20 的引腳功能描述見表 。DS18B20 只有三個引腳，一個接地，一個接電源，一個數(shù)字輸入輸出引腳接單片機(jī)的 口，電源與數(shù)字輸入輸出腳間需要接一個 的電阻。其寄存器有 16 位,高 5 位為符號位,低13 位為數(shù)據(jù)位。 表 溫度寄存器格式 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0LS Byte 表 溫度/數(shù)據(jù)的關(guān)系B bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8MS Byte 如果測得的溫度大于 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，測得的數(shù)值需要取反加 1 再乘 ，即可得到實際的溫度值。23 22 21 20 21 22 23 24S S S S S 26 25 24 DS18B20 單 片 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 61 頁 單片機(jī)對 DS18B20 的控制方法DS18B20 采用嚴(yán)格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。除了應(yīng)答脈沖所有這些信號都由主機(jī)發(fā)出同步信號。且低位在前，高位在后。s，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖(TX), 然后主機(jī)釋放總線并進(jìn)入接收(RX)模式。DS18B20 檢測到這個上升沿后，延時 15181。s，通過拉低總線60181。s 產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。溫度 輸出(2 進(jìn)制) 輸出(16 進(jìn)制)+125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H+85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H+℃ 0000 0001 1001 0001 0191H+℃ 0000 0000 1010 0010