【正文】 ..................................................................... 16 4 系統(tǒng)調(diào)試及性能分析 ............................................................................................................. 17 內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 ii 系統(tǒng)調(diào)試 ..................................................................................................................... 17 系統(tǒng)性能分析 ............................................................................................................. 17 5 結(jié)束語 ..................................................................................................................................... 18 參考文獻 .................................................................................................................................... 19 致謝 ............................................................................................................................................ 20 附錄 ............................................................................................................................................ 21 附錄（ 1）數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)元件清單 ............................................................. 21 附錄（ 2）數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)原理圖 ................................................................. 22 附錄（ 3）數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)印刷電路板圖 ..................................................... 23 附錄（ 4）數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)控制源程序 ......................................................... 24 內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 iii 摘 要 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)由主控制器、溫度采集電路、溫度顯示電路、報警控制電路及鍵盤輸入控制電路組成。它 利用單片機 AT89C51 做控制及數(shù)據(jù)處理器、智能溫度傳感器 DS18B20 做溫度檢測器 、 LED 數(shù)碼顯示管做溫度顯示輸出設(shè)備。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字 ； 溫度 ； 傳感器； 單片機 ； 控制 內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 iv Abstract the digital multichannel temperature gathering system by the master control regulator, the temperature gathering electric circuit, the temperature display circuit, reports to the police the control circuit and the keyboard entry control circuit is posed .It makes the control and the data processor, intelligent temperature sensor DS18B20 using monolithic integrated circuit AT89C51 makes the temperature detector, the LED numerical code display tube makes the temperature demonstration output unit. The hardware electric circuit quite is simple, the cost is low, the temperature measurement scope is big, and the measuring accuracy is high, reading demonstration is directviewing, easy to operate. Key words: numeral。 sensor。 control 內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 1 1 綜述 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人們的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。 系統(tǒng)主要 技術(shù)指標： （ 1） 2 路溫度采集電路及以上； （ 2）采集測溫范圍為 50～ +110 ℃ ； （ 3）溫度精度 ， 誤差在 ℃ 以內(nèi)； （ 4）顯示模塊 ， 采用 LED 數(shù)碼管顯示。數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。 溫度采集電路設(shè)計 溫度采樣處理電路由溫度傳感器、放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路等組成。 采用智能溫度傳感器 采樣處理電路， 能夠方便的進行溫度的采集及簡單的數(shù)據(jù)處 理 。本系統(tǒng)選擇智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度采集 電路的核心器件。 DS18B20 簡介 多路溫度采集（ DS18B20） 溫度顯示器（ LED） 輸入控制電路（按鍵） 報警控制 電路(蜂鳴器 ) 主 控 制 器 （ AT89C51） 內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 3 （ 1） DS18B20 的性能特點 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等溫度傳感器相比，它能夠直接讀出被測溫度，并可根據(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，可以在 至 750ms 內(nèi)完成相應(yīng) 9 位至 12 位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換。它的測溫范圍是 55～ +125℃ 。因而選用 DS18B20 是恰當(dāng)?shù)摹? 圖 2 DS18B20 外形結(jié)構(gòu) 圖 3 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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。 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 圖 4 64 位 ROM 結(jié)構(gòu) DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個非易失性的可電擦除 E2PRAM和一個高速暫存 RAM。非易失性溫度內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 4 報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息。第 5 字節(jié)為配置寄存器，用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 圖 5 高速緩存 RAM 結(jié)構(gòu) 圖 6 配置寄存器 表 1 DS18B20 分辨率的定義規(guī)定 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 /ns 0 0 1 1 0 1 0 1 9 10 11 12 375 750 內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 5 9 位分辨率時，精度為 ℃ /LSB； 10 位分辨率時，精度為 ℃ /LSB； 11 位分辨率時，精度為 ℃ /LSB； 12 位分辨率時 ，精度為 ℃ /LSB。 為了達到本系統(tǒng)的技術(shù)指標，選擇 12 位分辨率。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時，依然能夠保證測量精度。 在外部電源供電方式下， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，此時 I/O 線不需要強上拉 ，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上可以掛接任意多個 DS18B20 傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。在外部供電方式下， DS18B20 的 GND 引腳必須接地，不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ 。圖中給出了 2 路溫度采集電路， 2 只智能溫度傳感器DS18B20 的信號輸出端都連接到單片機的 端，電阻 R6作為 上拉電阻。 工作時，由程序控制讀取某智能溫度傳感器 DS18B20 采集的溫度數(shù)據(jù)，送單片機處理。 單片機芯片選擇 MCS8031 和 AT89C51[2]都具有 4 個 8 位 I/O 接口，但 MCS8031 沒有內(nèi)部程序存儲器，需要外接，增加 了 電路 的 復(fù)雜性； AT89C2051 和 AT89C51 都具有 Flash ROM，可以省去外接程序存儲器；但 AT89C2051 接口少，不利于功能擴展；故選用 AT89C51。 AT89C51 單片機 工作 基本電路 設(shè)計 AT89C51 單片機正常工作，必須連接基本電路。 （ 1） 晶振電路 單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。 在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體（簡稱晶振），作為單片機內(nèi)部振蕩電路的負載，構(gòu)成自激振蕩器，可在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。 本電路選用晶振 12MHz， C1=C2=30pF。單片機工作從復(fù)位開始。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。電路如圖 9 中所示。若該高電平能保持足夠 2 個機器周期，就可以實現(xiàn)復(fù)位操作。F ， R1=10KΩ。 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U9A T 89 C 51Y112 M zC1 30pC2 30p+C3 10uFR110kV C CS1.. 圖 9 單 片機 控制 電路 輸入控制電路設(shè)計 輸入控制電路由 按 鍵 及其接口 構(gòu)成 ， 鍵盤 是單片機最簡單的輸入設(shè)備。 本系統(tǒng)的輸入控制簡單，采用獨立式鍵盤 及 接口電路 [5]。電路如圖 10 所示 ， 各鍵功內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 8 能如表 2 所示。 S2 第二路溫度 按鍵按下， LED 數(shù)碼顯示管顯示第二路溫度。 LED 數(shù)碼顯示管有靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式 ，本系統(tǒng)采用串行輸出 [6]的靜態(tài)顯示方式。 LED 數(shù)碼顯示管靜態(tài)顯示工作原理 LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的陰極（或陽極）選擇線連接在一起并接地（或 +5V）；每位的段碼線分別與 1 個 8 位的鎖存器輸出連接。靜態(tài)顯示可以得到較高的顯示亮度。并行輸出顯示的十進制位數(shù)多時，需要并行 I/O 接口芯片的數(shù)量較多。 內(nèi)江師范學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 9 顯示電路結(jié)構(gòu) 顯示電路由單片機 AT89C51 的 端作數(shù)據(jù)輸出 ， 連接到低位 74LS164 的數(shù)據(jù)輸入引腳端，其余 3 片 74LS164 的數(shù)據(jù)輸入端分別接到它前面一位 74LS164 的數(shù)據(jù)輸出端的最高位 引腳端 。 每片 74LS164 的輸出端分別連接到一個數(shù)碼顯示管。 abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp