【正文】 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 序言第一章 序言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)是通過(guò)MCS51單片機(jī)和DS18B20轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的采集、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、處理、顯示過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)使用的溫度計(jì)雖然品種繁多，應(yīng)用范圍也較廣，但它的檢測(cè)技術(shù)基本是以下幾種方法：(1)利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計(jì)。利用此技術(shù)制成溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶，熱電偶是發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件 。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系。(2)核磁共振溫度檢測(cè)器所謂核磁共振現(xiàn)象是指具有核自旋的物質(zhì)置于靜磁場(chǎng)中時(shí)，當(dāng)與靜磁場(chǎng)垂直方向加以電磁波，會(huì)發(fā)生對(duì)某頻率電磁波的吸收現(xiàn)象。這種檢測(cè)器精度極高，可以測(cè)量出千分之一開(kāi)爾文，而且輸出的頻率信號(hào)適于數(shù)字化運(yùn)算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測(cè)器。溫度檢測(cè)的動(dòng)向與趨勢(shì)隨著工業(yè)生產(chǎn)效率不斷提高，自動(dòng)他水平與范圍也不斷擴(kuò)大，因而對(duì)溫度檢測(cè)技術(shù)的要求也愈來(lái)愈高，一般可以歸納以下幾方面：(1)擴(kuò)展檢測(cè)范圍現(xiàn)在工業(yè)上通用的檢測(cè)溫度范圍為一200～300℃ ，而今后要求能測(cè)量超高溫與超低溫 尤其是液化氣體的極低溫度檢測(cè)更為迫切，如10K以下的溫度檢測(cè)是當(dāng)前重點(diǎn)研究課題。應(yīng)用范圍將同工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護(hù)，家用電器、汽車工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域。同時(shí)利用新的檢測(cè)技術(shù)制造出新的產(chǎn)(4)適應(yīng)特殊環(huán)境下測(cè)溫在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)許多場(chǎng)合的溫度檢測(cè)器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移動(dòng)物體和高速旋轉(zhuǎn)物體的測(cè)溫、鋼水的連續(xù)測(cè)溫、火焰溫度的檢測(cè)等。其最大優(yōu)點(diǎn)是直觀、無(wú)讀數(shù)誤差、分辨率高、測(cè)量誤差小，因而有廣闊的銷售市場(chǎng)。根據(jù)上述要求，國(guó)內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展。② 加強(qiáng)新原理、新材料、新加工工藝的開(kāi)發(fā)。新產(chǎn)品不僅要具有檢測(cè)功能，又要具有判斷和指令等多功能，采用微機(jī)技術(shù)向智能化方向發(fā)展④ 向機(jī)電一體化方向發(fā)展！溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)主要用于檢定工作熱電偶、工作用熱電阻、工業(yè)用水銀溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)。它以計(jì)算機(jī)為核心，并由上位機(jī)與下位機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢定各種類型測(cè)溫元件。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各企業(yè)采用了強(qiáng)化生產(chǎn)手段，對(duì)溫度檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求，希望利用新的測(cè)方法，制造出適應(yīng)性更強(qiáng)、精度更高、性能更穩(wěn)定、并具有智能功能的新一代溫度檢測(cè)儀表。低價(jià)位（芯片形態(tài)，芯片價(jià)）的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)！在經(jīng)歷過(guò)探索完善MCU化，到現(xiàn)在的百花齊放的第四階段，單片機(jī)也成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具與檢測(cè)工具。不僅如此，檢測(cè)還涉及國(guó)計(jì)民生各個(gè)部門，可以說(shuō)在所以科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域無(wú)時(shí)不在進(jìn)行檢測(cè)。現(xiàn)代化的檢測(cè)手段能達(dá)到的精度、靈敏度及測(cè)量范圍等，在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。目前溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等。傳感器應(yīng)用極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型傳感器。軟硬件結(jié)合，加以完善。本方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測(cè)溫元件，傳感器將測(cè)量的溫度變換轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運(yùn)算放大器將信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，最后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳給單片機(jī)，單片機(jī)將溫度值進(jìn)行處理之后用LCD顯示，當(dāng)溫度值超過(guò)設(shè)置值時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始報(bào)警。顯示電路采用4位數(shù)碼管顯示，使用9013三極管為中心組成的報(bào)警電路。 系統(tǒng)整體硬件電路溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)圖23所示，控制器使用單片機(jī)AT89C51溫度傳感器使用DS18B20，用4位共陰LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)溫度顯示[2][3]。沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 圖23 設(shè)計(jì)原理圖由AT89C51構(gòu)成的數(shù)字溫度計(jì)由三部分組成：DS18B20溫度傳感器、AT89C5顯示模塊。（2）每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)有的，不可修改的64位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)訪問(wèn)地址器件。（4）測(cè)溫范圍為55℃～+125℃，在10℃~85℃范圍內(nèi)誤差為：177。（5）可編輯數(shù)據(jù)為9～12位，轉(zhuǎn)換12位溫度時(shí)間為750ms（最大）（6）用戶可自行設(shè)定報(bào)警上下限溫度（7）報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址哪個(gè)器件的溫度超出預(yù)定值（8）DS18B20的分辨率由用戶通過(guò)EEPROM設(shè)置為9～12位（9）DS18B20可將檢測(cè)到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過(guò)串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。顯示器模塊由四個(gè)單獨(dú)的共陰LED數(shù)碼管組成。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對(duì)傳感器的讀寫(xiě)和對(duì)溫度的顯示。[6] 單片機(jī)的選擇 屬于哈佛體結(jié)構(gòu)的MCS51系列單片機(jī)，其程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各自獨(dú)立，編址范圍均為64KB。32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)，AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。掉電方式保存中的內(nèi)容，但是振蕩器停止工作并禁止其它所有部件直到下一個(gè)硬件復(fù)位！各引腳對(duì)應(yīng)的功能簡(jiǎn)要介紹如下： 圖25 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖GND—— 接地。當(dāng)P0口是在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器（擴(kuò)展RAM或ROM）時(shí)，它是標(biāo)準(zhǔn)的雙向I/O接口?！?—— P1口，它僅用作為I/O口使用，它也是自帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每一位可以能驅(qū)動(dòng)４個(gè)ＬＳＴＴＬ負(fù)載。～ —— P2口。作為輸入接口時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器寫(xiě)“1”。～ —— P3口，是自帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，每一位可以能驅(qū)動(dòng)４個(gè)ＬＳＴＴＬ負(fù)載。P3 口還具有以下特殊功能：RXD() —— 串行輸入口TXD() —— 串行輸出口INT0() —— 外部中斷0INT1() —— 外部中斷T0() —— 定時(shí)器0 外部輸入T1() —— 定時(shí)器1 外部輸入WR() —— 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)RD() —— 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)RST —— 復(fù)位。有擴(kuò)散電阻連接到VSS，僅需要外接一個(gè)電容到VCC即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ALE 輸出信號(hào)恒定為1/6 振蕩頻率并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)。當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器代碼時(shí)，PSEN每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次。訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN無(wú)效。在訪問(wèn)整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)EA必須外置低電平，如果EA為高時(shí)將執(zhí)行內(nèi)部程序，除非程序計(jì)數(shù)器包含大于片內(nèi)FLASH的地址。XTAL1 —— 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入[7]。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作。見(jiàn)圖29所示: 顯示電路采用靜態(tài)顯示，4位共陰LED數(shù)碼管。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接門電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的宇形碼，因此，使用這種方法，單片機(jī)中CPU的開(kāi)銷小。(2) LSD顯示器及接法通常所說(shuō)的LED顯示器由7個(gè)發(fā)光二極管組成，故也稱7段數(shù)碼管，此外顯示器還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故有時(shí)也稱八段LED顯示管，通過(guò)7段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字，字母及其他符號(hào)。（2） 共陰極接法 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成共陰極，使用時(shí)，公共陰極接地，這樣，陽(yáng)極輸入端高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入端低電平則不點(diǎn)亮[9]。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：（1）獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；（2）多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；（3）無(wú)須外部器件；（4）可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，～；（5）零待機(jī)功耗；（6）溫度以9或12位數(shù)字；（7）用戶可定義報(bào)警設(shè)置；（8）報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；（9）負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20采用3腳PR一35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖211所示。開(kāi)漏單總線接口引腳。3VDD可選擇的VDD引腳。 DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89C51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，硬件上并不支