多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(共51頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要 環(huán)境溫度對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活都有很大的影響，而溫度的測量也就成為人們生產(chǎn)生活中一項必不可少的工作。隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，溫度傳感器DS18B20具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強、使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于冰箱、空調(diào)器、糧倉等日常生活中溫度的測量和控制。 本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計使用單片機AT89s52單片機，測溫傳感器使用DS18B20，用4位共陰極LED數(shù)碼管以動態(tài)方式實現(xiàn)溫度顯示,分時輪流通電，從而大大簡化了硬件線路，同時，采用串口通信方式可大大簡化硬件電路和軟件程序的設(shè)計，節(jié)省了I/

2、O口。DS18B20數(shù)字溫度傳感器是單總線器件與51單片機組成的測溫系統(tǒng)，具有線路簡單、體積小等特點，而且在一根通信線上，可以掛接多個DS18B20，因此可以構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：單片機；多點檢測；串口通信Abstract Environmental temperature to industry, agriculture, commerce, and people's daily life has a lot of influence, and the measurement of the temperature will become an indispensable pe

3、ople production and life of the work. Along with the development of the single chip microcomputer technology, microcomputer in the daily electronic products is more and more extensive application, the temperature sensor DS18B20 have good linear, stable performance, high sensitivity, anti-interferenc

4、e ability strong, easy to use, widely used in the refrigerator, air conditioner, granaries, etc in daily life temperature measurement and control. The design of the digital thermometer introduced use single chip computer 89 s52 microcontroller, temperature sensor DS18B20 use, with a total of 4 catho

5、de tube LED digital display to realize dynamic way temperature, in turn time-sharing electricity, which greatly simplified the hardware circuit, and at the same time, the serial interface communication mode can greatly simplified the hardware circuit and software program design, save the I/O port. D

6、igital temperature sensor DS18B20 is the single bus devices and 51 SCM composition, temperature measurement system, with simple line, little volume features, but at a communications line, can be articulated multiple DS18B20, so can form multi-point temperature measurement and control system.Key Word

7、s: Single Chip Microcomputer; Multi-point detection; Serial commun- -ication 目 錄專心-專注-專業(yè)1 緒論1.1 前言 環(huán)境溫度對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活都有很大的影響，而溫度的測量也就成為人們生產(chǎn)生活中一項必不可少的工作。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是單片機的發(fā)展，使傳統(tǒng)的測量儀器在原理，功能，精度及自動化水平等方面發(fā)生了巨大的變化，使很多的傳統(tǒng)電子儀器被相應(yīng)的全新的儀器類型和測試系統(tǒng)體系所代替。本系統(tǒng)設(shè)計的溫度測采集系統(tǒng)，主要運用了集成溫度傳感器DS18B20 作為敏感元件對物體進行溫度測量。

8、 本文設(shè)計了一種基于AT89S52 單片機的數(shù)據(jù)采集，溫度傳感器DS18B20 完成將模擬信號（溫度）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的功能，由單片機控制從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。單片機系統(tǒng)將輸出相應(yīng)的邏輯電平，經(jīng)驅(qū)動后控制輸出電路通過串口與計算機相連，然后通過數(shù)碼管顯示實時溫度。1.2 研究背景 隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，多點溫度檢測取得了廣泛的運用。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)在很大意義上提高了生產(chǎn)生活的需要，方便了生產(chǎn)中對溫度的控制。外圍電路比較簡單，測量精度較高，分辨力高，使用方便。數(shù)據(jù)檢測是現(xiàn)代檢測技術(shù)的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關(guān)鍵的作用。本次畢業(yè)設(shè)計正是為了完成數(shù)據(jù)采集而設(shè)計的

9、，可以說與人們的日常生活是息息相關(guān)的，具有很大的現(xiàn)實意義。1.3 研究意義 本文重點研究了多點溫度檢測系統(tǒng)的原理和上位機與下位機之間的串口通信問題。多點溫度檢測可以實時檢測控制不同采樣點的溫度狀況，對溫室大棚等需要檢測溫度但監(jiān)測點比較分散的場合具有重要的現(xiàn)實意義。串口通信由于占用單片機端口少，傳輸數(shù)據(jù)高，在節(jié)約端口的同時也大大提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，對節(jié)約系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性方面具有很大的意義。1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀溫度傳感器的種類很多，測溫范圍也很寬，可高達幾千度低可接近絕對零度，但在測量精度、穩(wěn)定性、抗干擾等方面仍存在問題。隨著微電子技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展，傳感器朝著自動化、數(shù)字化和集成化

10、發(fā)展，測量精度更高，測量范圍更寬，同時探索新的敏感原理，尋求新型敏感元件也是溫度傳感器的發(fā)展方向之一。另外，在測量方式上，完全分布式的溫度測量成為測量領(lǐng)域研究的一個熱點。最新的溫度測量技術(shù)是分布式光纖測溫技術(shù)。分布式光纖測溫系統(tǒng)只需要一根傳感光纖,布線非常簡單,且系統(tǒng)成本隨著傳感距離的增加大幅降低,是目前一種發(fā)展前景非常好的測溫系統(tǒng)。1.5 研究內(nèi)容 本系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT89S52單片機為主控芯片，硬件系統(tǒng)包括鍵盤控制模塊、下位機溫度采集與處理模塊、上位機溫度顯示與報警模塊。軟件部分主要包括溫度采集、串口通信、數(shù)據(jù)顯示和報警控制。三個獨立式按鍵分別控制各種溫度的切換，溫度上下限的增、

11、減。本文給出了該系統(tǒng)的電路原理圖、仿真圖及其PCB圖。2 系統(tǒng)方案論證 溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點：測量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、測量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。2.1 傳感器部分方案論證

12、方案一： 采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。而且在溫度測量系統(tǒng)中,采用單片溫度傳感器,比如AD590,LM35等.但這些芯片輸出的都是模擬信號,必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計算機,這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜.另外,這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器,不能進行多點測量.即使能實現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實現(xiàn)的難度。方案二： 在多點測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號遠距離采樣進行AD轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成

13、的誤差補償問題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS1820和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大,且由于AT89C51可以帶多個DSB1820,因此可以非常容易實現(xiàn)多點測量.輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。 采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)

14、芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。2.2 控制部分方案論證方案一： 此方案采用PC機實現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機交互友好。但是PC機輸出信號不能直接與DS18B20通信。需要通過RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場合，PC機的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩！方案二： 此方案采用AT89S52

15、八位單片機實現(xiàn)。單片機軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多DS18B20控制工作，還可以與PC機通信.運用主從分布式思想，由一臺上位機（PC微型計算機），下位機（單片機）多點溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng),實現(xiàn)遠程控制。另外AT89C51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。2.3 系統(tǒng)整體方案 綜上所述,溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。 系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點少，系統(tǒng)兼容性及擴展性較差的特點，運用分布式通訊的思想。設(shè)計一種可以用于大規(guī)模多點

16、溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是RS-232串行通訊的標準，通過下位機（單片機）進行現(xiàn)場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機模塊實時顯示，也可以送回上位機進行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴展性好，成本低的特點。本系統(tǒng)整體方案框圖如下：圖2-1 系統(tǒng)整體方框圖3 硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)硬件電路包括四個部分：控制部分電路設(shè)計，測溫模塊設(shè)計，電平轉(zhuǎn)換模設(shè)計塊、電源模塊設(shè)計和報警模塊設(shè)計，現(xiàn)對各模塊做簡單介紹。3.1 控制模塊設(shè)計 在該模塊設(shè)計中，由于下位機只負責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，不涉及對其他模塊的控制，故本系統(tǒng)控制模塊設(shè)計只針對于上位機設(shè)計。上位機控制模塊主要是按鍵控制 設(shè)計。 3.1.1 AT89S52單片

17、機在系統(tǒng)中的作用 作為本系統(tǒng)的主控制芯片，AT89S52單片機在系統(tǒng)中有著不可替代的作用。它作為一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲器。使用Atmel公司高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，與80C51指令完全兼容。片上Flash允許程序存儲器可在線編程，亦適應(yīng)于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有8位CPU和在線可編程Flash，使AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活，超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工

18、串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM，定時器/計數(shù)器，串口，中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保護，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52單片機為系統(tǒng)提供中斷函數(shù)處理、速度計算和判斷、輸出PWM、驅(qū)動LCD顯示等各項功能。由于系統(tǒng)用到單片機中I/O口的普通功能和第二功能，現(xiàn)對其對其管腳做簡要介紹，AT89S52單片機管3-1所示。圖3-1 AT89S52單片機管腳排列VCC：AT89S52電源正端輸入，接+5V。GND：電源地端。XTAL1：單芯

19、片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端。一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一個30pF的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。RESET：AT89S52的重置引腳，高電平動作。當(dāng)要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，AT89S52便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp："EA"為英文"External Acc

20、ess"的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。AT89S52可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址

21、總線（A0A7）鎖進鎖存器中，因為AT89S52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時，此引腳會被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫，其意為程序儲存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而

22、共用64K的定址范圍。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設(shè)計者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲器空間。PORT2（P2

23、.0P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15，這個時候P2便不能當(dāng)做I/O來使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)做定時器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，

24、可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下表所示： 表3-1 P3口各位口線與第二功能表P3口的位第二功能注釋P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收口P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口P3.2外中斷0輸入P3.3外中斷1輸入P3.4T0計數(shù)器0計數(shù)輸入P3.5T1計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6外部RAM寫選通信號P3.7外部RAM讀選通信號 在本系統(tǒng)中，上位機普通I/O口要用到P0口的P0.

25、0P0.3四個引腳，P1口全部八個引腳，P2口的P2.0、P2.2、P2.4以及P2.7，P3口的P3.0（）。其中，P0口的P0.0P0.3用來控制數(shù)碼管位選，P1口數(shù)碼管的段選，P2.0、P2.2和P2.4用來作為鍵盤輸入使用，P3.0用來接收數(shù)據(jù)使用。所用各個引腳在本系統(tǒng)中的具體功能，將在以下章節(jié)中具體講解。3.1.2 按鍵電路設(shè)計作為一種信號輸入設(shè)備，按鍵在人機交互中起著重要作用。人們可以通過按鍵對系統(tǒng)發(fā)出一系列特定的指令以使其完成相應(yīng)功能。本系統(tǒng)從實際出發(fā)，設(shè)定了三個獨立式按鍵，分別溫度值增加、溫度值減小和功能切換。其在系統(tǒng)中的原理圖如圖3-2所示。圖3-2 按鍵設(shè)計原理圖 由于按鍵

26、是利用機械觸點來實現(xiàn)按鍵的閉合與釋放的，由于彈性作用的影響，機械觸點在閉合及斷開的瞬間均具有抖動過程，從而使按鍵輸入電壓信號也出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，如圖3-3所示。圖3-3 按鍵輸入抖動示意圖 為了保證系統(tǒng)對按鍵的一次閉合僅作一次按鍵輸入處理，必須進行消抖處理。一般有硬件或軟件的辦法進行消抖。硬件消抖可使用雙穩(wěn)態(tài)消抖電路，有兩個與非門和電阻構(gòu)成。軟件消抖是檢測到電平變化后通過延時幾微秒后再次判斷電平是否變化，是的話就可認為按鍵確實按下，可以執(zhí)行按鍵處理函數(shù)，如果電平又恢復(fù)成初始電平，則可認為是系統(tǒng)干擾，可忽略此次電平變化，不執(zhí)行按鍵處理函數(shù)。由于硬件電路連接復(fù)雜，軟件電路又簡單易行，故本系統(tǒng)采用軟件處

27、理辦法來消除按鍵抖動的影響。 在按鍵處理中，還要注意的一點是松手檢測。因為在按鍵發(fā)生動作的過程中，不可避免的出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，電平有可能進行跳變。松手檢測就是在程序中延時一段時間后，再次掃描管腳電平，如果還是輸入電平，就一直等待，直至變化成初始電平，即按鍵放下后執(zhí)行按鍵處理程序。如不執(zhí)行松手檢測，則系統(tǒng)就會誤判斷多次進行按鍵而是系統(tǒng)紊亂，故按鍵處理中必須執(zhí)行松手檢測。3.2 測溫模塊電路設(shè)計 本系統(tǒng)所采用的溫度傳感器為DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，由于其輸出能力有限，故在輸出端加一上拉電阻以增加其穩(wěn)定性，現(xiàn)對該模塊做簡要介紹。3.2.1 DS18B20簡介DS18B20為單線數(shù)字溫度計，其實物如

28、圖3-4所示：圖3-4 DS18B20實物圖 其中DQ：數(shù)字信號輸入輸出端。GND：電源地端。VDD：外接供電電源輸入端(在寄生電源接線時此腳應(yīng)接地)。 DS18B20作為數(shù)字式溫度計，具有以下特點： （1）單線結(jié)構(gòu)，只需一根信號線和CPU相連。 （2）不需要外部元件，直接輸出串行數(shù)據(jù)。 （3）可不需要外部電源，直接通過信號線供電，電源電壓范圍為3.3V5V。 （4）測溫精度高，測溫范圍為：一55+125，在-10+85范圍內(nèi)，精度為±0.5。 （5）測溫分辨率高，當(dāng)選用12位轉(zhuǎn)換位數(shù)時，溫度分辨率可達00625。 （6）數(shù)字量的轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換時間可通過簡單的編程來控制：9位精度的轉(zhuǎn)

29、換時間為9375 ms：10位精度的轉(zhuǎn)換時間187.5ms：12位精度的轉(zhuǎn)換時間750ms。 （7）具有非易失性上、下限報警設(shè)定的功能，用戶可方便地通過編程修改上、下限的數(shù)值。 （8）可通過報警搜索命令識別哪片DS18820采集的溫度超越上、下限。 現(xiàn)對DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡要介紹： DS18820的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：主要有64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器等組成。圖3-3 DS18B20方框圖（1）64位光刻ROM是生產(chǎn)廠家給每一個出廠的DS18820命名的產(chǎn)品序列號，可以看作為該器件的地址序列號。其作用是使每一個出廠的DS18820地址序列號

30、都各不相同，這樣，就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18820的目的。（2）DS18820中的溫度傳感器完成對溫度的測量，輸出格式為：16位符號擴展的二進制補碼。當(dāng)測溫精度設(shè)置為12位時，分辨率為O0625，即O0625LSB。其二進制補碼格式如圖3-4所示。其中，S為符號位，S=1，表示溫度為負值；S=0，表示溫度為正值。表3-2 DS18B20輸出溫度的二進制補碼格式 字節(jié)類型輸出值溫度值的低字節(jié)D7D6D5D4D3D2D1D0溫度值的高字節(jié)SSSSSD10D9D8（3）DS18820中的低溫觸發(fā)器TL、高溫觸發(fā)器TH，用于設(shè)置低溫、高溫的報警數(shù)值。DS18820完成一個周期的溫度測量后，將

31、測得的溫度值和TL、TH相比較，如果小于TL，或大于TH，則表示溫度越限，將該器件內(nèi)的告警標志位置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。需要修改上、下限溫度值時，只需使用一個功能命令即可對TL、TH寫入，十分方便。（4）DS18820中的高速暫存器是一個9字節(jié)的存儲器，其含意如表3-3所示。開始兩個字節(jié)為被測溫度的數(shù)字量，其含義如圖3-4所示。第3、4、5字節(jié)分別為TH、TL、配置寄存器的復(fù)制，每一次上電復(fù)位時被重寫。配置寄存器有R0、R1組成，其值決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)、轉(zhuǎn)換時間等，含義如表3-4所示。第7字節(jié)為測溫計數(shù)的剩余值。第8字節(jié)為測溫時每度的計數(shù)值。第9 字節(jié)讀出的是前8個字節(jié)的

32、CRC校驗碼，通過此碼，可判斷通訊是否正確。表3-3 DS18B20內(nèi)部高速暫存寄存器各位含義暫存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位0溫度最高數(shù)字位1溫度上限TH2溫度下限TL3配置寄存器4保留5計數(shù)剩余值6每度計數(shù)值7CRC校驗8表3-4 配置寄存器R0，R1各值代表含義R1R0轉(zhuǎn)換精度溫度分辨率轉(zhuǎn)換時間ms0090.593.7501100.25187.510110.12537511120.06257503.2.2 DS18B20在系統(tǒng)中的應(yīng)用 在本系統(tǒng)中，DS18B20數(shù)字式溫度傳感器每轉(zhuǎn)換一次輸出為兩個字節(jié)形式通過下位機的串口發(fā)送端向上位機發(fā)送，由于其輸出電壓有限，故加一上拉電阻，使其輸出高電

33、平達到5V，其電路原理圖如圖3-4所示。圖3-4 測溫模塊電氣原理圖3.3 電平轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 由于本系統(tǒng)溫度采樣點距離控制中心比較遠，TTL電平不能夠進行長距離傳輸，所以需要進行電平轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中，通過MAX232芯片使TTL電平轉(zhuǎn)換成232電平，現(xiàn)對其原理做簡要介紹。3.3.1 MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片簡介 MAX232芯片是美信公司專門為電腦的標準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。其封裝圖如圖3-5所示。 圖3-5 MAX232封裝圖 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。

34、 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5V）。其電氣連接圖如圖3-6所示：圖3-6 MA

35、X232電氣連接圖3.3.2 MAX232在本系統(tǒng)中的應(yīng)用在本系統(tǒng)中，MAX232做為上位機和下位機之間連接的紐帶，其作用非常重要。如圖3-7所示，下位機通過P3.1(TXD)端將數(shù)據(jù)送至第一片MAX232的T1IN端，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后由T1OUT端發(fā)出，此時發(fā)出的電平就為RS232電平，即邏輯正為12V，邏輯負為+12V，發(fā)送的數(shù)據(jù)由第二片MAX232的R1IN端接受，轉(zhuǎn)換成TTL電平后再由R1OUT端發(fā)送至上位機的P3.0(RXD)端，這樣就完成了上、下位機之間的數(shù)據(jù)通信。 （2） （1）圖3-7 MAX232在系統(tǒng)中的電路原理圖3.4 報警模塊電路設(shè)計在該模塊中，采用電磁式進行報警。蜂鳴器

36、發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。圖3-8 報警電路模塊電路原理圖 如圖3-8所示，蜂鳴器的正極接到三極管E極上面，蜂鳴器的負極接到地（GND）上，三極管的基級B經(jīng)過限流電阻R6后由單片機的P2.7引腳控制，當(dāng)P2.7輸出高電平時，三極管Q1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P2.7輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，可以通過程序控制P2.7腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。當(dāng)實時溫度值超過

37、溫度上限或低于溫度下限時，P2.7引腳輸出低電平，使蜂鳴器發(fā)出聲響報警。3.5 電源模塊電路設(shè)計 因為單片機工作電源為+5V，且電路功耗很小。采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。具體電路圖如下：圖3-9 電源電路模塊電路原理圖 在該模塊中，LM7805前端的兩個電容C1、C2主要起濾除紋波作用，后端的C3、C4便于長距離傳輸，短距離的話可以不加。D3為電源指示燈。D4主要是保護電路作用，在斷電時及時將C3中的電量引導(dǎo)出去?，F(xiàn)對LM7805做簡要介紹。（1）概述78XX系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，其封裝為T0-220，它有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護

38、和內(nèi)部安全區(qū)的保護，使它基本上不會損壞。（2）特點1 最大輸出電流為1.5A；2 過熱保護；3 短路保護；4 輸出晶體管安全區(qū)保護；其封裝圖如圖3-10所示。圖3-10 LM7805封裝圖其中：1 輸入；2 接地； 3 輸出。LM7805內(nèi)部框圖如圖如圖3-11所示。 （3）參數(shù)LM7805極限參數(shù)如表3-5所示：表3-5 LM7805極限參數(shù)參數(shù)符號數(shù)值單位輸入電壓Vi18V結(jié)到空氣熱阻65結(jié)殼氣熱阻5工作溫度0125儲存溫度-65+125圖3-11 LM7805內(nèi)部電路圖 4 軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件部分主要包含溫度轉(zhuǎn)換模塊、串口通信模塊、報警電路模塊和溫度顯示及控制模塊。溫度轉(zhuǎn)換模塊主要負責(zé)將

39、DS18B20送過來的字節(jié)轉(zhuǎn)換成可識別的十進制溫度。串口通信模塊主要是負責(zé)將數(shù)據(jù)從下位機傳送至上位機，報警電路模塊負責(zé)將實時溫度和設(shè)定的溫度上下限進行對比決定是否啟動報警。下面將對各模塊進行細致介紹。4.1 溫度轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計通過前文介紹DS18B20的工作原理可知，DS18B20送至下位機的是溫度的16位補碼形式，由于正數(shù)的原碼、反碼、補碼都一樣，所以當(dāng)溫度大于0時可以直接將補碼轉(zhuǎn)換成十進制溫度。圖4-1為溫度處理程序流程圖。圖4-1 上、下位機溫度處理流程圖4.2 串口通信模塊程序設(shè)計 本系統(tǒng)中，串口通信模塊主要負責(zé)數(shù)據(jù)串行方式的發(fā)送和接收，在程序中，主要對涉及串行通信方式的各個寄存器進

40、行設(shè)置，并且根據(jù)波特率計算定時器初值，現(xiàn)對其做詳細說明。4.2.1 串口通信方式設(shè)置 串行口通信方式設(shè)置主要涉及到串行口控制寄存器SCON和PCON，中斷允許寄存器IE，中斷優(yōu)先級寄存器IP等?，F(xiàn)對各個寄存器的用法作簡要說明。 （1）SCON寄存器 MCS-51單片機對串口的控制是通過SCON實現(xiàn)的，也與電源控制寄存器PCON有關(guān)。現(xiàn)對SCON的各位定義進行說明。表4-1 SCON寄存器各位定義位地址9F9E9D9C9B9A9998SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0和SM1:串行口方式控制位，用于設(shè)定串行口的工作方式，見表4-2。SM2：多級通信控制位，主要在方式2和方

41、式3下使用。在方式0和方式1下， SM2不用，應(yīng)設(shè)置為0。REN：允許接收控制位。REN為0，禁止串行口接收；REN為1，允許串行口接 收。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，用于在方式2和方式3時存放發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位。TB8 由軟件置“1”或清“0”。RB8：接收數(shù)據(jù)的第九位。用于在方式2和方式3時存放接收數(shù)據(jù)的第九位。方 式0下不使用RB8，方式1下，若SM2=0，則RB8用于存放接收到的停 止位。TI ：發(fā)送中斷標志位，用于指示一幀數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成。在方式0下，發(fā)送電 路發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，TI由硬件置“1”；在其他方式下，TI在發(fā)送電路 發(fā)送停止位時置“1”。TI在發(fā)送前必須用軟件復(fù)位。RI ：

42、接收中斷標志位，用于指示一幀數(shù)據(jù)是否接收完。在方式0下，RI在接收 電路接收到第8位數(shù)據(jù)時由硬件置“1”；在其他方式下，RI是在接收電路 接收到停止位的中間位置時置位的。RI也由軟件清零。表4-2 串行口的工作方式和所用波特率對照表SM0SM1工作方式功能波特率00方式08位同步移位寄存器01方式110位UART可變(由定時器控制)10方式211位UART11方式311位UART可變(由定時器控制)（2）PCON寄存器表4-3 PCON寄存器各位定義位地址8E8D8C8B8A898887PCONSMODGF1GF0PDIDLSMOD：波特率選擇位。SMOD=1時，方式1、2和3的波特率加倍。S

43、MOD=0 時，波特率不變。GF1和GF0：通用標志位。PD：掉電標志位。PD="0"為正常方式，PD="1"時為掉電方式。IDL：空閑標志位。IDL="0"為正常方式，IDL="1"為空閑方式。 （3）中斷允許寄存器IE表4-4 IE寄存器各位定位D7D6D5D4D3D2D1D0EAET2ESET1EX1ET0EX0EA為CPU中斷允許總控制位。ES為串行口中斷允許位。在中斷方式下，EA，ES要都置“1”時，串行口才能接收和發(fā)送中斷。（4） 中斷優(yōu)先級寄存器IP 圖4-5 IP寄存器各位定位D7D6D5D4D3D

44、2D1D0PT2PSPT1PX1PT0PX0PS(IP.4)為串行口優(yōu)先級設(shè)定位。PS=1時，串行口為高優(yōu)先級，否則為低優(yōu)先級。 在本系統(tǒng)中，串行口工作于方式1，即SM0=0，SM1=1；波特率由定時器T1設(shè)定。4.2.2 波特率設(shè)置 串行口每秒發(fā)送（或接收）的二進制位數(shù)稱為波特率。在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)速率要有一定的約定。串行口工作于不同的工作方式，其波特率的設(shè)置也有所不同。（1） 方式0和方式2 在方式0時，每個機器周期發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)，其波特率固定為振蕩頻率的1/12，且不受SMOD位的控制。 方式2的波特率要受SMOD位的控制，當(dāng)SMOD=1時，波特率等于，當(dāng)SMO

45、D=0時，波特率等于，因此，方式2的波特率公式為(2) 方式1和方式3 單片機串行口工作于方式1或方式3時，其波特率由定時/計數(shù)器T1的溢出率與SMOD位共同控制。其波特率可表示為：定時器溢出率取決于計數(shù)速率和定時器的計數(shù)值。計數(shù)速率與TMOD寄存器中的的設(shè)置有關(guān)。當(dāng)=0時為定時方式，計數(shù)速率等于；當(dāng)=1時，為計數(shù)方式，計數(shù)速率取決于外部輸入時鐘的頻率，但不能超過，使用時通常將T1設(shè)置為定時模式。 設(shè)T1的計數(shù)初值為X，=0(T1為定時方式)時，那么每過（256-X）個機器周期，定時器T1就會產(chǎn)生一次溢出。則T1的溢出周期為：溢出率為溢出周期的倒數(shù)，將上式帶入波特率計算公式得：則T1的計數(shù)初值

46、（裝載值）為 本系統(tǒng)中，TMOD=0x20，定時器T1工作于方式2(8位自動重裝方式)；裝初值為TH1=0xff，TL1=0xff，波特率28800bps。4.3 報警電路模塊設(shè)計 報警電路主要負責(zé)將實時溫度和設(shè)定的溫度上下限值進行比較，當(dāng)溫度超出這一范圍時啟動報警電路。其程序流程圖如圖4-2所示：圖4-2 報警電路程序流程圖4.4 溫度顯示及控制模塊程序設(shè)計 該模塊主要包括一個4位一體的共陰極數(shù)碼管，三個獨立式按鍵，數(shù)碼管用來顯示溫度和溫度上下限，三個獨立式按鍵分別控制溫度的切換，溫度加，溫度減。獨立式按鍵S4控制溫度的切換，當(dāng)?shù)谝淮伟聪聲r顯示設(shè)定的最高溫度值，此時，可以通過調(diào)節(jié)S5或S6調(diào)

47、節(jié)最高值溫度。當(dāng)?shù)诙伟聪聲r顯示的最低溫度值，可以通過調(diào)節(jié)S5或S6調(diào)節(jié)最低值溫度。當(dāng)?shù)谌伟聪聲r顯示實時溫度。其程序流程圖如圖4-3所示：圖4-3 按鍵程序流程圖4.5 系統(tǒng)軟件整體流程系統(tǒng)各分模塊上部分已經(jīng)介紹完畢，現(xiàn)對各個模塊進行綜合給出其流程圖，其中，上位機流程圖如圖4-4所示，下位機流程圖如圖4-5所示。圖4-4 上位機程序流程圖圖4-5 下位機程序流程圖5 軟件仿真5.1 系統(tǒng)仿真環(huán)境本設(shè)計采用Proteus仿真軟件進行仿真，Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。

48、它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。首先在Proteus的元件庫中找到所需的元件，按照硬件設(shè)計中的說明把各部件連接起來組成一個數(shù)字式溫度計硬件系統(tǒng)。然后把在Keil環(huán)境調(diào)試下生成的.HEX文件導(dǎo)入到AT89S52里，點擊運行符號就可以使軟硬件的配套設(shè)施在Proteus的環(huán)境下仿真實現(xiàn)，以檢查是否存在錯誤。5.2 器件參數(shù)選取由于該仿真環(huán)境中沒有AT89S52單片機，故采用AT89C52單片機代替,時鐘頻率為12MHz。時鐘產(chǎn)生電路的晶振為12MHz，接地電容為30pF。復(fù)位電路的電解電容為10uF，與電容并聯(lián)的電阻為1K，下拉電阻為10K。報警電路分壓電阻選擇為4K7，工作電壓為5V。5

49、.3 仿真結(jié)果分析 開機初始值顯示：開機初始時讓數(shù)碼管顯示“0”，等按下復(fù)位鍵時在顯示實時溫度值，顯示效果如圖5-1所示：圖5-1 開機初始值顯示示意圖 最小最大值溫度顯示：在本系統(tǒng)中，初始最小值為5，最大值為95，其顯示效果如圖5-2 、5-3所示：圖5-2 最小值顯示示意圖圖5-3 最大值顯示示意圖 正常溫度顯示如圖5-4所示：圖5-4 正常溫度顯示示意圖6 結(jié)論 本系統(tǒng)采用AT89S52單片機做為主控制芯片，利用串口通信和電平轉(zhuǎn)換，使數(shù)據(jù)能夠勝任較遠距離傳輸而不至于丟失，保證了數(shù)據(jù)的準確性。采用集成化數(shù)字芯片，可以在大大節(jié)省硬件電路任務(wù)量的同時，使系統(tǒng)更加趨于穩(wěn)定。軟件方面，通過串口通信

50、，不僅節(jié)省了大量的單片機I/O口，并且程序更加簡潔。通過本系統(tǒng)的設(shè)計，鍛煉了自己軟件編程能力，為以后的自身發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。致謝 在這次畢業(yè)設(shè)計中，得到了老師和同學(xué)們的許多幫助和建議，在此，要特別感謝王素玲老師，在設(shè)計的過程中，她為我提出了許多好的建議，通過這兩個月的對我悉心教導(dǎo)，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計，學(xué)到了很多以前沒接觸過的東西。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我加深了對單片機的了解，深入系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了專業(yè)畫圖軟件Altium Designer，學(xué)會用單片機串口通信即電平轉(zhuǎn)換解決實際問題。參考文獻1. 賈振國. DS1820 及高精度溫度測量的實現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用，2000（1）： 58 - 59.2. 余

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