基于單片機的溫度控制系統(tǒng)本科生畢業(yè)論文

1、上海電力學院本科畢業(yè)設計（論文） 題目： 基于單片機的溫度測量系統(tǒng) 院系： 自動化工程學院 指導教師：馬進明 【摘 要】溫度測量在實際生產(chǎn)和人們生活中都有廣泛應用，為此我設計了一個溫度測量系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用AT89S52單片機作為主控制器件，DS18B20作為測溫傳感器通過LED數(shù)碼管串口實現(xiàn)溫度顯示，通過按鍵電路設置上下限報警溫度。并且在到達報警溫度后，系統(tǒng)會自動報警。本文設計是從測溫電路、主控電路、報警電路等幾個方面來分析說明的該系統(tǒng)利用DS18B20測溫范圍廣、測溫分辨率高、外圍電路簡單、功耗低等特點，與AT89S52構(gòu)成比較簡單的測溫電路。該系統(tǒng)設計靈活、抗干擾性好，可以在惡劣的工作環(huán)境

2、中進行溫度測量。 關鍵字：單片機；溫度傳感器；溫度計；報警【Abstract】.In this design using the AT89S52 microcontroller as the main control device, DS18B20 as an LED digital temperature sensor tube to achieve temperature display. The key circuit sed the temperature to set the alarm on the lower temperature. And the temperature re

3、aching the alarm, the system will automatically alarm. This design is from the temperature measurement circuit, main control circuit, alarm circuit, and several other aspects of the note. The system uses DS18B20 temperature measurement range, high temperature measurement resolution and peripheral ci

4、rcuit is simple, low power consumption, compared with AT89S52 devices constitute a simple temperature measurement circuit. The system design of flexible, anti-interference performance is good, can be in the poor working environment for temperature measurement.Keywords：AT89S52；DS18B20；thermometer；ala

5、rm目錄1 引言11.1 選題的背景11.2 選題的目的及意義12 系統(tǒng)設計的整體方案32.1 設計的主要內(nèi)容32.2 設計性能要求33 器件的選擇43.1 單片機的選擇43.1.1 AT89S52的基本組成及特征43.1.2 AT89S52的引腳功能53.1.3 AT89S52的工作模式及注意事項83.2 溫度傳感器的選擇93.2.1 DS18B20的特點及選擇原因93.2.2 DS18B20的測溫原理113.3 顯示器的選擇113.4 蜂鳴器123.5 排阻134 電路原理144.1單片機電路144.1.1 晶振電路144.1.2 復位電路164.2 溫度采集電路164.3 溫度顯示電路1

6、74.4 溫度上下限設置電路174.5 184.6 系統(tǒng)總電路圖電路195 系統(tǒng)流程圖205.1 主程序205.2 讀出溫度子程序215.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序215.4 計算溫度子程序225.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序226 軟件仿真2461 軟件設計流程246.2 原理圖的繪制246.3 單片機程序的調(diào)試與編譯266.4 仿真過程277 總結(jié)287.1 設計總結(jié)287.2 設計前景288 致謝30參考文獻31附 錄32附錄1：系統(tǒng)總圖32附錄2： 程序321 引言1.1 選題的背景隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。單片機在測控領域中

7、具有十分廣泛的應用，它既可以測量電信號，又可以測量溫度濕度等非電信號。由單片機構(gòu)成的溫度檢測、溫度控制系統(tǒng)可廣泛應用于很多領域。單片機在工業(yè)控制、尖端武器、通信設備、信息處理、家用電器等各測控領域的應用中獨占鰲頭。今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來越多稱之為單片機的小電腦在為我們服務。時下，家用電器和辦公設備的智能化、遙控化、模糊控制化己成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機來實現(xiàn)的。、目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會

8、的發(fā)展使人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機的基礎上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。1.2 選題的目的及意義隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應用于諸多領域。無論是在工業(yè)方面，農(nóng)業(yè)方面或者是平民大眾的生活當中，我們都能看到溫度計的身影。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻和AD590為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續(xù)信號處理電路，而且可靠性相對較差。測溫準確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的

9、誤差。因此，利用新型溫度傳感器取代舊式的溫度傳感器是必然的趨勢，新型的溫度傳感器的優(yōu)勢越來越得到體現(xiàn)，越來越普及。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為自動化和各個測控領域中必不可少且廣泛應用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。利用AT89S52芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度。系統(tǒng)框圖如下圖：圖2-1系統(tǒng)框圖選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機AT89S52為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，輸出信號全數(shù)

10、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，省卻了采樣保持電路、運放、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以及進行長距離傳輸時的串并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。當LED液晶顯示器接收到來自AT89S52單片機傳送來的溫度信息后，顯示了當前的溫度。2.2 設計性能要求本設計能完成的溫度測量范圍是-55°C+125°C，精度為±0.1°C，支持溫度正負提示，并支持硬件手動配置溫度上下限，超過此上下限即實現(xiàn)報警功能。本設計是選用DS18B20作為溫度傳感器，選用AT89S52單片機作為整個設計的核心處理器部分。通過處理作為溫度傳

11、感器傳輸?shù)臏囟刃畔⒑螅瑢⑻幚砗蟮男畔鬏斀oLED液晶顯示器，超過上下限溫度即報警。所以用到的器件AT89S52、DS18B20、LED、蜂鳴器等。3.1 單片機的選擇 AT89S52的基本組成及特征AT89S52作為溫度測試系統(tǒng)設計的核心器件該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS一5l系列單片機中的基礎產(chǎn)品，采用了可靠的CMOS工藝制造技術(shù)具有高性能的8位單片機，屬于標準的MCS一51的CMOS產(chǎn)品。片內(nèi)含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)。片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存

12、儲單元。結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征。其具有如下性質(zhì)：（1）與MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2）8K字節(jié)可反復擦寫Flash閃爍存儲器。（3）壽命：1000寫/擦循環(huán)。（4）數(shù)據(jù)保留時間：10年。（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz。（6）三級程序存儲器鎖定。（7）128*8位內(nèi)部RAM。（8）32可編程I/O線。（9）三個16位定時器/計數(shù)器。（10）8個中斷源。（11）可編程串行通道。（12）低功耗的閑置和掉電模式。（13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。AT89S52單片機提供以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2

13、 個數(shù)據(jù)指針，三個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種軟件可選擇節(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)容被保存，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位為止。由于此設計需要編寫程序，需要將程序烤入單片機中，因此單片機必須具有足夠多的存儲空間，其具有8K字節(jié)的Flash完全滿足要求。32位的I/O 口線能夠使得單片機與溫度顯示器、溫度傳感器、鍵盤、報警電路、按鍵電路和指示燈連接等等變得可能。16位的定時計

14、數(shù)器使得讀取數(shù)據(jù)變得更加簡單，同時其結(jié)構(gòu)有利于晶振電路和復位電路的連接。最重要的是，能夠在掉電狀態(tài)下保存RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)。同時，與同類51單片機相比，AT89S52具有更強的可操作性。因此，對于本設計來說，選擇AT89S52是最有利的。3.1.2 AT89S52的引腳功能圖3-1 AT89C51邏輯引腳圖各引腳功能敘述如下：1電源和晶振VCC運行和程序校驗時加+5VGND接地XTAL1輸入到振蕩器的反向放大器XTAL2反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器（當使用外部振蕩器時，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號）RST：復位輸入。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。

15、ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。2I/O（4個口，32根）P0口8位、漏極開路的雙向I/O口。當使用片外存儲器（ROM、RAM）時，作地址和數(shù)據(jù)分時復用。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)

16、（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時）能驅(qū)動8個LSTTL負載。P1口8位、準雙向I/O口。在編程/校驗期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動4個LSTTL負載。對 P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0 和 P1.2 分別作定時器/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表3-2所示。腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器 T2 的捕捉/

17、重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）表3-2 AT89S52 P1口第二功能表P2口8位、準雙向I/O口。當使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。在編程/校驗期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負載。P3口8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個LSTTL負載。3串行口P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P3.1TXD（串行輸出口），輸出。4中斷P3.2INT0外部中斷0，輸入。P3.3INT

18、1外部中斷1，輸入。5定時器/計數(shù)器P3.4T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入，輸入。6數(shù)據(jù)存儲器選通P3.6WR低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。P3.7RD低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。7控制線(共4根)輸入：RST復位輸入。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。EA/Vpp片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V的編程電壓。注意：在加密方式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。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。輸入、輸出：AL

19、E/PROG地址鎖存允許信號，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在EPROM編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅(qū)動8個LSTTL負載。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。注意：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，

20、該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。輸出：PSEN片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機器周期中，當PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負載。3.1.3 AT89S52的工作模式及注意事項AT89S52單片機有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON(即電源控制寄存器)中的PD（PCON1）和IDL(PCON0)位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當IDL=1

21、，激活空閑工作模式，點偏激進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即PD和IDL同時為1，則先激活掉電模式。在空閑工作狀態(tài)下，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有的片內(nèi)的外設都保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生，此時，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，進入中斷服務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨RST1（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式的那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復位可以將空閑工作模式終止。需要注意的是，當由硬件復位來終止空閑工作模式時，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的嚇一跳指令

22、開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期（24個時鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問片內(nèi)RAM，而允許訪問其他端口。為了避免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑狀態(tài)的那條指令后一條指令不應是一條端口或外部存儲器的寫入指令。在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令。片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但并沒有因此改變RAM中的內(nèi)容，在Vcc恢復到正常工作電平前，復位應無效，但必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。AT89S52單片機具有

23、一些極限參數(shù)：（1）工作溫度：-55攝氏度至+125攝氏度（2）儲藏溫度：-65攝氏度至+150攝氏度（3）任一引腳對地電壓：-1.0V至+7.0V（4）最高工作電壓：6.6V（5）直流輸出電流：15.0mA模式程序存儲器ALEPSENP0P1P2P3空閑模式內(nèi)部11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑模式外部11浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電模式內(nèi)部00數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電模式外部00浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表3-3 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)3.2 溫度傳感器的選擇 DS18B20的特點及選擇原因DS18B20是美國DALLAS公司繼DS1820之后推出的增強型單總線數(shù)字式溫度傳感器，它在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨

24、率等方面較之前產(chǎn)品有了很大的改進，給用戶帶來了更方便、更令人滿意的效果。DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。DALLAS 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55+125 攝氏度，可編程為9位12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設定參數(shù)以及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B

25、20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。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。DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源； GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GN

26、D接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻.DS18B20 的性能特點如下：獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 64位ROM和單線接口存儲器與控制邏輯高速緩存溫度傳感器8位CRC發(fā)生器配置寄存器高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器圖3-4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元

27、件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。其具有9條特點：（1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）溫范圍55125，在-10+85時精度為±0.5。（3）零待機功耗。（4）可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。（5）在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（6）用戶可定義報警設置。（7）報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度的器件。（8）結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線&

28、quot;串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。DS18B20作為新型的器件，能夠方便的和中心處理器進行連接，并具有很大的擴展空間。溫度范圍較廣，使得整體的測溫范圍能大幅度的上升，零待機消耗更是起到了節(jié)能的作用。利用用戶能自定義報警設置這一特點，能夠在實現(xiàn)報警功能上得到很大的便利，同時極強的抗干擾性能使得溫度的檢測更加準確，作為溫度計最基本的要求，準確必須滿足。這些好處使得DS18B20最終被選擇。3.2.2 DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如圖3-5所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫

29、度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55 所對應的一個基數(shù)值。首先用DS1820提供的讀暫存寄存器指令(BEH)讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測實際溫度整數(shù)部分T整數(shù)，然后再用BEH指令讀取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值M剩余和每度計數(shù)值M每度，考

30、慮到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進位界限的關系，實際溫度T實際可用下式計算得到：T實際=(T整數(shù)0.25)+(M每度M剩余)/M每度。 低溫度系數(shù)晶振高溫度系數(shù)晶振預置斜率累加器計數(shù)器 1=0計數(shù)器 2=0比較預置溫度寄存器圖3-5 DS18B20測溫原理圖3.3 顯示器的選擇由于設計中要求顯示測試溫度，因此顯示屏首先要能夠一次性容納這些字符。工作電壓不能太高，與單片機的連接方式需要簡單，顯示準確。本設計中采用的是四位共陰極LED液晶屏能夠很好的滿足這些要求。LED（發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫）是利用PN結(jié)把電能轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光器件

31、，根據(jù)制造材料的不同可以發(fā)出紅、黃、綠、白等不同色彩的可見光來。LED的伏安特性類似于普通二極管，正向壓降約為2伏左右，工作電流一般在10 -20mA之間較為合適。LED顯示器有多種結(jié)構(gòu)形式，單段的圓形或方形LED常用來顯示設備的運行狀態(tài)，8段LED可以顯示各種數(shù)字和字符，所以也稱為LED數(shù)碼管，這里我們使用8段LED液晶屏。一個8段LED顯示器的結(jié)構(gòu)是由8個發(fā)光二極管組成，各段依次記為a、b、c、d、e、f、g、dp ，其中dp表示小數(shù)點（不帶小數(shù)點的稱為7段LED）。8段LED顯示器有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。8段LED通過不同段點亮時的組合，可以顯示09、AF等十六進制數(shù)。顯然，將單片機的

32、數(shù)據(jù)輸出口與LED各段引腳相連，控制輸出的數(shù)據(jù)就可以使LED顯示不同的字符。通常把控制LED數(shù)碼管發(fā)光顯示字符的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼或者字符譯碼，如圖3-6所示。圖3-6 8段LED液晶屏引腳共陰極LED的所有發(fā)光管的陰極并接成公共端COM，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。LED液晶屏的價格便宜使用簡單，在電器特別是家電領域應用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管。其優(yōu)點是直觀，成本低。缺點是只能顯示測量點溫度值和有限的符號，電路復雜。3.4 蜂鳴器蜂

33、鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，廣泛應用與計算機、打印機、報警器、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器發(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。S52單片機通過一個三極管PN5138來放大驅(qū)動蜂鳴器，原理圖見圖3-4：圖3-4 驅(qū)動蜂鳴器原理圖3.5 排阻電阻排阻一般應用在數(shù)字電路上，比如：作為某個并行口的上拉或者下拉電阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。本系統(tǒng)中因選用共陰極LED數(shù)碼管，需高電平有效。必須用上拉電阻提供電流才能產(chǎn)生高電

34、平，且排阻可減小P0口電流大小，保護P0口。本系統(tǒng)選用respack-8排阻。圖3-5排阻respack-84 電路原理整個設計的電路包括了單片機電路、溫度采集電路、溫度顯示電路、溫度上下限設置電路和溫度過限報警電路五部分電路組成。4.1單片機電路單片機電路由晶振電路、復位電路、電源和AT89S52單片機組成。如圖4-1所示。 圖4-1 單片機電路4.1.1 晶振電路晶振電路和復位電路與單片機連接構(gòu)成最小系統(tǒng)電路，如何選取合適的引腳，選取何種連接方式都至關重要。因此需要了解AT89S52的引腳特點圖4-2 AT89S52單片機引腳圖在晶振電路中，主要用到了XTAL1和XTAL2兩個引腳。（1）

35、XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。（2）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在晶振電路中，AT89S52具有兩種晶振方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需要在引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10-30pf。另一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接外部時鐘，XTAL2腳懸空。本設計的晶振電路如圖4-3所示。圖4-3 晶振電路單片機的晶振頻率采用11.0592MHZ，加兩個30pF電容。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，外接石英晶體和振蕩電容，構(gòu)成了片內(nèi)時鐘振蕩方式。而振蕩周期指的就是單片機外接石英晶體振蕩器的周期。當時鐘起振后，產(chǎn)生一定的頻率的時鐘

36、信號，單片機的CPU在時鐘信號的控制下能一步一步完成自己的工作，同時與整個系統(tǒng)相關的周期還有振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期。電容C2和C3主要用于校正波形，振蕩器的作用主要是產(chǎn)生時鐘振蕩。而整個電路的作用則是為了產(chǎn)生自激振蕩。4.1.2 復位電路對于復位電路，AT89S52有兩種復位方式，分別是上電復位和按鍵復位。本設計采用的是按鍵復位，即利用一個復位電容和按鍵的組合使得復位變得更加直接和簡單。復位電路如圖4-4所示。引腳RST作用是復位輸入。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。在按下按鍵后，系統(tǒng)自動復位，十分方便。在復位電路中添加按鍵主要是為了能夠使得復位更加

37、方便，電容主要是在復位后進行充電，而上拉電阻起到限流的作用，保護了電路。圖4-4 復位電路4.2 溫度采集電路溫度控制電路主要運用到了DS18B20和AT89S52。如何使兩者連接實現(xiàn)功能是溫度控制電路的主要設計目的。在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。內(nèi)部寄生電源I/O口線要接5K左右的上拉電阻。這里采用的是第一種連接方法,如圖4-5所示:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時

38、，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。圖4-5 溫度采集電路4.3 溫度顯示電路四位共陰極數(shù)碼管，能夠顯示小數(shù)和負溫度。負溫時，第一個數(shù)碼管顯示負號，綠燈亮，其余數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值：正溫時，紅燈亮，數(shù)碼管顯示相應的溫度值：當溫度超過99.9°C時，四個數(shù)碼管全部亮。圖4-6 顯示電路4.4 溫度上下限設置電路按鍵電路的一端接地，一端和AT89S52的相應端口相連。四個按鍵的功能分別能進行加減、修改和確認功能，配合指示燈電路，進行溫度上下限的設置。圖4-7 溫度上下限設置電路4.5 溫度過限報警電路利用蜂

39、鳴器和led燈進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過獲低于所預設的溫度時，數(shù)據(jù)口相應拉高電平，報警輸出。 圖4-8 溫度過限蜂鳴器報警 圖4-9溫度過限LED報警如圖4-8所示，蜂鳴器的正極接到VCC(+5V)電源上面，蜂鳴器的負極接到三極發(fā)射管的發(fā)射極E，三極管的基級B經(jīng)過限流電阻R3后由單片機的P1.0引腳控制，當P1.0輸出低電平時，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當P1.0輸出高電平時，三極管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制P1.0引腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關閉。4.6 系統(tǒng)總電路圖電路系統(tǒng)總電路圖如下圖4-10 系統(tǒng)總電路圖

40、5 系統(tǒng)流程圖5.1 主程序YYN初始化中斷和定時器開始顯示初始化SET鍵被按下？從DS18B20讀取溫度并顯示溫度極限返回執(zhí)行報警程序N按鍵設置圖5-1 主程序流程 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。主程序的第二個功能是查詢SET鍵是否被按下，以實現(xiàn)設置溫度上下限的功能。其程序流程見圖5-1所示。由總的流程圖可以分析出，在整個程序中應該包括如下幾個部分：讀寫溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。5.2 讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時須進行CRC校驗，

41、校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。流程圖5-2如下：圖5-2 讀出溫度子程序流程圖5.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令。當采用12位分辨率時，轉(zhuǎn)換時間約為750ms。在本程序設計中，采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。流程圖5-3如下：發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束圖5-3 溫度轉(zhuǎn)換命令字程序流程圖5.4 計算溫度子程序 計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定。流程圖5-4如下：開始溫度零下?NY置“+”標志溫度值取補碼置“-”標志計算小數(shù)位溫度BCD值 計算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束圖5-4

42、計算溫度子程序流程圖5.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高數(shù)據(jù)顯示位為0時，將符號顯示位移入下一位。如圖5-5所示：溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？百位數(shù)0？十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號）結(jié)束圖5-5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序6 軟件仿真在本設計中用到了兩種軟件，一種是Proteus 7 Professional，主要用于設計原理圖的繪制及電路仿真，一種是Keil C51編譯系統(tǒng)，主要用于調(diào)試、編譯AT89S52單片機程序。61 軟件設計流程軟件設計流程框圖如圖6-1所示。圖6-1 軟件設計流程框圖6.2 原理圖的繪制在

43、設計過程中我主要使用Proteus7 Professional issis軟件完成系統(tǒng)原理圖的繪制與仿真。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，它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元氣庫。Proteus可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用，除了現(xiàn)

44、實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時的顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。Proteus可提供的調(diào)試手段：Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號，在Proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件:圖6-2 元器件的繪制原理圖畫好并設定參數(shù)后可點擊“運行”按鈕進行仿真。6.3 單片機程序的調(diào)試與編譯AT89S52單片機程序的調(diào)試與編譯用到的編譯系統(tǒng)是Keil C

45、51。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil C51工具包uVision是C51 for Windows的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。

46、開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。下面簡單介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)的使用。首先，進入Keil C51編譯系統(tǒng)，建立工程文件，編輯C語言源文件。然后，建立C語言源文件，寫入源代碼并進行編譯、調(diào)試，生成。當程序無錯誤時，就可以將文

47、件載入到單片機電路圖中進行模擬仿真。6.4 仿真過程剛開機時，LED數(shù)碼管顯示的溫度是50.0，溫度傳感器上顯示的溫度和LED數(shù)碼管上顯示的溫度是一致的，且由于系統(tǒng)設置的初始溫度上限是32°C、下限是10°C，led燈和報警器同時報警，功能正常實現(xiàn)。如圖6-3所示。圖6-3 測量溫度仿真在仿真過程中，主要檢測DS18B20是否能快捷的檢測出室溫，能否隨著溫度的變化而變化。這是檢驗是否能檢驗溫度的重要標準。電平指示：藍色為低電平，紅色為高電平。通過仿真可知本系統(tǒng)能正確的顯示被測點的溫度，當超出設定范圍時，也能準確的報警提示，但當被測溫度變化較大時，該系統(tǒng)不能迅速的做出響應，需

48、要改進。7 總結(jié)7.1 設計總結(jié)通過本次溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計,我大有收獲，在制作過程中，一定要注意的每個工作步驟的檢查，確保制作成功。這次畢業(yè)設計歷時至少3個月，從一開始的確定課題，到后來的資料查找、理論學習，再有就是近來的調(diào)試過程，這一切都使我的理論知識和動手能力進一步得到鞏固和加強，可以說是對所學知識的一次全面綜合。開始是搜集資料。通過各種渠道開始準備工作通過網(wǎng)絡、圖書館搜集相關學術(shù)論文、核心期刊、書籍等。通過一個月的深入學習，搜集了一大堆與畢業(yè)設計相關的資料，在老師的指導下，摒棄了一些無關緊要的內(nèi)容，保留了有參考價值的資料作為備用。在網(wǎng)上，我搜索了一些學術(shù)論文和期刊文章；我搜索了外文文獻資

49、料，參考了一些畢業(yè)論文樣本和一些畢業(yè)論文設計總結(jié)；在常見的搜索引擎中，我了解到一些相關的知識，同時特意瀏覽了大量的網(wǎng)站，并將有用的內(nèi)容列成提綱，便于以后查詢，以減少后期工作量。接下來，我開始對所搜集的資料進行整理、分析研究，并制作了課題研究的方案及設計規(guī)劃，開題報告完成之后隨即進入緊張而有序的寫作及方案設計之中。本課題的最大的重點、難點便是初步接觸溫度傳感器，要對傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應用等各方面從頭開始琢磨以及電路的實現(xiàn)過程和怎么樣通過單片機來間接的控制。在畢業(yè)設計的整個過程中要求保持沉著冷靜，聯(lián)系書本理論知識積極地思考，實在解決不了可以請教同學或指導老師。雖然在制作過程中不可避免地遇到很多問

50、題，但是最后還是在老師以及同學的幫助下圓滿解決了這些問題，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)設計與最后調(diào)試，相關指標達到期望的要求，并完成了本次設計任務。經(jīng)過四年學習的積累，在已經(jīng)掌握相關專業(yè)方面知識及其它各方面知識的情況下，我認真嚴肅的完成了我的畢業(yè)設計。在這一個充滿挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿熱情伴隨打擊的過程中，我感觸頗深，它已不僅是一個對我四年學習知識情和耐心況和我的應用動手能力的檢驗，而且還是對我的鉆研精神，面對困難的心態(tài)，做事的毅力的考驗。我在這個過程中深刻的感受到了做畢業(yè)設計的意義所在，和我一樣真正投入了身心去做的人也一定會有同樣的感觸。7.2 設計前景在單片機自動控制已經(jīng)廣泛的應用于人們的生產(chǎn)和生活的今天，

51、傳統(tǒng)用模擬電路來控制溫度的做法，已經(jīng)逐漸被淘汰。這個系統(tǒng)的實現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法，為溫度的控制開辟了一條新的道路。與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，由于并且單片機價格的相對低廉，能夠大量的普及?，F(xiàn)在溫度計的需求在日益增大當中。生活中，人們漸漸習慣了溫度計的存在，而單片機的相對低廉決定了溫度計的經(jīng)濟效益。對于本系統(tǒng)的使用者來說，本系統(tǒng)能夠很穩(wěn)定的控制溫度而且穩(wěn)定性很高。只要配上適當?shù)臏囟葌鞲衅?，這個系統(tǒng)便還可以實現(xiàn)很多領域的溫度自動控制。這對于提高系統(tǒng)的利用率，避免重復設計有很大的幫助的。在本系統(tǒng)的作用下，可以為工作系統(tǒng)提供一個良好的環(huán)境，使

52、產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量有很大的提高。使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低，從而使系統(tǒng)的使用者獲得的利潤提高了。在農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)發(fā)展的今天，大棚溫度需要嚴格控制，而溫度計的使用能夠幫助管理者更好的控制大棚溫度。當然單純的溫度檢測也許不能滿足這些要求，在本設計基礎上加上濕度檢測，定時溫度記錄，與溫度調(diào)節(jié)裝置連接起來，用于自動調(diào)節(jié)溫度等等，都是可以擴展的內(nèi)容?？傊?，本設計簡便實用，并且可研究開發(fā)并升級的空間是很大的。8 致謝在設計過程中，遇到許多自己不能解決的問題，是馬老師在百忙之中幫助自己解決難題，同時也借此機會感謝老師在學習期間對自己的培養(yǎng)。轉(zhuǎn)眼間，我在上海電力學院度過了寶貴的四年時光，這四年的學習生活經(jīng)歷將是我一生

53、的財富。在本論文即將完成之際，我要衷心的感謝我的畢業(yè)設計指導老師馬進明老師。馬老師以其嚴謹?shù)淖黠L、負責的態(tài)度，在畢業(yè)設計的整個學習和研究中給予了我很大的支持與幫助，無論是在學習還是生活上都讓我深受影響。在我理論剛?cè)腴T階段馬老師給了我決定性和方向性的幫助，沒有他的幫助，我將迷失在大量的參考文獻中難以自拔。從論文的選題、撰寫到各細微的部分馬老師都傾注了心血，使我深深感受到馬老師嚴謹治學的態(tài)度。尤其在論文寫作中，我非常感謝馬老師的嚴格要求和細心指點。馬老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、敏銳的洞察力以及分析問題的獨到見解對我今后的生活工作將起到莫大的促進和幫助。對此，我在這表示崇高的敬意和深深的謝意！感謝所有教育過

54、我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉，也是完成本論文的基礎。我還要向關心和支持我學習的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關心、關注和支持！感謝自動化034班全體同學對我的支持與幫助，感謝我的室友在大學四年中的的朝夕相伴，他們在生活和學習中給了我很大的關懷與幫助，使我渡過了一段難忘的快樂時光。大學的生活讓我有了堅強的性格，冷靜的頭腦和永遠樂觀的態(tài)度。最重要的是讓我有了責任感，對自己、對家人和對社會。我愿在未來的學習過程中，以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關心、幫助和支持過我的所有領導、老師、同學和朋友。永遠以一顆為人民服務的心來回報。參考文獻1 陳忠平主編基于Proteus的51系列單片機，電子工業(yè)出版社出版2 陸彬主編51系列單片機開發(fā)，電子工業(yè)出版社出版3 李朝青編著單片機原理及接口技術(shù)，北京航空航天大學出版社4 楊志忠編著數(shù)字電子技術(shù)，高等教育出版社出版5 趙亮、侯國銳：單片機語言編程與實例，人民郵電出版社，2003 6 王松武，于鑫，武思軍：電子創(chuàng)新設計與實踐，北京：國防工業(yè)出版社，20057 劉