電子系統(tǒng)設(shè)計作業(yè)-溫度計

1、I電 子 系 統(tǒng) 設(shè) 計 學(xué)院： 礦業(yè)技術(shù)學(xué)院 班級： 自單招 13-1 班 姓名： 劉田梁 學(xué)號： 1326630120 I電 子 系 統(tǒng) 設(shè) 計 學(xué)院： 礦業(yè)技術(shù)學(xué)院 班級： 自單招 13-1 班 姓名： 郝小杭 學(xué)號： 1326630109 I目錄目錄摘摘 要要.I第第 1 章章 前言前言.- 1 -第第 2 章章 數(shù)字溫度計總體設(shè)計方案數(shù)字溫度計總體設(shè)計方案 .- 1 -2.1 數(shù)字溫度計設(shè)計方案.- 1 -2.2 總體設(shè)計框圖 .- 1 -第第 3 章章 數(shù)字溫度計硬件設(shè)計數(shù)字溫度計硬件設(shè)計.- 2 -3.1 主控制器 AT89C51.- 2 -3.1.1 AT89C51 的特點及特

2、性：.- 2 -3.1.2 管腳功能說明：.- 3 -3.1.3 片內(nèi)振蕩器：.- 4 -3.1.4 芯片擦除：.- 5 -3.2 單片機主板電路.- 5 -3.3 溫度采集部分的設(shè)計.- 6 -3.3.1 溫度傳感器 DS18B20.- 6 -3.3.2 DS18B20 溫度傳感器與單片機的接口電路 .- 10 -3.4 顯示部分電路設(shè)計.- 10 -3.4.1 74LS164 引腳功能及特性.- 10 -3.4.2 溫度顯示電路.- 11 -3.5 報警系統(tǒng)電路.- 12 -第第 4 章章 數(shù)字溫度計的軟件設(shè)計數(shù)字溫度計的軟件設(shè)計.- 13 -4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖.- 13 -附錄

3、：附錄： .- 16 -附錄一丶設(shè)計原理圖.- 16 -附錄二丶數(shù)字溫度計部分程序清單.- 17 -結(jié)束語結(jié)束語 .- 23 -參考文獻參考文獻.- 24 -I摘摘 要要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(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子。本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示。該設(shè)計控制器使用單片機AT89C51，測溫傳感器使用 DS18B20，用 3 位共陽極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示。本溫度計屬于多功能溫度計，可以設(shè)置上下報警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置

4、范圍內(nèi)時，可以報警。此外本文還介紹了數(shù)字溫度計的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件設(shè)計主要包括主控制器、單片機的主板電路、溫度采集部分電路、顯示電路以及報警系統(tǒng)電路。 軟件設(shè)計包括系統(tǒng)軟件的流程圖和數(shù)字溫度計的部分程序清單。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：AT89C51 單片機，數(shù)字控制，測溫傳感器，多功能溫度計 - 1 -第第 1 章章 前言前言隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)，本文將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設(shè)置上下報警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時，可以報警?，F(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

5、夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件。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(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的誤差，所以傳統(tǒng)的溫度計有反應(yīng)速度慢、讀數(shù)麻煩、測量精度不高、誤差大等缺點。本文是以單片機 AT89C51 為核心，通過 DALLAS 公司的單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和 A/D 轉(zhuǎn)換，用來測量環(huán)境溫度，溫度分辨率為 0.0625，并能數(shù)碼顯示。因此本文設(shè)計的數(shù)字溫度計具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬其電路簡單，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，易于實現(xiàn)等特點。數(shù)字式溫度計的設(shè)計將

6、給人們的生活帶來很大的方便，為人們生活水平的提高做出了貢獻。數(shù)字溫度計在以后將應(yīng)用于我們生產(chǎn)和生活的各個方面，數(shù)字式溫度計的眾多優(yōu)點告訴我們：數(shù)字溫度計將在我們的未來生活中應(yīng)用于各個領(lǐng)域，它將會是傳統(tǒng)溫度計的理想 的替代產(chǎn)品。第第 2 章章 數(shù)字溫度計總體設(shè)計方案數(shù)字溫度計總體設(shè)計方案2.1 數(shù)字溫度計設(shè)計方案數(shù)字溫度計設(shè)計方案方案 一：采用熱敏電阻器件，利用其感溫效應(yīng)，再將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，利用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，然后在顯示電路上，將被測溫度顯示出來。 方案 二：利用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以

7、采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換就可以滿足設(shè)計要求。分析上述兩種方案可以看出方案一是使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，利用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二是利用溫度傳感器直接讀取被測溫度，讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，適用范圍寬而且電路簡單易于實現(xiàn)。 綜合方案一和方案二的優(yōu)缺點，我們選擇方案二。2.2 總體設(shè)計框圖總體設(shè)計框圖- 2 -溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖 2-1 所示，控制器采用單片機AT89C51，溫度傳感器采用 DS1

8、8B20，用 4 位 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。圖 2-1總體設(shè)計方框圖第第 3 章章 數(shù)字溫度計硬件設(shè)計數(shù)字溫度計硬件設(shè)計3.1 主控制器主控制器 AT89C513.1.1 AT89C51 的特點及特性：的特點及特性：40 個引腳，4K Bytes FLASH 片內(nèi)程序存儲器，128 Bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89C51 在空閑模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器

9、，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性： 兼容 MCS-51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫(1000 次）ISP FLASH ROM 32 個雙向 I/O 口 4.5-5.5V 工作電壓2 個 16 位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率 0-33MHZ全雙工 UART 串行中斷口線 主 控 制 器LED顯示溫度傳感器單片機復(fù)位時鐘振蕩報警點按鍵調(diào)整- 3 -128X8 BIT 內(nèi)部 RAM2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式

10、中斷喚醒省電模式 3 級加密位看門狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針3.1.2 管腳功能說明：管腳功能說明：AT89C51 管腳如圖 3-1 所示：圖 3-1 AT89C51 管腳圖（1）VCC：供電電壓。（2）GND：接地。（3）P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外

11、部必須被拉高。（4）P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。（5）P2 口：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- 4 -接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外

12、部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。（6）P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行輸入口）

13、P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷 0）P3.3 /INT1（外部中斷 1）P3.4 T0（記時器 0 外部輸入）P3.5 T1（記時器 1 外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。（7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。（8）ALE/PROG：當(dāng)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

14、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(dāng)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。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。（9）/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。（10）/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFF

15、H），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/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）。（11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。（12）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。- 5 -3.1.3 片內(nèi)振蕩器：片內(nèi)振蕩器：該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，如圖 3-2 所示。圖 3-2 片內(nèi)振蕩器3.1.4 芯片擦除：芯片擦除：整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，

16、代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM、定時器、計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。單片機AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。單片機 AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計

17、需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。3.2 單片機主板電路單片機主板電路單片機 AT89C51 是數(shù)字溫度計的核心元件，單片機的主板電路如圖 3-3 所示，包括單片機芯片、報警系統(tǒng)電路、晶振電路、上拉電阻以及與單片機相連的其他電路。- 6 -圖 3-3 單片機的主板電路3.3 溫度采集部分的設(shè)計溫度采集部分的設(shè)計3.3.1 溫度傳感器溫度傳感器 DS18B20DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。

18、TO92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 3-4，其引腳功能描述見表 3-1。表 3-1DS18B20 詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。圖 3-4 DS18B20 引腳排列DS18B20 的性能特點如下：- 7 -獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.05.5V；零待機功耗；溫度以 9 或 12 位數(shù)

19、字；用戶可定義報警設(shè)置；報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5 所示。圖 3-5 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括

20、一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3-6 所示。頭 8 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 8 和第 8 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第 8 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖 3-6 所示。低 8 位一直為，TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式，I/OC64位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH低溫觸發(fā)器 T

21、L配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器Vdd- 8 -DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 8，用戶要去改動，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。TM R11R01111.圖 3-6DS18B20 字節(jié)定義由表 3-2 可見，DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。表 3-2 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率（位）溫度最大轉(zhuǎn)向時間（ms）00993.750110187.510113751112750高速暫存 RAM 的第 6、7、8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)

22、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。當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 1、2 字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0.0625LSB 形式表示。溫度 LSB溫度 MSBTH 用戶字節(jié) 1TL 用戶字節(jié) 2配置寄存器保留保留保留CRC- 9 -當(dāng)符號位 S0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)符號位 S1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表 3

23、-3 是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、TL 字節(jié)內(nèi)容作比較。若 TTH 或 TTL，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索。在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC） 。主機ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20 的測溫原理是這這樣的，器件中低溫度系數(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

24、信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)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(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1、溫度寄存器中，計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振

25、產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。表 3-3 一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 00

26、00 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 FE6FH- 10 -1111-551111 1100 1001 0000FC90H另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā) ROM 功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。3.3.2 DS18B20 溫度傳感器與單片機的接口電路溫度傳感器與單片機的接口電路DS18B

27、20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20 的 1 腳接地，2 腳作為信號線，3 腳接電源；另一種是寄生電源供電方式，如圖 3-7 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉。圖 3-7 DS18B20 與單片機的接口電路當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 VDD 端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。由于 DS18B20 是在一根I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對

28、讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。3.4 顯示部分電路設(shè)計顯示部分電路設(shè)計3.4.1 74LS164 引腳功能及特性引腳功能及特性74LS164 是一個串入并出的 8 位移位寄存器，他常用于單片機系統(tǒng)中，下面總結(jié)一下這個元件的基本知識如圖 3-10 為 74LS164 引腳圖， 圖 3.11 為74LS164 內(nèi)部功能圖。- 11 -圖 3-10 74LS164 引腳圖 3-11 74LS164 內(nèi)部功能圖 串行輸入帶鎖存 時鐘輸入,串行輸入帶緩沖 異步清除 最高時鐘頻率可高達 36MHZ 功耗：10mW/bit 74 系列工作

29、溫度： 0C 70C Vcc 最高電壓：7V 輸入最高電壓：7V 高電平：-0.4mA. 低電平：8mA.3.4.2 溫度顯示電路溫度顯示電路溫度顯示電路（如圖 3-12）采用 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，從 P3 口RXD,TXD 串口輸出段碼。顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用口資源比較少，該顯示電路只使用單片機的 3 個端口：- 12 -P1.7，P3.0，P3.1，并配以 4 片串入并出移位寄存器 74LS164（LED 驅(qū)動）四只數(shù)碼管采用 74LS164 右移寄存器驅(qū)動，顯示比較清晰。其工作過程如下：1.串行數(shù)據(jù)由 P3.0 發(fā)送，移位時鐘由 P3.1 送出。2.

30、在移位時鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入74LS164 中。3.四片 74LS164 串級擴展為 4 個 8 位并行輸出口，分別連接到 4 個 LED 顯示器的段選端作靜態(tài)顯示。圖 3-12 溫度顯示電路3.5 報警系統(tǒng)電路報警系統(tǒng)電路在圖 3-13 中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時 LED 數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示。圖中有三個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設(shè)置,圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時 LED 數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調(diào)整報警上下限，從而測出被測的溫度值。圖中的按健復(fù)位電路是上電

31、復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位。- 13 -圖 3-13 報警系統(tǒng)電路第第 4 章章 數(shù)字溫度計的軟件設(shè)計數(shù)字溫度計的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，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。主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20 的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每 1S 進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖 4-1 所示。圖 4-1 主程序流程圖初始化調(diào)用顯示子程序1S 到？初次上電讀出溫度值溫度計

32、算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令NYNY- 14 -發(fā) DS18B20 復(fù)位命令發(fā)跳過 ROM 命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為 750ms，在本程序設(shè)計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖 4-2 所示。圖 4-2 溫度轉(zhuǎn)換流程圖計算溫度子程序?qū)?RAM 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，其程序流程圖如圖 4-3 示。圖 4-3 計算溫度流程圖開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標(biāo)志計算小數(shù)位溫度 BCD 值 計算整數(shù)位溫度 BCD 值 結(jié)束置“+”

33、標(biāo)志NY- 15 -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(dāng)最高顯示位為 0 時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖 4-4。圖 4-4 顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖溫度數(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NNYY- 16 -附錄：附錄：附錄一丶設(shè)計原理圖附錄一丶設(shè)計原理圖- 17 -附錄二丶數(shù)字溫度計部分程序清單附錄二丶數(shù)字溫度計部分程序清單(1)初始化程序S1OK EQU 5FHTEMPUTER EQU 39HTEMPH EQU 5EHTEMPLEQU 5DHMS50 EQU 5CHSIGN EQU 5BHS1

34、 BIT P1.0S2 BIT P1.1S3 BIT P1.2S4 BIT P1.3ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP TOITORG 0030HMAIN: MOV SP, #60HMOV TMOD, #01HMOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B0HSETB ET0SETB TR0SETB EAMOV TEMPH, #30MOV TEMPL, #9MOV TEMPUTER, #15 MOV S1OK, #00HMOV 38H, #0BHMOV 37H, #0CHMOV 36H, #0BHACALL DISPACALL T1S(2)主程序START: J

35、B S1, NET1ACALL T12MSJB S1, NET1JNB S1, $INC SIGNMOV A, SIGNCJNE A, #1, TIAO- 18 -ACALL TIAOTLTIAO:CJNE A, #2, NET1MOV SIGN, #0ACALL TIAOTHNET1: MOV A, S1OKCJNE A, #1, STARTMOV A, TEMPUTERSUBB A, TEMPHJNB ACC.7, ALEMMOV A, TEMPUTERSUBB A, TEMPLJB ACC.7, ALEMSETB P2.1ACALL WENDUACALL DISPMOV S1OK, #0

36、0HAJMP STARTALEM: MOV 36H, #0CHMOV 37H, #0CHMOV 38H, #0CHCLR P2.1ACALL DISPACALL T1SLCALL WENDULCALL DISPMOV S1OK, #00HSJMP START(3)溫度總子程序ACALL INIT_1820ACALL RE_CONFIGACALL GET_TEMPERACALL TEMPER_COVRET(4)DS18B20 初始化程序INIT_1820:SETB P2.0NOPCLR P2.0MOV R0,#06BHMOV R1,#03HTSR1:- 19 -DJNZ R0,TSR1 ; 延時

37、MOV R0,#6BHDJNZ R1,TSR1SETB P2.0NOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB P2.0,TSR3DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ; 延時TSR3:SETB 20H.1 ; 置標(biāo)志位,表示 DS1820 存在LJMP TSR5TSR4:CLR 20H.1 ; 清標(biāo)志位,表示 DS1820 不存在LJMP TSR7TSR5:MOV R0,#06BHMOV R1,#03HTSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 延時MOV R0,#6BHDJNZ R1,TSR6TSR7:SETB P2.0RET(5)讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER:SET

38、B P2.0 ; 定時入口LCALL INIT_1820JB 20H.1,TSS2RET ; 若 DS18B20 不存在則返回TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳過 ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALL WRITE_1820LCALL INIT_1820MOV A,#0CCH ; 跳過 ROM 匹配LCALL WRITE_1820- 20 -MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200MOV 37H,A ; 將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存RET(6)寫 DS18B20 的程序WR

39、ITE_1820:MOV R2,#8CLR CWR1:CLR P2.0 NOPNOPNOPNOPRRC AMOV P2.0,CMOV R3,#35DJNZ R3,$SETB P2.0NOPDJNZ R2,WR1SETB P2.0RET讀 DS18B20 的程序,從 DS18B20 中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)READ_18200:MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位 DS18B20 中讀 RE00:MOV R2,#8RE01:CLR CSETB P2.0NOPNOPCLR P2.0NOPNOPNOPSETB P2.0NOPNOPMOV C,P2.0MOV R3,#35RE20:- 21 -DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01MOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE00RET將從 DS18B20 中讀出的溫度數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換TEMPER_COV:MOV A,#0F0HANL A,36H ; 舍去溫度低位中小數(shù)點SWAP AMOV 37H,AMOV A,36HNB ACC.3,TEMPER_COV1 ; 四舍五入去溫度值INC 37HTEMPER_CO