【基于單片機(jī)的數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì)14000字（論文）】

TMR1R011111DS18B20在生產(chǎn)是就將R1和R0設(shè)置為0，當(dāng)使用時(shí)再去更改它，其通過確認(rèn)的溫度轉(zhuǎn)換精度來設(shè)置分辨率，如REF_Ref34317489\h表3-7所示。表3-7DS18B20分辨率設(shè)置R1R0數(shù)據(jù)位轉(zhuǎn)換周期009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms從REF_Ref34317489\h表中能夠分析出，分辨率高的所需溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)長也就更大。因而，在實(shí)踐運(yùn)用中應(yīng)思考分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)長之間的衡量。溫度警報(bào)發(fā)生器TH與TLDS18B20溫度傳感器開放的單線路端口用于通信，建立ROM操作協(xié)議后，必須存儲(chǔ)第一行端口的條件并使其工作。因而單片機(jī)必需優(yōu)先布置REF_Ref34739956\h表3-8中的五個(gè)ROM操作指令之一：表3-8五個(gè)ROM操作命令讀獲ROM搭配ROM查找ROM跨越ROM警報(bào)搜尋快速執(zhí)行ROM任務(wù)序列后，可以執(zhí)行存儲(chǔ)和管理任務(wù)?？刂破骺梢蕴峁┝鶄€(gè)存儲(chǔ)或控制操作命令之一，而管理執(zhí)行命令指示并啟動(dòng)DS18B20溫度測(cè)量，并將溫度測(cè)量信號(hào)存儲(chǔ)在DS18B20寄存器中。對(duì)于th和TL內(nèi)存操作指令，準(zhǔn)備了驗(yàn)證注冊(cè)表內(nèi)容和獲取信號(hào)所需的內(nèi)存執(zhí)行信號(hào)指令。溫度報(bào)警發(fā)生器th和TL中的E2PROM字節(jié)必須臨時(shí)打開，以讀取這些寄存器，以便有效減少位并能夠讀取或?qū)懭胨袛?shù)據(jù)。配置寄存器的使用。配置寄存器檢查待機(jī)范圍第5個(gè)字節(jié)的溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率，如果DS18B20開始工作，則將分辨率轉(zhuǎn)換為溫度值，并具有從寄存器獲取的相應(yīng)精度。3.3.2DS18B20的測(cè)溫原理在圖3-5中，硬件中的溫度對(duì)低溫指數(shù)振蕩器的晶體振蕩頻率的反應(yīng)并不強(qiáng)烈。下行計(jì)數(shù)器繼承脈沖信號(hào)并生成固定頻率。高溫指數(shù)晶體振蕩器的溫度指數(shù)根據(jù)溫度急劇跳躍，獲得的數(shù)據(jù)支持減法計(jì)數(shù)器2在同一時(shí)間段內(nèi)的脈沖輸出。斜率累加器斜率累加器預(yù)置低溫系數(shù)振蕩器高溫系數(shù)振蕩器減法計(jì)數(shù)器2減法計(jì)數(shù)器1減到0減到0溫度寄存器預(yù)置計(jì)數(shù)比較器圖3-5DS18B20原理圖計(jì)數(shù)門還包含于硬件之中。其被開啟之后，用于溫度測(cè)量的DS18B20計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖由低溫計(jì)數(shù)震蕩體產(chǎn)生，同時(shí)高溫計(jì)數(shù)震蕩器決定了計(jì)數(shù)門的開端周期，當(dāng)我們測(cè)量之前，以55℃作為標(biāo)準(zhǔn)值并且還需要運(yùn)轉(zhuǎn)在零下-55℃下的環(huán)境，在此操作中還需與減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)值進(jìn)行媲美。減法計(jì)數(shù)器1在具有低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖信號(hào)之后倒計(jì)時(shí)。如果準(zhǔn)備值更改為每米10，也將執(zhí)行溫度寄存器中記錄1的數(shù)據(jù)。同時(shí)，重新計(jì)算低溫指數(shù)。由振蕩晶體開始產(chǎn)生的脈沖指令由計(jì)數(shù)器1的初始值執(zhí)行。在此循環(huán)中，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值減小到0，并且溫度計(jì)數(shù)器值停止累積時(shí)，再加上圖中的傾斜記憶功能，調(diào)整和校準(zhǔn)溫度測(cè)量中的非線性過程，并將最終測(cè)量的新溫度值存儲(chǔ)在溫度寄存器中。請(qǐng)?zhí)貏e注意單線通信的時(shí)間限制[12]。根據(jù)DS18B20的設(shè)置信息，中央設(shè)備必須分三個(gè)階段進(jìn)行DS18B20的設(shè)置，以完成溫度轉(zhuǎn)換：每次讀或?qū)懼?，必須將DS18B20復(fù)位。復(fù)位重置正確后發(fā)送ROM指令。最后，發(fā)送RAM指令，以致DS18B20執(zhí)行約定的操作命令。同理，在500μs后主CPU選擇下掉解放數(shù)據(jù)線，DS18B20等待信號(hào)接受15~60μs，同時(shí)將60~240μs之間的弱脈沖指令送出，最后主CPU獲取到該指令信號(hào)后實(shí)現(xiàn)復(fù)位。3.3.3DS18B20使用的注意事項(xiàng)雖然DS18B20溫度傳感器有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)踐運(yùn)用中還應(yīng)留意一下困惑：在實(shí)踐運(yùn)用中，不單單會(huì)只應(yīng)用一條總線DS18B20，因此在分配材料時(shí)必須仔細(xì)考慮DS18B20的數(shù)量，以減少因錯(cuò)誤使用而引起的問題。當(dāng)一條總線上銜接八個(gè)以上的DS18B20時(shí)，有須要處理單片機(jī)的總線驅(qū)動(dòng)困難。DS18B20總線長度不夠。如果信號(hào)電纜的傳輸距離超過50m，則溫度指示器指示錯(cuò)誤。此錯(cuò)誤的主要原因是總線的分布式容量導(dǎo)致數(shù)據(jù)周期形狀變形。此時(shí)，隨著雙絞線長度的增加，可以假設(shè)距離為米且通信長度為米的屏蔽電纜雙絞線。因此，在使用DS18B20設(shè)計(jì)溫度測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，需要充分了解和掌握總線的分布電容和阻抗程度[13]。3.4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.4.1復(fù)位電路系統(tǒng)使用按鈕復(fù)位電路。使用電容器時(shí)，不按下按鈕復(fù)位。連接后RST端口的電位與電源的VCC相對(duì)應(yīng)。此外，電勢(shì)因輸入毫安的收縮而降低。此時(shí)，如果RST的高級(jí)循環(huán)超過兩個(gè)機(jī)器循環(huán)，則可以重置正確的初始化。當(dāng)按下開關(guān)時(shí)，正5V電壓Vcc被電阻器R10分開，并且在第一個(gè)端口處產(chǎn)生復(fù)位高電平，因此復(fù)位完成。如REF_Ref34317726\h圖3-6所示：圖3-6復(fù)位電路連接圖3.4.2時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路功能：振蕩器必須在單片機(jī)負(fù)載上使用，單片機(jī)發(fā)送的高頻脈沖數(shù)據(jù)被劃分為內(nèi)部時(shí)鐘數(shù)據(jù)，用于控制指令，以協(xié)調(diào)處理器上的不同組件。如果沒有時(shí)鐘信號(hào)，觸發(fā)器無法接收指令，MCU中的所有組件最終在操作完成后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而無法繼續(xù)其他工作。時(shí)鐘電路如REF_Ref34317735\h圖3-7所示：圖3-7時(shí)鐘電路連接圖3.4.3報(bào)警電路當(dāng)預(yù)設(shè)溫度上限和下限被測(cè)得的環(huán)境溫度超過時(shí)，需要使用蜂鳴器執(zhí)行警報(bào)處理。如果P1.0為低電平，5V電壓通過報(bào)警燈閃爍，同時(shí)P1.1也為低電平，5V電壓通過蜂鳴器鳴響蜂鳴器；如果當(dāng)P1.2。在低電平下，5V電壓通過正常指示燈后，不執(zhí)行報(bào)警指令。報(bào)警電路如REF_Ref34317743\h圖3-8所示：圖3-8報(bào)警電路接線圖3.4.5顯示電路顯示電路是單片機(jī)顯示最后結(jié)果的最后一道關(guān)卡，它的應(yīng)用通常是一種清晰醒目的7段LED數(shù)碼管顯示器。當(dāng)LED二極管的所有陽極串聯(lián)使用時(shí)，稱為公共陽極組合；當(dāng)LED二極管的所有陰極串聯(lián)使用時(shí)，它被稱為公共陰極組成，所以LED數(shù)碼管提供兩個(gè)相反的正極和負(fù)極：公共正極和公共負(fù)極。7段LED顯示屏由7個(gè)固定排列的LED組成，如圖3-9所示。它包含a段、B段、C段、D段、e段、F段和g段的LED二極管。一些數(shù)碼管被稱為8段LED數(shù)碼管，因?yàn)樵黾恿薉P段的小數(shù)點(diǎn)位。圖3-9段LED顯示器控制數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸出連接在數(shù)字管腳和單片機(jī)端口之間，使數(shù)碼管可以顯示不同的數(shù)字和字符。一般來說，控制二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選擇碼。REF_Ref34317888\h表9列出了7段LED段抉擇代碼。表3-9段LED段選碼表示字符共陰極碼共陽極碼表示字符共陰極碼共陽極碼0.BFH40HA77H88H1.86H79HB7CH83H2.DBH20HC58HA7H3.CFH30HD5EHA1H4.E6H19HE79H86H5.EDH12HF71H8EH6.FDH02HO5CHA3H7.87H78HP7CH83H8.FFH00HH76H89H9.EFH10HL38HC7H3.4.6按鍵電路該電路采用彈性開關(guān)。按鈕切換的原理是手動(dòng)調(diào)整溫度讀數(shù)的上限和下限。按下S2時(shí)，指示燈D2亮起，設(shè)定上限溫度。按下S3時(shí)，指示燈D3亮起，設(shè)定下限溫度。詳細(xì)的按鍵電路連接如REF_Ref34317766\h圖3-10所示：圖3-10按鍵電路連接圖3.4.7溫測(cè)電路DS18B20數(shù)字式單線溫度傳感器可用于較小的空間。硬件成本低，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，精度好。在該系統(tǒng)中，DS18B20的輸出端口與單片機(jī)的P3.0端口對(duì)接，具體溫度檢測(cè)電路如圖3-11所示：圖3-11DS18B20溫測(cè)電路接線圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)4.1.1主程序主程序的主要功能是立即顯示溫度值并讀取DS18B20測(cè)量的溫度值。該軟件根據(jù)其各種功能可分為兩類：第一，尋址主程序是整個(gè)控制的內(nèi)圈，用于排序不同工作模塊和操作員之間的連接。第二種是執(zhí)行軟件，可以實(shí)現(xiàn)各種基本功能。例如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通信等。有必要根據(jù)系統(tǒng)的整體性能選擇最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性要求安排合適的監(jiān)控軟件與各個(gè)執(zhí)行模塊之間的交叉。完整的重要程序順序如圖4-1所示。開始開始MCU初始化DS18B20初始化判定溫度是否在設(shè)定范圍內(nèi)顯示溫度結(jié)束燈滅燈亮燈亮是否圖4-1主程序系統(tǒng)流程圖4.1.2DS18B20初始化DS18B20初始化整個(gè)運(yùn)行如REF_Ref34386806\h圖4-2所示。開始開始DS18B20存在？報(bào)警溫度轉(zhuǎn)換命令A(yù)T89C52寄存器讀取溫度溫度數(shù)據(jù)處理溫度顯示溫度比較超出范圍？否否是是圖4-2溫度傳感器初始化流程圖4.1.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序DS18B20溫度轉(zhuǎn)換啟動(dòng)的首要任務(wù)是提供溫度轉(zhuǎn)換命令子例程。12位分辨率的轉(zhuǎn)換周期限制約為750ms。在本程序設(shè)計(jì)中，采用顯示程序滯后的方法等待轉(zhuǎn)換完成。DS18B20子程序命令流程如REF_Ref34387136\h圖4-3所示。發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(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)束圖4-3溫度傳感器子程序轉(zhuǎn)換指令流程圖4.1.4溫測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法DS18B20在二進(jìn)制到十進(jìn)制轉(zhuǎn)換后，在符號(hào)上顯示實(shí)際溫度讀數(shù)。這里使用12位來提高精度。在溫度寄存器中，在0.00625范圍內(nèi)添加的溫度值是寄存器的二進(jìn)制數(shù)乘以0.00625，最后一個(gè)十進(jìn)制值是環(huán)境溫度。4.2模塊軟件流程4.2.1鍵盤掃描子程序流程圖采用定時(shí)掃描的鍵盤工作方式。定時(shí)掃描模式是通過定時(shí)器中斷CPU內(nèi)部定時(shí)器中斷，CPU鍵盤掃描，按下按鍵識(shí)別按鍵和相應(yīng)的程序執(zhí)行功能。圖4-4鍵盤定時(shí)掃描方式子程序程序框圖當(dāng)按下按鈕時(shí)，無論是按下還是松開，當(dāng)關(guān)閉或斷開時(shí)，電擊都會(huì)振動(dòng)。此時(shí)，邏輯級(jí)別不穩(wěn)定。如果處理不當(dāng)，單片機(jī)可能會(huì)錯(cuò)誤執(zhí)行按鍵命令。解決此問題的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是使用軟件延遲。當(dāng)確定是按鍵時(shí)，延時(shí)12ms，基本上可以避免鍵盤抖動(dòng)。4.2.2顯示程序流程圖智能體溫系統(tǒng)的點(diǎn)液晶顯示是用來顯示和設(shè)置當(dāng)前人體溫度的狀態(tài)和參數(shù)。在讀取和寫入數(shù)據(jù)之前，初始化顯示參數(shù)。此任務(wù)耗時(shí)較長，不需要高實(shí)時(shí)性能，因此可以為其分配較低的優(yōu)先級(jí)。圖4-5顯示子程序流程圖4.2.3蜂鳴器報(bào)警子程序首先是定義發(fā)光二極管及蜂鳴器數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)值為LCD和BELL數(shù)值為“0”時(shí)，發(fā)光二極管亮、蜂鳴器響。可以使用一個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)程序。報(bào)警程序設(shè)計(jì)如圖4-6所示。驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警鳴音不報(bào)警判別觸發(fā)信號(hào)YN圖4-6報(bào)警程序流程圖4.2.4溫控DS18B20程序DS18B20程序流程圖如圖4-7所示：開始開始調(diào)初始化子程序設(shè)置跳過ROM命令CCH，調(diào)寫命令子程序設(shè)置啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令44H，調(diào)寫命令子程序調(diào)延時(shí)子程序調(diào)初始化子程序設(shè)置匹配命令BEH，調(diào)寫命令子程序設(shè)置溫度數(shù)據(jù)存放位置，調(diào)寫命令子程序讀出數(shù)據(jù)結(jié)束圖4-7DS18B20程序流程圖因?yàn)镈S18B20和微處理器之間的串行數(shù)據(jù)傳輸被接管。因此，在讀寫DS18B20時(shí)，必須嚴(yán)格保證讀寫時(shí)間，否則無法讀取溫度測(cè)量結(jié)果。系統(tǒng)還有一個(gè)循環(huán)顯示LCD程序編輯及小部分元器件控制程序。發(fā)DS18B20復(fù)位命令命令發(fā)匹配ROM、64位地址發(fā)DS18B20復(fù)位命令命令發(fā)匹配ROM、64位地址移入溫度暫存區(qū)發(fā)讀取溫度命令讀取RAM中的9個(gè)字節(jié)9字節(jié)完？返回YNYNCRC校驗(yàn)正確？開始置“+”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值溫度值取補(bǔ)碼置“－”標(biāo)志溫度零下？返回結(jié)束YN開始圖4-8讀出溫度子程序流程圖圖4-9計(jì)算溫度子程序流程圖顯示數(shù)據(jù)更新子程序主要用于更新顯示緩沖區(qū)中的顯示數(shù)據(jù)。如果最高顯示位為0，符號(hào)顯示將移到下一位。程序流程圖如圖4-9所示。4.2.5中斷服務(wù)程序溫度計(jì)儀表與上位機(jī)之間的溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信主要通過定時(shí)器和計(jì)數(shù)器、串行I.O接口和中斷服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。中斷服務(wù)程序如圖4-10所示。圖4-10中斷服務(wù)子程序?qū)τ赑C，并在每個(gè)掃描周期中進(jìn)行精確的微控制器之間的通信，以獲取信息。在本系統(tǒng)中，通訊幀分為兩種，輸出寄存器將狀態(tài)送到執(zhí)行元件。5系統(tǒng)測(cè)試(1)將單片機(jī)及元器件裝上去焊接好。同時(shí)，從電路板的背面，通過導(dǎo)線，將串口的輸出端口，引出去，進(jìn)而完成軟件對(duì)于硬件電路的調(diào)試工作。(2)通過萬用表對(duì)系統(tǒng)中單片機(jī)，在上電之后的每個(gè)I/O端口進(jìn)行測(cè)試。目的在于確定其電平的狀態(tài)是否為高。假如，其引腳狀態(tài)為高的時(shí)候，就能夠推算出該單片機(jī)整體硬件電路的連接完好。如果情況不是預(yù)想的那樣，就需要對(duì)電路中各部分的元件進(jìn)行檢查，觀察是否出現(xiàn)了錯(cuò)誤的狀況。通常而言，在電路當(dāng)中一般會(huì)出現(xiàn)連線錯(cuò)誤以及相關(guān)元器件在焊接的時(shí)候出現(xiàn)的虛焊等問題。在實(shí)際的調(diào)試過程里出現(xiàn)了數(shù)碼管，其在顯示的時(shí)候，展現(xiàn)出來重影的現(xiàn)象。重影的程度也較為嚴(yán)重。當(dāng)檢查單片機(jī)程序的時(shí)候，也并沒有發(fā)現(xiàn)問題。隨即，對(duì)硬件進(jìn)行了排查。首先進(jìn)行的是器件相關(guān)故障問題的排查，未發(fā)現(xiàn)問題。接著對(duì)連線的可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行排查。最終，發(fā)現(xiàn)了LCD的共陽端，起到驅(qū)動(dòng)作用的三極管中，其基極電壓數(shù)值跟正常值之間存在著很大的偏差。但是差別的數(shù)值卻不大。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中，其引腳處多加了底座。隨即懷疑是底座導(dǎo)致了上述電壓值的差別。將底座進(jìn)行拆除了以后，就發(fā)現(xiàn)板子上面的數(shù)碼管可以正常的顯示。分析其產(chǎn)生的原因在于，底座自身的電阻值在跟限流電阻疊加后，出現(xiàn)阻值過大。因此帶來了單片機(jī)所擁有的電流輸出能力降低。進(jìn)而難以對(duì)三極管的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。最終，也就導(dǎo)致了數(shù)碼管的重影現(xiàn)象。將編寫的C語言程序下載到單片機(jī)中，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。編譯的時(shí)候出現(xiàn)，error：#18：6.error：#18：expected“）”。接著又出現(xiàn)了error：#20，error：#20：identifier“TIM2_IRQChannel”isundefined的錯(cuò)誤代碼，最后排查由于是固件庫里的庫文件沒有添加進(jìn)工程里面，所以出現(xiàn)未定義的情況。最終軟件調(diào)試的結(jié)果為軟件編譯通過，并成功下載到的單片機(jī)中。在整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試過程中，首先要注意各個(gè)模塊的電源，其中pga203和OP07使用15V電壓供電。溫度電橋和tlc3545使用Z5V電壓供電，因此可以直接使用單片機(jī)供電，以減少電源模塊的使用。下表為系統(tǒng)的整體測(cè)試數(shù)據(jù)：表5-1系統(tǒng)的整體測(cè)試數(shù)據(jù)溫度大小PGA203輸出電壓TLC3545輸出數(shù)字量大小實(shí)際溫度250.97V316626281.35V452630311.61V536932341.93V662337372.23V718238402.47V798642432.83V939647463.13V1029548493.32V1105350下面為所做實(shí)物的一些測(cè)試圖片圖5-1溫度測(cè)試實(shí)物圖（電烙鐵）如圖5-1測(cè)試環(huán)境為將電烙鐵放在熱敏電阻旁邊進(jìn)行測(cè)試，可以看到溫度顯示為38圖5-2溫度測(cè)試實(shí)物圖（電扇）如圖5-2的測(cè)試環(huán)境為在實(shí)驗(yàn)室將電扇打開后進(jìn)行測(cè)試，可以看到溫度顯示為24圖5-3溫度測(cè)試實(shí)物（人體）如圖5-3的測(cè)試環(huán)境為將手放在熱敏電阻上進(jìn)行測(cè)試，可以看到溫度顯示為29在實(shí)際的調(diào)試過程里出現(xiàn)了數(shù)碼管，其在顯示的時(shí)候，展現(xiàn)出來重影的現(xiàn)象。重影的程度也較為嚴(yán)重。當(dāng)檢查單片機(jī)程序的時(shí)候，也并沒有發(fā)現(xiàn)問題。隨即，對(duì)硬件進(jìn)行了排查。首先進(jìn)行的是器件相關(guān)故障問題的排查，未發(fā)現(xiàn)問題。接著對(duì)連線的可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行排查。最終，發(fā)現(xiàn)了LCD的共陽端，起到驅(qū)動(dòng)作用的三極管中，其基極電壓數(shù)值跟正常值之間存在著很大的偏差。但是差別的數(shù)值卻不大。進(jìn)一