PAGE2..基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)摘要：隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的飛速發(fā)展,單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)十分普及,在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,單片機(jī)往往是作為核心部件來使用。本論文介紹了一種以單片機(jī)AT89C52為主要控制器件,以DS18B20為溫度傳感器通過LED屏傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示的新型數(shù)字溫度計(jì)。該數(shù)字溫度計(jì)的測(cè)量范圍為-55～125℃,顯示分辨率為1℃,誤差≤±1℃。由于采用了溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件,與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比,本文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)減少了外部的硬件電路,具有讀數(shù)方便,測(cè)溫范圍廣,測(cè)溫精確,數(shù)字顯示,適用范圍寬等特點(diǎn)。DS18B20溫度計(jì)還可以在高溫報(bào)警、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)溫控制等方面進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng),適合于各種環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控溫系統(tǒng)、溫度計(jì)、消費(fèi)產(chǎn)品以及其它溫度測(cè)控系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C52；溫度傳感器DS18B20；LED顯示屏等。1引言隨著現(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(shí)現(xiàn),人們?cè)谏a(chǎn)過程中會(huì)越來越關(guān)注精密而實(shí)用的儀器,能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子,但人們對(duì)它的要求越來越高,要為現(xiàn)代人工作、科研、生活等提供更好更方便快捷的設(shè)施就需要從單片機(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。1.1研究背景目前溫度計(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,溫度計(jì)中傳感器是它的重要組成部分,它的精度、靈敏度基本決定了溫度計(jì)的精度、測(cè)量范圍、控制范圍和用途等。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。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)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(hào)處理電路,而且可靠性相對(duì)較差,測(cè)溫準(zhǔn)確度低,檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比,具有讀數(shù)方便,測(cè)溫范圍廣,測(cè)溫精確,數(shù)字顯示,適用范圍寬等特點(diǎn),主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所或科研實(shí)驗(yàn)室使用,可廣泛用用于工業(yè)控溫系統(tǒng)、溫度計(jì)、消費(fèi)產(chǎn)品以及其它溫度測(cè)控系統(tǒng)。目前,該產(chǎn)品已在溫控系統(tǒng)中得到了廣泛使用。因此本設(shè)計(jì)就嘗試通過編程與芯片的結(jié)合來解決傳統(tǒng)數(shù)字溫度計(jì)的弊端,設(shè)計(jì)出新型數(shù)字溫度計(jì)。1.2研究現(xiàn)狀溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀：溫度傳感器使用范圍廣,數(shù)量多,居各種傳感器之首,其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：1、傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器〔含敏感元件——熱電偶傳感器,主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。2、模擬集成溫度傳感器/控制器,集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的,因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。3、智能溫度傳感器。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)〔ATE_的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D傳感器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器〔或寄存器和接口電路。2總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于單片機(jī)AT89C52的數(shù)字溫度計(jì)和溫度傳感器DS18B20的設(shè)計(jì),用來測(cè)量環(huán)境溫度,測(cè)量范圍為-10～120℃,顯示分辨率為0.1℃,誤差≤±0.5℃.整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。硬件電路主要包括主控制器,測(cè)溫電路和顯示電路等。主控制器采用單片機(jī)AT89C52,溫度傳感器采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20來實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A/D轉(zhuǎn)換,同時(shí)因其輸出為數(shù)字形式,且為串行輸出,這就方便了單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,但同時(shí)也對(duì)編程提出了更高的要求。單片機(jī)把采集到的溫度進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后,顯示電路采用LED顯示器以動(dòng)態(tài)掃描法直讀顯示。系統(tǒng)程序主要包括主程序,讀出溫度子程序,寫入溫度子程序等。2.2總體設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為微控制器,如圖2.1。單片機(jī)用AT89C52、溫度傳感器用DS18B20,采用12MHZ晶振,電源采用5V。該電路經(jīng)過設(shè)計(jì)分析、繪圖、仿真調(diào)試、制板、焊接等工作后溫度計(jì)成形。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度,輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制,省去傳統(tǒng)的測(cè)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(cè)溫元件,此元件線形較好。在0—100攝氏度時(shí),最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸,由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器AT89C52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單,體積也不大。采用52單片機(jī)控制,軟件編程的自由度大,可通過編程實(shí)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,安裝方便。電源電源AT89C52AT89C52控制器顯示電路顯示電路時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路DS18B20復(fù)位電路DS18B20復(fù)位電路圖2.1總體設(shè)計(jì)框圖2.3所用主要元器件單片機(jī)AT89C52一個(gè),溫度傳感器DS18B20一個(gè),12MHz晶振一個(gè),二位共陽極LED顯示屏一個(gè),電源一個(gè),排阻一個(gè),USB一個(gè),電阻電容及導(dǎo)線若干。3硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的選擇AT89C52作為溫度測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件。該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS一5l系列單片機(jī)中的基礎(chǔ)產(chǎn)品,采是一個(gè)低電壓,高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元,AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)小系統(tǒng)的電路圖如圖3-1-1所示。圖3.1單片機(jī)小系統(tǒng)電路3.1.1AT89C52單片機(jī)的主要特性：〔1兼容MCS-51指令系統(tǒng),4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；〔28k可反復(fù)擦寫<大于1000次FlashROM；〔3壽命為1000次寫/擦周期,數(shù)據(jù)保留時(shí)間可10年以上；〔4全靜態(tài)工作模式：0Hz-33Hz；〔5三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；〔6128*8位內(nèi)部RAM,32可編程I/O線；〔7兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,6個(gè)中斷源；〔8全雙工串行UART通道,低功耗的閑置和掉電模式；〔9低功耗空閑和掉電模式,軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；<10有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3.1.2引腳功能及管腳電壓AT89C52為8位通用微處理器,采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核,在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的89S52相同。如圖3.2所示。圖3.2AT89C52引腳圖〔1P0口P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口,也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí),每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路,對(duì)端口P0寫"1"時(shí),可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址〔低8位和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí),P0口接收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。〔2P1口P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫"1",通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流<IIL>。與AT89C51不同之處是,P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入〔P1.0/T2和輸入〔P1.1/T2EX,參見表3.1。Flash編程和程序校驗(yàn)期間,P1接收低8位地址。表3.1P1.0和P1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性P1.0T2,時(shí)鐘輸出P1.1T2EX〔定時(shí)/計(jì)數(shù)器2〔3P2口P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫"1",通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口,作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流<IIL>。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔例如執(zhí)行MOVXDPTR指令時(shí),P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔如執(zhí)行MOVXRI指令時(shí),P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí),P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。〔4P3口P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入"1"時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí),被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流〔IIL。P3口除了作為一般的I/O口線外,更重要的用途是它的第二功能。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)?！?RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位?！?ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE〔地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下,ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖〔PROG。如有必要,可通過對(duì)特殊功能寄存器〔SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位,可禁止ALE操作。該位置位后,只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外,該引腳會(huì)被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效?！?PSEN程序儲(chǔ)存允許〔PSEN輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令〔或數(shù)據(jù)時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間,當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,將跳過兩次PSEN信號(hào)?！?EA/VPP外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器〔地址為0000H—FFFFH,EA端必須保持低電平〔接地。需注意的是：如果加密位LB1被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平〔接VCC端,CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳加上+12V的編程允許電源VPP,當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。〔9XTAL1振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。〔10XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。3.2溫度傳感器的選擇DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比,它能直接讀出被測(cè)溫度,并且具有耐磨耐碰,體積小,使用方便,封裝形式多樣等特點(diǎn),適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。3.2.1DS18B20的主要特性〔1適應(yīng)電壓范圍更寬,電壓范圍：3.0～5.5V,在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；〔2獨(dú)特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；〔3DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；〔4DS18B20在使用中不需要任何外圍元件,全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；〔5溫范圍－55℃～＋125℃,在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃；〔6可編程的分辨率為9～12位,對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；〔7在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字,12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字,速度更快；〔8測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào),以"一線總線"串行傳送給CPU,同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼,具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；〔9負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí),芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。3.2.2DS18B20的實(shí)物圖如圖3.3圖3.3DS18B20實(shí)物圖3.2.3DS18B20使用中注意事項(xiàng)DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn),但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：〔1較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償,由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送,因此,在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí),必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序,否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)DS18B20操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)?！?在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題,容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20,在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí),就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題,這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意?！?連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中,當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過50m時(shí),讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí),正常通訊距離可達(dá)150m,當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí),正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因?在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題?！?在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中,向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后,程序總要等待DS1820的返回信號(hào),一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線,當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí),將沒有返回信號(hào),程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線,其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線,另一組接VCC和地線,屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。3.3溫度檢測(cè)電路DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式,DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來完成。DS18B20的電源供電方式有2種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí),VDD和GND均接地,他在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用,原理是當(dāng)1Wire總線的信號(hào)線DQ為高電平時(shí),竊取信號(hào)能量給DS18B20供電,同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電,當(dāng)DQ為低電平時(shí)釋放能量為DS18B20供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路,軟件控制變得復(fù)雜<特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM時(shí)>,同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此,在條件允許的場(chǎng)合,盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電,I/O口線要接5KΩ左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式,工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強(qiáng),而且電路也比較簡(jiǎn)單,可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在開發(fā)中使用外部電源供電方式,畢竟比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下,可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn),即使電源電壓VCC降到3V時(shí),依然能夠保證溫度量精度。由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線,因此它和主機(jī)〔單片機(jī)通信是需要串行通信,而AT89C52有兩個(gè)串行端口,所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DS18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲(chǔ)器操作命令和控制操作。要使傳感器工作,一切處理均嚴(yán)格按照時(shí)序。3.4復(fù)位電路如圖3.5所示。上電復(fù)位用RC電路,電容用10uF,電阻用10K。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,主機(jī)〔單片機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作,復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒,然后釋放,當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右,后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖,主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其它功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài),復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作,其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平,復(fù)位電路在接電瞬間,RESET端的電位與VCC相同,隨著充電電流的減少,RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期,便能正常復(fù)位。復(fù)位后PC值為0000H,表明復(fù)位后程序從0000H開始執(zhí)行,從第一個(gè)單元取指令。例如,若時(shí)鐘頻率為12MHz,每機(jī)器周期為1us,則只需2us以上的高電平,在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE信號(hào),即ALE=1.表明單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作。圖3.5復(fù)位電路3.5時(shí)鐘電路單片機(jī)的晶振頻率低于40MHZ,所用我們采用12MHZ,加兩個(gè)30pF電容。如圖3.6所示。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào),單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路,為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn),電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的按時(shí)序進(jìn)行工作。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器的兩端接入晶振,再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端,另一端接地,這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值應(yīng)該等于負(fù)載電容。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器,其輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端為引腳XTAL2,在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳跨接晶體震蕩器和微調(diào)電容,形成反饋電路,就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激震蕩器,一般的晶振的負(fù)載電容為20pF-45pF之間,考慮到元件引腳的等效輸入電容,本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)22pF的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路。設(shè)計(jì)電路中所使用的是12MHz的晶振,機(jī)器周期為1us,具體的時(shí)鐘電路如圖3.7所示。圖3.6晶振電路3.6顯示電路溫度的顯示可以采用LED數(shù)碼管來顯示,LED亮度高、醒目。圖3.7顯示電路3.7主電路原理圖圖3.8主電路原理圖數(shù)字顯示溫度計(jì)的工作原理：基于AT89C52的溫度測(cè)量系統(tǒng)電路圖把溫度轉(zhuǎn)化成帶符號(hào)的數(shù)字信號(hào)<以十六位補(bǔ)碼形式,占兩個(gè)字節(jié)>,若采用帶屏蔽的雙絞電纜線,連線的長(zhǎng)度可以達(dá)到150m,輸出腳I／0直接與單片機(jī)的P3．4相連,R1為上拉電阻,傳感器采用外部電源供電。AT89C52是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分,內(nèi)含2KB的FLASHROM,用戶程序存放在這里。顯示器模塊由二位一體的共陽數(shù)碼管組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分,傳感器控制程序是按照DSl8B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下,完成對(duì)傳感器的讀寫和對(duì)溫度的顯示。4軟件設(shè)計(jì)4.1概述整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)硬件基本定型后,軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件〔主程序,它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件〔子程序,它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出,并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后,就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu),然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求,合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。4.2主程序模塊主程序需要調(diào)用2個(gè)子程序,各模塊程序功能如下：〔1數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù),控制系統(tǒng)的顯示部分?！?溫度測(cè)試及處理程序：對(duì)溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,進(jìn)行判斷和顯示。主程序流程見圖4.1：開始開始圖4.1主程序流程圖YN調(diào)用顯示程序調(diào)用溫度測(cè)試處理程序是否顯示完圖4.1主程序流程圖YN調(diào)用顯示程序調(diào)用溫度測(cè)試處理程序是否顯示完初始化5仿真Proteus軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件〔該軟件中國(guó)總代理為XX風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步,但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具<仿真軟件>,從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái),其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,20XX即將增加Cortex和DSP系列處理器,并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能。這些功能是：〔1原理布圖；〔2PCB自動(dòng)或人工布線；〔3SPICE電路仿真。革命性的特點(diǎn)：〔1互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM,ROM,鍵盤,馬達(dá),LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件。〔2仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,再配合顯示及輸出,能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等,Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。6綜合調(diào)試6.1焊接6.1.1焊接要求〔1電阻、二極管<發(fā)光二極管除外>均采用水平安裝,緊貼印刷版。〔2電解電容等盡量插到底,元件底面離印刷版最高不能大于4毫米。〔3插件裝配要美觀、均勻、端正、整齊,不能歪斜,高矮要有序?！?所焊出來的焊點(diǎn)要求圓滑、光亮、防止虛焊、搭焊和散錫?！?布局合理,疏密適當(dāng)?！?用比較好的助焊劑。6.1.2焊接方法〔1右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前,電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫,即帶上一定量焊錫?！?將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。電烙鐵與水平面大約成60℃角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處停留的時(shí)間控制在2～3秒鐘?！?抬開烙鐵頭,左手仍持元件不動(dòng)。待焊點(diǎn)處的錫冷卻凝固后,才可松開左手。〔4用鑷子轉(zhuǎn)動(dòng)引線,確認(rèn)不松動(dòng),然后可用偏口鉗剪去多余的引線?！?焊接時(shí)先用焊錫把導(dǎo)線接一下,一遍有毛刺,有放電現(xiàn)象。6.2調(diào)試對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試是將溫度傳感器置于被監(jiān)測(cè)溫度處,接通系統(tǒng)電源,系統(tǒng)開始運(yùn)行,隨著溫度的不斷上升,顯示溫度不斷變化,離開被監(jiān)測(cè)溫度處,顯示溫度不斷下降。結(jié)論經(jīng)過我的努力,完成了本次課題的任務(wù)。設(shè)計(jì)制作的數(shù)字溫度計(jì)LED顯示屏,通過仿真很好的完成了基本要求部分和發(fā)揮需要的功能,達(dá)到了預(yù)期的目的。致謝通過這次設(shè)計(jì),受益匪淺,這主要得益于認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)活潑的治學(xué)精神和深厚專業(yè)的理論水平。在撰寫論文之前,自己對(duì)論文的基本要求理解不是很充分,在老師的幫助與指導(dǎo)下,現(xiàn)在對(duì)論文有了一定的認(rèn)識(shí),對(duì)它的基本結(jié)構(gòu)、所要論述的重點(diǎn)問題、以及撰寫論文的基本步驟和評(píng)審都達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃?。老師無論在理論上還是在實(shí)踐中,都給予了本人很大的幫助,使自己的理論和技術(shù)水平都得到很大的提高,這對(duì)于自己以后的工作和學(xué)習(xí)都是一種巨大的鼓舞。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和論文編寫過程中,很多同學(xué)和朋友給予了我許多無私的幫助,給我的設(shè)計(jì)和論文提出了很多寶貴的修改意見,在這里,我向這些無私幫助我的人表示衷心的感謝和良好的祝愿。至此,衷心感謝各位老師及同學(xué)多年來的辛勤培育和教導(dǎo)！參考文獻(xiàn)1.楊居義,單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)——清華大學(xué)出版社,20092.張毅剛,基于Proteus的單片機(jī)課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)——人民郵電出版社,20123.黃友銳,單片機(jī)原理及應(yīng)用——XX工業(yè)大學(xué)出版社,20064.高吉祥.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程——數(shù)字系統(tǒng)與自動(dòng)控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