1、. . . . 編號： 畢業設計說明書題 目：基于51單片機的多路溫度參數檢測系統設計 學 院： 機電工程學院 專 業： 電氣工程與其自動化 學生： 志 威 學 號： 0600120310 指導教師： 彩 林 職 稱： 副 教 授 題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發2010年5月20日摘 要隨著自動化技術的發展和人民生活水平的提高，高精度、快速的溫度測量報警系統在工業、農業、國防等行業有著巨大的需求，而生活中溫度測量更是與人們息息相關。本文中的多路的溫度檢測更可以實現多點多狀態下的多回路綜合溫度檢測，并可以利用其進行報警、顯示、控制等多種用途。利用51單片機技術的

2、溫度檢測系統以其體積小，可靠性高而被廣泛采用。本文對該檢測系統進行了分析設計，這個系統可以用在水、大氣、土壤等多處的溫度檢測，并能夠實時顯示顯示并可對報警的閥值進行設置。首先，本文針對設計要求和實際進行各個部分模塊的方案分析，并作出方案選擇。主要分析被測目標、測溫方式、傳感器選擇、單片機選擇、閥值設置方式、LCD顯示方案和報警的各種方案的選擇。 其次，本文針對系統所使用的單片機的性能和發展情況做了簡單說明；對系統使用的溫度傳感器DS18B20的技術參數和特點以與控制方式進行分析；對顯示LCD1602液晶模塊的顯示控制做了說明；還對按鍵和LED報警電路進行說明；以上各部分最終組成了該系統的硬件電

3、路。針對所選用的硬件方案在Keil C與Protues聯合調試下進行了電路原理仿真與軟件的編程。在Protel中繪制了電路原理圖，繪制了印制電路板圖，并最終制成了實物，完成了硬件制作。根據硬件的設計和檢測系統所要實現的功能，本設計對軟件和硬件也進行了調試，并經過反復的模擬運行、調試，修改并簡化了軟件系統，最終形成了一套完整的系統。關鍵詞：溫度；多路參數檢測；單片機；DS18B20；LCD1602AbstractWith the development of the automation technology and the live conditions of nowday's peo

4、ple,a faster,highter measurment of temperature alarm system has been needing applied in the industry,agriculture and national defense. Meanwhile the emperature measurement has a closely relationship with people's daily life.The multi-temperature detection has been mentioned in article that can a

5、chive multi-state integrated temperature measurement circuit,and used for alarming,exhibitting,controling and such functions.Using 51 MCU technology, the temperature detection system was widely used in many areas by its smaller size and high reliability. There coming an analysis and design to the sy

6、stem which can be apllied on the temperature meansure of hydrology,climate and soil,and set the alarm threshold by real-timely exhibition.First of all,this article actual analyze of the various parts of the program modules by the design requirements,and to make program choices.The main Analysis test

7、ed includs the temperature measurement methods, sensor selection, MCU selection, threshold setting mode, LCD display options and alarm program of choice. Scondly,the paper simply intraduces the MCU system performance and a brief description of the development, analyzed the temperature sensor DS18B20

8、 technical parameters and characteristics, and control mode;brought in the 1602 LCD display control module to do the introduction;also expounded the button and LED alarm on the circuit description. All over the final composition of the various parts make up the system hardware. The harsware was made

9、 circuit simulation and software programming by the joint commissing ofKeil C and Protues and drawed the circuit diagram ,the printed circuit board in Protel.Eventually it made into a physical to complete the hardware production.the design which is based on the hardware and testing systems to achiev

10、e the functions. The software and hardware have also been debugging, and after repeated simulation run, debug and simplify the software system, and form a complete set of the system .Keywords:Temperature;Multi-parameterdetection;MCU;DS18B20;LCD160253 / 59目 錄引言11緒論21.1課題背景與意義21.2系統設計主要任務22方案選擇32.1系統結

11、構框圖32.2測溫方式的選擇32.2.1 溫度測量元件的選擇論證42.2.2 溫度傳感器方案的選定82.2.3 測溫電路的方案92.3顯示模塊的方案112.3.1 TC1602液晶模塊122.4溫度設定電路的方案142.5報警電路方案142.651單片機的選擇方案152.7AT89S52芯片的引腳與功能153硬件電路183.1AT89S52的各輸入輸出口電路183.218B20電路183.3LED燈電路183.4按鍵與時鐘電路193.5復位電路193.6液晶顯示電路203.7蜂鳴器與其他電路214軟件與編程224.1DS18B20的溫度讀取224.1.1 DS18B20的時序244.1.2 測

12、溫子程序254.2溫度閥值的設定264.3溫度比較與報警274.3.1 溫度的比較與LED報警274.3.2 蜂鳴器報警274.41602LCD顯示的程序設計284.5主程序295程序與原理圖的仿真316系統的制作與調試326.1系統的PCB制作326.2硬件調試336.3軟件調試337誤差的分析與修正348結論35辭36參考文獻37附錄38引言隨著現代信息技術的飛速發展，人們的日常生活以與生產服務越來越需要多路的實時參數采集系統。多路參數不單可以得到多點的狀態，還可以相互比較，相互作用影響從而得出其他的二次參數，從而服務于生產生活。電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控

13、參數。例如：在冶金工業、化工生產、電力工程、造紙行業、機械制造和食品加工等諸多領域中，人們都需要對工業與日常生活中的溫度進行檢測和控制。目前有各種各樣的多路參數采集系統，如基于FPGA的多路參數采集，基于DSP的多路參數采集、基于PLC的多路參數采集等等。本次的設計：基于51單片機的多路溫度參數檢測報警系統就屬于多路參數采集系統的一種。采用MCS-51單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態簡單和靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業生產中經常會遇到的問題。我們利用溫度控制來更好的為我們的生活工作所服

14、務，提高我們的生活質量。當然本次溫度控制的設計也有不足之處，相信在不久的以后，隨著單片機行業的迅速發展，將會有更好的溫度控制儀的出現。在生活中，隨著人們生活水平的不斷提高，智能化的家用電器逐漸走進千家萬戶，此外，許多居民轉而選擇相對省錢的電器產品。而控溫產品是人們使用最多的電器之一。入空調、熱水器、電水壺、微波爐等，這些電器今后的市場發展潛力巨大，從全國來看，將會有越來越多的智能電器進入千家萬戶。低成本的多路的溫度傳感器在這些電器上的應用可以降低電能損耗、加強電器使用的安全性、提高家居智能化水平，使綠色低碳也能在尋常百姓家實現。而使用51單片機的這一溫度檢測報警系統就能很好滿足成本和性能以與可

15、靠性的要求。因此它在智能家居中必定有很大的發展潛力。本次設計的目的在于學習基于51單片機的多路溫度采集報警系統設計的基本流程和方法。本設計采用單片機作為數據處理與控制單元，為了進行數據處理，單片機控制數字溫度傳感器，把溫度信號從數字溫度傳感器傳遞到單片機上。單片機數據處理之后，發出信息改變和報警狀態的改變，同時將當前溫度信息發送到LCD進行顯示。本系統可以實現多路溫度信號采集與顯示，可以使用按鍵來設置溫度限定值，通過進行溫度數據的運算處理，發出控制信號達到控制蜂鳴器和LED報警燈的目的。所采用的控制芯片為AT89S52，此芯片功能較為強大，能夠滿足設計要求。這個設計實現了在-55至125之間精

16、確到0.1的溫度采集、比較。另外通過對芯片的外圍擴展還可以達到對溫度的控制和調節功能。1 緒論本設計是基于DSl8B20的多路采集測溫的單片機系統，并通過液晶屏同時顯示3路中任一路的實時溫度，又具有循環檢測3路溫度，同時還能對3路設定不同報警溫度的數字式溫度聲光報警系統。此系統能夠滿足現代生產生活的需要，效率高，具有較強的穩定性和靈活性。1.1 課題背景與意義在實際生產、生活等各個領域中，溫度是環境因素不可或缺的一部分，對溫度與時精確的控制和檢測顯得尤為重要。比如，農業上土壤各個層面上的溫度將會影響植物的生長；在醫院的監護中也用到溫度的測量。在工業中，料桶里外上限溫度要求不一，熱處理中工件各個

17、部位的溫度對工件形成后的性能至關重要。現代電子工業的飛速發展對自動測試的要求越來越高。采用單片機對溫度進行控制，不僅具有控制方便和組態簡單的優點，而且可以提高被控溫度的技術指標。早期的溫度傳感器大多為電壓輸出型，即將測量信號轉換為05V電壓輸出，通過模擬數字轉換電路轉換為數字信號供單片機讀取、控制。電壓輸出型壓力傳感器抗干擾能力差，有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使控制出現錯誤，嚴重時還會損壞設備。而且模擬信號轉換為數字信號需要AD轉換，所以還需要開關電路，同時又占用大量IO口，這對于工業生產上的單片機多路測溫的成本控制和設計簡化來說是很不合理的，因此針對單片機的多路測溫，具有單總線結構

18、的數字式測溫傳感器是較優選擇。本文介紹的多路溫度采集單片機系統，就是依照上述要求設計出來的，適用于無人值守條件下長時間自動采集數據，結構簡單工作穩定，可滿足多種環境下的工作要求。1.2 系統設計主要任務現代工業生產中常常需要對來自不同場合的信號源進行數字化處理，本文要求利用單片機設計一多回路參數檢測系統。因為能夠進行工業檢測，所以要求成本更低，測量圍較廣，測量精度較高、實時性好。（1）在仿真模擬參數的實時測量與在線顯示38路，并硬件實現至少1路。（2）動態顯示參數采用48位LCD。（3）動態顯示參數、并可通過外部按鍵設置各回路報警的閾值本次任務要求使用51系列單片機來完成設計。在此基礎上添加測

19、溫電路、溫度設置按鍵電路、LCD顯示電路、聲光報警電路來共同組成一個完整的多路溫度檢測報警系統。2 方案選擇2.1 系統結構框圖電熱水器水溫自動調節器以AT89S52單片機為核心，由溫度測定電路、溫度設定電路、單片機。設定溫度顯示電路、報警電路等幾部分組成，結構框圖如圖2.1所示。（1）溫度測定電路，最終采用DS18B20溫度傳感器。 （2）AT89S52單片機。本控制器的核心，溫度采入比較、顯示輸出和報警就是用它的軟件來控制實現的。（3）溫度設定電路。通過四個非編碼開關按鍵來設定水溫的上下閥值。（4）溫度顯示電路。單片機將設定的溫度值通過動態掃描的方法輸出，液晶上可直接顯示采集到的溫度和設定

20、的溫度。（5）報警電路。由單片機產生高低電平來控制LED和蜂鳴器來實現聲光報警。溫度采集電路溫度設定電路 51單片機LCD顯示電路聲光報警電路圖2.1 系統結構框圖在該框圖中，畫出了幾個模塊相連接的情況，主要為了說明各個模塊之間的關系和模塊的作用。在下面的的說明中則是從各方面來說明選擇各個模塊方案的原因。2.2 測溫方式的選擇溫度是表征物體冷熱程度的物理量。因為工業中被測目標的類型有很多，如氣體、液體、還有固體等等，因而測量溫度的方法也很多，但從感受溫度的途徑來分，有下面兩大類：一類是接觸式的，即通過測溫元件與被測物體的接觸而感知物體的溫度；另一類是非接觸式，即通過接收被測物體發出的輻射熱來判

21、斷溫度。因此也就產生了各種測溫傳感器：傳統的分立式溫度傳感器（含敏感元件）；模擬集成溫度傳感器；智能溫度傳感器（即數字溫度傳感器）。（1）分立式溫度傳感器傳統的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻與半導體溫度傳感器，均屬于分立式溫度傳感器，傳感器本身就是一個完整的、獨立的感溫元件。此類傳感器通常要陪溫度變送器，以獲得標準的模擬量（電壓或電流）輸出信號。使用時還需配上二次儀表，才能完成溫度測量計控制功能。其主要缺點是外圍電路比較復雜、測量精度較低、分辨力不高、需進行溫度校準（例如非線性校準、溫度補償、傳感器標定等），另外它們的體積較大、使用也不夠方便。因此，分立式溫度傳感器將逐漸被淘汰。（2）模擬集成溫度傳

22、感器集成溫度傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量與模擬信號輸出功能的專用IC，它屬于最簡單的一種集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準。外圍電路簡單，它是目前國外應用最為普遍的一種集成傳感器。典型產品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。（3）智能溫度傳感器智能溫度傳感器（亦稱數字溫度傳感器）是在模擬集成溫度傳感器的基礎

23、上發展而成的第三代溫度傳感器，它將溫度傳感器、A/D轉換器、寄存器、接口電路集成在一個芯片上，有的還包含中央處理器（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨機存取存儲器（RAM或SRAM）、實時日歷時鐘以與報警電路。它是在20世紀90年代中期問世的。智能傳感器是微電子技術、計算機技術和自動測試技術的結晶，它也是集成溫度傳感器領域中最具活力和發展前途的一種新產品。智能溫度傳感器具有以下三個顯著特點：第一，能輸出溫度數據與相關溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；第二，能以最簡方式構成 高性價比、多功能的智能化溫度測控系統；第三，它是在硬件的基礎上通過軟件來實現測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開

24、發水平。2.2.1 溫度測量元件的選擇論證（1）用熱電偶作測溫元件測溫原理把兩種不同的金屬A和B連接成閉合回路。如果將它們的兩個節點中的一個進行加熱，使其溫度為T，而另一個置于室溫T1中，則在回路中就有電流產生，這一現象就稱為熱電效應。在這種情況下產生的電動勢稱為熱電勢，用E(T1,T)來表示。通常把兩種不同的金屬的這種不同組合稱為熱電偶。，A和B稱為熱極，溫度高的接點稱為熱端（或稱工作端），溫度低的稱為冷端（或稱為自由端）。利用熱電偶把被測溫度信號轉變為熱電勢信號，用儀表測出電勢大小，就可間接求得被測溫度值。熱電偶溫度傳感器的種類結構與優缺點常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所

25、調用標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用圍或數量級上均不與標準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一。其優點是：a.測量圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可連續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800（如鎢-錸）。b.構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。其缺點是：測量時間長，測量圍太寬，在低溫測量中不適合用熱電偶溫度傳

26、感器。如下表2.1是我國常用的幾種標準型熱電偶。表2.1我國常用的幾種標準型熱電偶產品名稱型號分度號測量圍長時間測量短時間測量鉑銠30鉑銠6WRRB0 1600 0 1800 鉑銠10鉑WEPS0 1300 0 1600 鎳鉻鎳硅WRNK0 1200 0 1300 鎳鉻-銅鎳WRKE0 600 0 800 （2）用熱電阻作測溫元件熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度較高，性能較穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，

27、目前應用最多的是鉑和銅，此外，現在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。但是轉換成電信號需要AD模塊。下面表2.2是幾種常用的熱電阻：表2.2 幾種常用的熱電阻產品名稱型號分度號測溫圍鉑熱電阻WZPPt100200650銅熱電阻WZCCu5050150（3）用模擬溫度傳感器作測溫元件模擬集成溫度傳感器按輸出方式可以分為：電流、電壓、周期、頻率、比率輸出方式集成溫度傳感器。較常用的AD590是電流輸出式集成溫度傳感器。AD590的性能特點AD590兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點，具有測溫誤差小、動態阻抗高、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等優點，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性

28、校準。圖2.2 AD590的部電路AD590的工作原理：AD590的部電路如圖2.2所示。芯片中的R和R是采用激光修正的校準電阻，它能使298.2K(+25)下的電流恰好為298.2uA。首先由晶體管VT和VT產生與熱力學溫度（即絕對溫度）成正比的電壓信號，再通過R5和R6把電壓信號轉化電流信號。為保證良好的溫度特性，R、R的電阻溫度特性應該非常小，這里采用激光修正的SiCr薄膜電阻，其電阻溫度系數低至(-30-50）×10/。VT的集電極電流能夠跟隨VT和VT的集電極電流的變化，使總電流達到額定值。R、R也需要在25的標準溫度下校準。AD590等效于一個高阻抗的恒流源其輸出（阻抗1

29、0M歐），能大大減小因電源電壓波動而產生的測量誤差。AD590的測溫圍是-50+150，對于熱力學溫度T每變化1K，輸出電流就變化1uA，這表明其輸出電流I(uA)與熱力學溫度T(K)嚴格成正比。電流溫度系數K的表達式為：=8(2-1)經過一系列的轉換，可得出熱力學溫標(K)與攝氏溫度()、華氏溫度()之間的換算關系如下式：t()=T(K)-273.15(2-2)t()= ×t()+32 (2-3)（4）采用智能溫度傳感器DS18B20部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。部結構如圖2.3。 圖2.3 DS18B20的部結

30、構DS18B20的主要性能: DS18B20采用美國DALLAS半導體器件公司的“單線總線”專有技術，通過串行通信口（I/O）直接輸出被測溫度值，適配各種單片機或系統機。 每一片DS18B20具有全球唯一的序列號，多個DS18B20可以并聯在唯一單線上，實現多點測溫。 DS18B20的測溫圍為：-55+125，在-10+85時，其精度為+0.5。測溫結果的數字量位數912位，可編程進行選擇。 DS18B20部含寄生電源，器件既可由單線總線供電，也可用外部的電源（3.05.5V）供電。 用戶可分別設定各路溫度的上、下限并寫入隨機存儲器RAM中。 DS18B20采用特有的溫度測量技術，其部測溫電路

31、如圖2.4圖2.4DS18B20部測溫電路2.2.2 溫度傳感器方案的選定通過以上幾種測溫元件的分析、比較，可以知道，熱電偶溫度計可以應用在比較高的溫度下進行測量，如它可以測量在1100以上的溫度，而電阻式溫度計相對來說，它主要于-200+500的溫度圍獲得較廣泛的運用。對于多路溫度的測量，傳統的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻與半導體溫度傳感器需要配溫度變送器，以獲得標準的模擬量（電壓或電流）輸出信號。多路的AD轉換會占用51單片機的大量IO口，這是很不合理的，使用時還需配上二次儀表，才能完成溫度測量與控制功能。其主要缺點是外圍電路比較復雜、測量精度不是很高、分辨力不高、需進行溫度校準（例如非線性校

32、準、溫度補償、傳感器標定等），另外，它們的體積較大，使用也不夠方便。用在實時的溫度檢測中，實在不理想。因為，在工業自動化中的實時溫度測量，涉與到信號的傳輸，傳感器的響應速度應該較快，在這一點上，集成溫度傳感器稍微可以滿足，它的響應速度快、傳輸距離也可以比較遠，適合中遠距離測溫、控溫，不需進行非線性校準。但是模擬集成溫度傳感器功能單一（僅限于溫度測量），而且同樣需要使用AD，多路采集時占用大量IO口。而智能溫度傳感器其主要優點是采用數字化技術，能以數字形式直接輸出被測溫度值，可以省略掉外部AD電路，具有降低成本、測溫誤差小、分辨力高、抗干擾能力強、能夠遠程傳輸數據、用戶可設定溫度上、下限、有越限

33、自動報警功能、適配各種微控制器（含微處理器和單片機）。因此，經過論證，決定選用智能溫度傳感器，并選用具有代表性的DS18B20作為測溫元件。2.2.3 測溫電路的方案圖2.5 DS18B20的引腳測溫電路的方案要根據測溫的傳感器的結構以與使用方法來確定。下面先從DS18B20的數據構成和讀寫方式進行分析。如圖2.5所示，DQ為數字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。DS18B20部結構DS18B20部結構主要由7部分組成：寄生電源、溫度傳感器、64位光刻ROM與單線接口、高速暫存器、非揮發的溫度報警觸發寄存器TH和TL、存儲與控制邏輯、8位

34、循環冗余校驗碼:(1)寄生電源由二極管和寄生電容組成，并有電源檢測電路用來判定供電方式并且輸出相應的邏輯電平（“0”表示用寄生電源供電，“1”表示用外部電源供電），以便高速暫存器能夠讀出數據和命令。寄生電源有兩個顯著的優點：第一，遠程檢測溫度時無需本地電源；第二，在缺少正常電源時也能讀ROM。(2)光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B2

35、0都各不一樣，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的。(3)DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。這是12位轉化后得到的16位數據，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125的數字輸出為07D0H，+25.0625的數字輸出為0191H，-25.0625的數字

36、輸出為FF6FH，-55的數字輸出為FC90H。表2.3 溫度-數據對應表溫度數據輸出(二進制)數據輸出(十六進制)+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111

37、 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H(4)DS18B20溫度傳感器的部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發器TH、TL和結構寄存器。暫存存儲器包含了8個連續字節，前兩個字節是測得的溫度信息，第一個字節的容是溫度的低八位，第二個字節是溫度的高八位。第三個和第四個字節是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節的容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節用于部計算。第九個字節是冗余檢驗字節。意義為：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位一直都是1 ，

38、TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率。表2.4 分辨率設置R1R0分辨率溫度最大轉換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms根據DS18B20的通訊協議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發出

39、60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。(5)在完成溫度轉換之后，DS18B20就把測得的溫度值t同t、t作比較。若t>t，或t<t,則將該器件的報警標志置位，并對CPU發出的報警搜索命令做出響應。因此可用多片DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。一旦某個測溫點越限，主CPU用報警搜索命令即可識別正在報警的DS18B20，并且讀出其序號，而不必考慮其他為報警的DS18B20。(6)在64位激光ROM的最低8位字節中存有CRC。主CPU根據ROM的前56位來計算CRC值，并與存入DS18B20中的CRC值進行比較，以判斷主CPU接收到的ROM數據是否正確。CR

40、C的函數表達式為 CRC=X+X+X+1 （2-4）此外，DS18B20尚需按照式（2-4）所規定的格式為暫存器中的數據產生一個8位CRC，送給CPU，以確保暫存器的數據傳送無誤。從上面的溫度傳送原理可見，雖然18B20是單總線結構，但是如果將3個傳感器都掛在一個串行IO口的話，還需要先編程分別讀取各個18B20的序列號，就可能造成編程的困難，而且程序調試時也難以跟蹤對應的參數。考慮到只測量3路溫度，就將3個傳感器的DQ引腳直接經4.7K上拉電阻接到3個IO口上，這個測溫電路方案同樣簡單，且易于編程和調試。2.3 顯示模塊的方案單片機應用系統的顯示器件種類很多，但最常用的主要有兩種：數碼管顯示

41、即LED顯示器；液晶顯示即LCD顯示器。從結構上，兩種顯示器又可分為段碼顯示和點陣顯示。LED顯示器價格低廉，工作穩定，發光強度較強，機械性能較好，在普通單片機應用系統中最常見；LCD顯示器是近年來上市的一種被動發光式顯示器，具有重量輕、功耗低、體積小、顯示容豐富、使用方便等特點，在通訊、儀器儀表、電子設備、家用電器等低功耗應用系統中得到越來越廣泛的應用，使這些電子設備的人機界面變得越來越直觀形象，目前已廣泛應用于電子表、計算器、液晶電視、復印機等許多方面。基于我們電路需要顯示字符，而且是任務要求，故選用液晶模塊。在液晶模塊中，常用的型號有1602和12864，兩者的主要區別主要在于：1602

42、為5*8的字符型液晶，能同時顯示32個英文或者數字字符；12864為128*64的點陣型液晶，面積更大，帶字庫的還能夠顯示漢字，但是價格更貴（約為前者的6倍），根據任務要求，只要求顯示3路4位采集溫度和設定閥值，故1602已經能夠滿足需要，另外由于是工業要求較低成本，故價格在100元以上的12864已經對1602不構成優勢，故最終選擇的LCD為TC1602。2.3.1 TC1602液晶模塊字符型液晶是一種使用5×7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等，我們選用的則是最常用的2行16個字的1602液晶模塊。TC1602液晶模塊

43、的引腳圖如下所示：圖2.7 1602液晶模塊引腳圖各引腳功能分別如下：第1腳：VSS為電源地，接GND。第2腳：VDD接5V電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號獻，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數據線。第15腳：BLA背光電源正極（5V）輸入引腳。第16腳：BLK背光電源

44、負極，接GND。1602液晶模塊帶標準字庫，部的字符發生存儲器（CGROM）存儲了192個5×7點陣字符，32個5×10點陣字符。另外還有字符生成RAM（CGRAM）512字節，供用戶自定義字符。如表26所示，這些字符由：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如小寫英文字母“a”的代碼是01100001（61H）,顯示時模塊把地址61H的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。1602液晶模塊部的控制器共有11條控制令，如表2-5所示。它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明：1為高電平、0為低電平

45、）表2.5 1602液晶模塊部的控制器共有11條指令指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清顯示0000000001光標返回000000001*置輸入模式00000001I/DS顯示開/關控制0000001DCB標或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符發生存貯器地址1置數據存貯器地址1讀忙標志或地址1寫數到CGRAM或DDRAM1從CGRAM或DDRAM讀數1指令1：清顯示，指令碼01H，光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D: 光標移動方向，高電平右移，低電平左移；S: 屏幕上所有文字是否左移

46、或者右移，高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制 D: 控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示； C: 控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標；B: 控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C: 高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL: 高電平時為4位總線，低電平時為8位總線；N: 低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示；F: 低電平時顯示5×7的點陣字符，高電平時顯示5×10的點陣字符。指令7：字符發生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標

47、地 BF: 為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數據。指令11：讀數據。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一點要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符的地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，表28是1602液晶模塊的部顯示地址。表2.6 1602液晶部顯示地址1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16第一行第二行000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F例如第二行第

48、一個字符的地址是40H，要將光標定位在第二行第一個字符的位置，則實際應寫入的數據應該是01000000B(40H)10000000B(80H)11000000B(0C0H)，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1。2.4 溫度設定電路的方案由于DS18B20的測量圍所限，對其設定溫度的圍為-55到128攝氏度，最高溫度限和最低溫度限也不過相差區區幾十度，所以也不用專門為其設計一個鍵盤來設定水溫而增加自己的工作量，可以將設定值存入一個指定存儲空間即可，故電路的設計也相對比較簡單，它的工作原理也非常的簡單。即開辟一個浮點型數組，包含6個浮點型變量，分別定位A、B、C三路的上下閥值，由兩個按

49、鍵來設置升溫和降溫，再用一個按鍵來切換選擇的閥值類型。2.5 報警電路方案在這個溫度報警中，需要對三路溫度分別報警，但是如果三路都選擇聲音報警的話，在三路同時報警時，聲音就會混亂嘈雜，故優先選擇使用光報警。我的方案是用3個LED燈進行閃爍來報警，另外，在設置一個總的聲音報警，只要有一路超限，就用蜂鳴器接高低電頻轉換來發聲，同時設置一個按鍵來開關聲音，并用一個LED常亮來表示蜂鳴器工作，滅掉表示不工作。無源蜂鳴器的驅動電路比較復雜，而此處使用有源蜂鳴器接三極管放大即能滿足報警要求，故選擇無源蜂鳴器方案。2.6 51單片機的選擇方案由于任務書要求使用的是51單片機，所以微控制器（MCU）的選擇圍就

50、比較好確定了，主要有89C51和89S52是目前較常用的51系列，89S52對89C51的一個顯著區別是51的flash存儲器只有4K，52有8K，而由于我仿真編程生成的hex文件較大，經試驗52單片機才能裝下，故選擇52單片機。而52單片機中主要廠商型號是ATmel和STC，因為STC置EEPROM在這里用不上，且STC的零售價格要高一些，所以最終確定的單片機方案是Atmel的89S52單片機。它具有與MCS-51單片機產品兼容、8K字節在系統可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態操作：0Hz33Hz、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數器、八個中斷

51、源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數據指針、掉電標識符。2.7 AT89S52芯片的引腳與功能圖3.1 AT89S51引腳圖AT89S52芯片的引腳功能： P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節；在程序校驗時，輸出指令字節。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向I/

52、O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，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/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2）和時器/計數器2的觸發輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節。 表3.1引腳號第二功能引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數器T2的外部計數輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統編程用）P1.6M

53、ISO（在系統編程用）P1.7SCK（在系統編程用） P2 口：P2 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，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部電阻的原因，將輸出電流（IIL）在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的部上拉發送1。在使用8位地址訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有部上拉電阻的

54、8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，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部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表3.2 P3口引腳第二功能引腳號第二功能引腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.2INT0(外部中斷0)P3.6WR(外部數據存儲器寫選通)P3.3INT1(外部中斷1)P3.

55、7RD(外部數據存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ALE/PROG當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程