使用DS18B20進(jìn)行數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)論文資料免費(fèi)下載

　　本文研制的數(shù)字式定時(shí)溫控系統(tǒng)是一個(gè)基于單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，以單片機(jī)芯片為核心的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有對(duì)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)功能，實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘、溫度和時(shí)間數(shù)值的設(shè)定等功能。該系統(tǒng)可以應(yīng)用于發(fā)面、菜窖溫度控制及保健等領(lǐng)域。

　　本文首先對(duì)測(cè)溫技術(shù)、溫度控制技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，對(duì)各種控制理論、方案進(jìn)行了簡單的分析與比較；其次根據(jù)用戶提出的總體要求和技術(shù)指標(biāo)，從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，以發(fā)面器為主要應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行了硬件部分的設(shè)計(jì)和選型、軟件的設(shè)計(jì)與分析，且在實(shí)現(xiàn)中遵循了簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則：然后詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)所用各芯片的特點(diǎn)、工作原理、應(yīng)用及其與單片機(jī)間的通信協(xié)議。最后本文對(duì)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和實(shí)踐應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題、誤差及采用的抗干擾措施進(jìn)行了分析和討論。

　　本文設(shè)計(jì)的簡單實(shí)用的數(shù)字式溫度測(cè)控系統(tǒng)，亦可廣泛應(yīng)用于各種定時(shí)、溫度控制領(lǐng)域，如工業(yè)工控過程的溫度控制，發(fā)電廠、熱電廠、大型中央空調(diào)設(shè)備用戶端、自動(dòng)化生產(chǎn)線、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖、溫棚、溫室、干燥房、糧食倉庫、井下溫度控制等場(chǎng)合。系統(tǒng)能夠隨時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度并且顯示當(dāng)前的溫度值，因此，研究和開發(fā)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的定時(shí)溫度測(cè)控系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義，也有著廣泛的應(yīng)器上當(dāng)前室溫的顯示等等。不同的溫度傳感器測(cè)量的精度以及功能強(qiáng)弱各不相同用前景。溫度采集與顯示系統(tǒng)在工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域占有重要的地位，比如空調(diào)遙控，因此在不同的應(yīng)用場(chǎng)合可設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，如在普通的室內(nèi)溫度檢測(cè)中，可用一般的溫度傳感器，通過AD轉(zhuǎn)換之后，由數(shù)碼管直接顯示該室內(nèi)的溫度。但是普通型傳感器芯片不僅體積大，而且輸出的信號(hào)都是模擬信號(hào)，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能被處理器識(shí)別，而且不能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量，最大的缺點(diǎn)就是它的精度不是很高。而在要求精度很高的溫度控制中，顯然普通的溫度采集和顯示系統(tǒng)已不能滿足設(shè)計(jì)的需要。因此，針對(duì)此現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)控制的智能溫度采集與顯示系統(tǒng)。它以AT89S52單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集和顯示。在溫度信號(hào)的采集方面，利用單總線數(shù)字溫度傳感器的特點(diǎn)及功能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集，由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可在-55—+125℃的范圍內(nèi)測(cè)量溫度。從中央處理器到DS18B20僅需連接一條信號(hào)線

　　和地線，其指令信息和數(shù)據(jù)信息都經(jīng)過單總線接口與DS18B20進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，且每個(gè)DS18B20有唯一的系列號(hào)。因此同一條單總線上可以掛接多個(gè)DS18B20，構(gòu)成主從結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)測(cè)溫傳感器網(wǎng)絡(luò)。而在顯示方面采用數(shù)碼管顯示。此系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、易于操作及系統(tǒng)擴(kuò)展、性價(jià)比高等特點(diǎn)。它利用89S52單片機(jī)的強(qiáng)大功能和可擴(kuò)充性為后盾，

　　可實(shí)現(xiàn)對(duì)某一路溫度和溫度的上下限進(jìn)行有效的控制與輸出。

　　本文第一章主要是對(duì)單片機(jī)概述，第二章是系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，第三章是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)國內(nèi)從80年代起開始了單片機(jī)的熱潮，二十多年過去了，單片機(jī)從研究所走出來， 成為日常生活中的一個(gè)不可缺少的部件。硬件方面日趨多樣化，4位、8位、16位、32位等型號(hào)共同并存，在不同的領(lǐng)域存在，如家電、玩具、工業(yè)設(shè)備、儀器、通訊等。軟件方面發(fā)展主要為匯編語言、C語言、嵌入式操作系統(tǒng)。速度、穩(wěn)定性特別要求的場(chǎng)合較多采用匯編語言和C語言。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機(jī)誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個(gè)機(jī)種。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。

　　單片機(jī)的品種繁多，按應(yīng)用范圍分為通用型和專用型。專用型是針對(duì)某種特定產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的，例如用于洗衣機(jī)的單片機(jī)。通用型單片機(jī)有總線型和非總線型或者8位和16位之分， 總線型設(shè)有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線的引腳，便于擴(kuò)展外圍器件。非總線型沒有有總線引腳，芯片體積小，要擴(kuò)展可通過I/O口，因此非線型更適合中小系統(tǒng)。以下就單片機(jī)部分功能器件的應(yīng)用舉例簡要說明。首先以實(shí)時(shí)時(shí)鐘為例。一些單片機(jī)控制系統(tǒng)要求在確定的時(shí)刻進(jìn)行某種檢測(cè)與操作，有的控制系統(tǒng)要求在進(jìn)行某種操作時(shí)記下進(jìn)行操作的具體時(shí)間，例如現(xiàn)在各公司廣泛用的員工考勤打卡機(jī)，有些網(wǎng)頁的登陸同時(shí)記下用戶的登陸時(shí)間等。要達(dá)到這個(gè)目的，就要給系統(tǒng)配置實(shí)時(shí)時(shí)鐘，一邊根據(jù)時(shí)鐘提供的時(shí)間，按時(shí)操作或記錄。當(dāng)然生產(chǎn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以用軟件實(shí)現(xiàn)，但最方便的還是用時(shí)鐘芯片，常用的時(shí)鐘芯片又并行和串行兩種形式。看門狗是監(jiān)視程序正常運(yùn)行的一種定時(shí)器。它的定時(shí)時(shí)間固定不編，一旦定時(shí)時(shí)間到，就會(huì)產(chǎn)生中斷或產(chǎn)生溢出脈沖，使系統(tǒng)復(fù)位，為了不然系統(tǒng)復(fù)位，我們可以在運(yùn)行的程序中，插入對(duì)看門狗定時(shí)器的清零指令，不時(shí)對(duì)它清零刷新。這樣溢出就不會(huì)發(fā)生。在許多單片機(jī)內(nèi)部就有看門狗電路。如AT8951以及Microchip公司的PIC系列產(chǎn)品等。如果單片機(jī)內(nèi)部沒有看門狗電路，可以用片內(nèi)多余的定時(shí)器通過軟件自行構(gòu)成。也可選用集成電路。近年來，新型單片機(jī)內(nèi)的接口，無論從類型和數(shù)量上都有很大的發(fā)展單片機(jī)從功能到形態(tài)都有了飛速的發(fā)展。在發(fā)展出新一代單片機(jī)的同時(shí)，也在不斷擴(kuò)充著各種功能， 如A/D、PWA、高速I/O口、PCA計(jì)數(shù)器捕獲比較/比較邏輯等。這不僅大大提高了單片機(jī)的功能，而且使系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)也大大簡化了。

　　1.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能

　　單片機(jī)的基本組成，是由中央處理器（C P U）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、讀寫存儲(chǔ)器（RAM）、輸入/輸出口（I/O）等等組成。此外，里面還有一個(gè)時(shí)鐘電路，使單片機(jī)在進(jìn)行運(yùn)算和控制時(shí)， 都能有節(jié)奏地進(jìn)行。另外，還有“中斷系統(tǒng)”，當(dāng)單片機(jī)控制對(duì)象的參數(shù)到達(dá)某項(xiàng)需要加以干預(yù)的狀態(tài)時(shí)，就可傳達(dá)給CPU，使CPU采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)付措施。按結(jié)構(gòu)形式分，單片機(jī)有兩種基本的結(jié)構(gòu)形式：普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。普林斯頓結(jié)構(gòu)，也稱馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司（Intel）的8086和MCS-51就采用了此結(jié)構(gòu)。而哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。中央處理器（CPU）首先到程序指令存儲(chǔ)器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，然后到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行下一步操作（通常是執(zhí)行）。程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，目前較多的單片機(jī)采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。另外，現(xiàn)在單片機(jī)采用一種三核（TriCore）結(jié)構(gòu)，這是種建立在一塊片上的系統(tǒng)概念上的結(jié)構(gòu)。三核是：數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器核，控制器和DSP核和外圍用戶專用電路ASIC。這種單片機(jī)最大特點(diǎn)是把DSP和微控制器同時(shí)做在一個(gè)片上。

　　單片機(jī)按其內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為4位、8位、1 6位、3 2位及6 4位。由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，可靠性高，體積小，功耗低，使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活中。就單片機(jī)本身來說，除了4位機(jī)和8位機(jī)仍保持巨大的領(lǐng)域之外， 各種新型高性能的機(jī)型也在迅速發(fā)展。針對(duì)市場(chǎng)上在大份額的八位單片機(jī)，這里以51， AVR和PIC八位單片機(jī)為例介紹單片機(jī)的性能。

　　Intel的51系列在市場(chǎng)上占有相當(dāng)大的比例。這與它優(yōu)秀的性能分不開。51系列的優(yōu)點(diǎn)諸多，它有完整的按位操作系統(tǒng)，除能進(jìn)行傳送，置位，清零，測(cè)試等操作，還能進(jìn)行位邏輯操作。隨著技術(shù)的發(fā)展，其運(yùn)行速度越來越快，晶振頻率可從以前的12MHz可提升到40MHz。I/O腳的設(shè)置簡單，使用方便。當(dāng)該腳做輸入使用時(shí)，將其置為高電平即可；當(dāng)該腳做輸出使用時(shí)，則高低電平均可。在51單片機(jī)系列中，隨著制造工藝的飛速發(fā)展，越來越多新型單片機(jī)出現(xiàn)。使單片機(jī)的運(yùn)行速度得到提升、并引入了雙數(shù)據(jù)指針及ISP功能。ISP功能實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程功能?？梢允∪ネㄓ玫木幊唐鳎瑔纹瑱C(jī)在用戶板上即可下載和燒錄用戶程序，無需將單片機(jī)從生產(chǎn)好的產(chǎn)品上取下。未定型的程序還可以邊生產(chǎn)邊完善，加快了產(chǎn)品的開發(fā)速度，減少了新產(chǎn)品因軟件缺陷帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

　　AVR單片機(jī)是Atmel公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。它取消機(jī)器周期以，時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行作業(yè)。A V R單片機(jī)指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執(zhí)行本指令功能，同時(shí)完成下一條指令的讀取。通常時(shí)鐘頻率用4～8MHz，故最短指令執(zhí)行時(shí)間為250～125ns。AVR系列沒有類似累加器A的結(jié)構(gòu)，它主要是通過R16～R31寄存器來實(shí)現(xiàn)A的功能。在AVR中，沒有像51系列的數(shù)據(jù)指針DPTR，而是由X（由R26、R27組成）、Y（由R28、R29組成）、Z（由R30、R31組成）三個(gè)16位的寄存器來完成數(shù)據(jù)指針的功能。在51系列中，所有的邏輯運(yùn)算都必須在A中進(jìn)行；而AVR卻可以在任兩個(gè)寄存器之間進(jìn)行，省去了不少麻煩，這些比51系列強(qiáng)。

　　PIC單片機(jī)系列是美國微芯公司（Micro-ship）的產(chǎn)品，是當(dāng)前市場(chǎng)份額增長最快的單片機(jī)之一。CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令（視單片機(jī)的級(jí)別而定），屬精簡指令集。采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快（指令周期約160～200ns），高效率運(yùn)行的原因之一是它能使程序存儲(chǔ)器的訪問和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問并行處理，這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個(gè)周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲(chǔ)器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個(gè)周期（個(gè)別除外）。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。PIC系列單片機(jī)共分三個(gè)級(jí)別，即基本級(jí)、中級(jí)、高級(jí)。其中又以中級(jí)的PIC16F873（A）、PIC16F877（A）用的最多。PIC系列單片機(jī)的I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補(bǔ)推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器，從而解決了51系列I/O腳為高電平時(shí)同為輸入和輸出的狀態(tài)。當(dāng)置位1時(shí)為輸入狀態(tài)，且不管該腳呈高電平或低電平， 對(duì)外均呈高阻狀態(tài)；置位0時(shí)為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力，低電平吸入電流達(dá)25mA，高電平輸出電流可達(dá)20mA。具有在線調(diào)試及編程（ISP）功能。隨著CMOS工藝的改進(jìn)和提高，閃速存儲(chǔ)器在不斷發(fā)展和完善，應(yīng)用越來越廣，容量越來越大，價(jià)格越來越低，閃存技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。最初的單片機(jī)，片內(nèi)只有并行輸入/輸出接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它們的功能較弱，實(shí)際應(yīng)用中往往需要通過特殊的接口擴(kuò)展功能，從而也增加了應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。