基于單片機的智能溫度傳感器的畢業(yè)設(shè)計(已修改)

　

【正文】 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文基于單片機的智能溫度傳感器的畢業(yè)設(shè)計我國是一個農(nóng)業(yè)大國，糧食是一個國家生存的根本，為了防備戰(zhàn)爭、災(zāi)害及各種突發(fā)事件的發(fā)生，糧食的安全儲藏具有重要的意義。目前，我國各地區(qū)的各種大型糧庫都還存在著程度不同的糧食儲存變質(zhì)問題，而影響糧食儲藏的主要參數(shù)又是溫度。根據(jù)國家糧食保護(hù)法規(guī)定，必須定期抽樣檢查糧庫各點的糧食溫度，以便及時采取相應(yīng)的措施，防止糧食的變質(zhì)。過去糧食溫度的檢測是靠人工手測進(jìn)行，不但測試速度慢、測試精度低，而且人員勞動強度非常大。隨著計算機和信息技術(shù)的發(fā)展，計算機測量系統(tǒng)越來越多的場合得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的人工查看糧溫的方法，已逐步被電子檢溫設(shè)備所取代，小的儲糧設(shè)備一般采用小型測溫儀檢測糧溫，大中型儲糧設(shè)備已逐步配備微機測溫系統(tǒng)。前一種方式多數(shù)采用由撥動手動開關(guān)逐點查看糧溫的方法，有些也采用自動巡檢方式并配備小型打印機記錄糧溫數(shù)據(jù)。后一種方式則可在微機機房監(jiān)測糧溫情況，并能利用微機對糧溫數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比。保證糧庫中儲藏糧食的安全，一個十分重要的條件就是要求糧食儲藏溫度保持在18℃~20℃之間。對于出現(xiàn)不正常升溫或降溫，要求能夠迅速的測量并且報警使工作人員可以馬上采取措施降溫或升溫。本設(shè)計采用的DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的智能溫度傳感器。可以通過程序設(shè)定9~12位的分辨率，測量溫度范圍為55℃~+125℃，在10℃~+85℃℃ ，DS18B20支持“一線總線”接口，用一根線對信號進(jìn)行雙向傳輸，具有接口簡單容易擴展等優(yōu)點，適用于單主機、多從機構(gòu)成的系統(tǒng)。DS18B20測量的現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合各種惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。DS18B20支持3V~ 。分辨率、報警溫度可設(shè)定存儲在DS18B20的E2PROM中，掉電后依然保存。 設(shè)計內(nèi)容（1）一線總線制單片機中的應(yīng)用。 （2）點陣式液晶顯示器的使用。 （3） 高級語言對單片機編程技術(shù)。 設(shè)計要求（1）檢測8個溫度點數(shù)。（2）（3）體積在200*100毫米。（4）數(shù)據(jù)傳輸約一公里左右。（5）采用LCD顯示。 關(guān)于一線總線DS18B20的簡介DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠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)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20是美國DALLAS公司繼DS1820之后推出的增強型單總線數(shù)字溫度傳感器。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。它采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號位）。獨特的單線接口方式：微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：~；測溫范圍：55~+125℃，在10~+85℃時精度為177。℃；可編程的分辨率為9~12位， ℃、 ℃、 ℃℃；內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM；12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字；適合于各種單片機或系統(tǒng)機；在使用中不需要任何外圍元件；支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的線上，實現(xiàn)多點測溫；用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限；內(nèi)含寄生電源；負(fù)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的外形及引腳說明,其體積只有DS1820的一半，引腳定義相同。 圖11 DS1B20外形 圖12 DS18B20引腳結(jié)構(gòu)圖圖13 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們成功地將DS18B20應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，其測溫系統(tǒng)簡單，測溫精度高，連接方便，占用口線少，轉(zhuǎn)換速度快，與微處理器的接口簡單，給硬件設(shè)計工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本，縮短開發(fā)周期。 DS18B20的特點（1）獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（2）在使用中不需要任何外圍元件。（3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：  V。（4）測溫范圍：55 125 ℃。 ℃。（5）通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。（7）支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。　 （8）負(fù)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。 單片機簡介單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。　　可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成（如圖1所示）。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。　　顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。　　各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件。單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 ：；；；；。　　目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。　　因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 53 第二章 總體設(shè)計方案這次設(shè)計主要由硬件電路和軟件電路兩部分組成。其中軟件主要用KEIL C語言編寫的，而硬件電路主要有模擬和數(shù)字兩部分組成。從功能模塊上來分有：鍵盤控制系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電壓監(jiān)視電路、串行通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、存儲和液晶顯示系統(tǒng)。圖21硬件結(jié)構(gòu) AT89C52的選擇AT89C52采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。片內(nèi)的Flash存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失存儲器編程器來編程。它是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。因此我選擇AT89C52。主機選用89系列單片機AT89C52來實現(xiàn)，他提供了8K字節(jié)FLASH閃存，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。可達(dá)到運算速度快，控制功能完善。不需要外擴展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單、實用。 keil c的選擇 學(xué)習(xí)單片機實在不是件易事，一來要購買高價格的編程器，仿真器，二來要學(xué)習(xí)編程語言，還有眾多種類的單片機選擇真是件讓人頭痛的事。在眾多單片機中 51 架構(gòu)的芯片風(fēng)行很久，學(xué)習(xí)資料也相對很多，是初學(xué)的較好的選擇之一。51 的編程語言常用的有二種，一種是匯編語言，一種是 C 語言。匯編語言的機器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強，復(fù)雜一點的程序就更是難讀懂，而 C 語言在大多數(shù)情況下其機器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過匯編語言，而且 C 語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時效性的代碼編寫問題。對于開發(fā)周期來說，中大型的軟件編寫用 C 語言的開發(fā)周期通常要小于匯編語言很多。綜合以上 C 語言的優(yōu)點，我在學(xué)習(xí)時選擇了 C 語言。 第三章 89C51最小系統(tǒng) MCS51系統(tǒng)擴展概述MCS51單片機內(nèi)集成了各種存儲器和I/O功能部件，但有時根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能需求，片內(nèi)的資源還不能滿足需要，還需要外擴存儲器和I/O功能部件（也稱I/O接口部件），這就是通常所說的MCS51單片機的系統(tǒng)擴展問題。MCS51系統(tǒng)擴展的內(nèi)容主要有外部存儲器的擴展（外部存儲器又分為外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器）和I/O接口部件的擴展。MCS51擴展結(jié)構(gòu)如圖31所示。MCS51I/O接口I/O接口程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器I/O設(shè)備I/O設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線圖31 MCS51擴展結(jié)構(gòu)由圖31可以看出：系統(tǒng)擴展是以MCS51單片機為核心進(jìn)行的。擴展內(nèi)容包括擴展程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、I/O接口部件及I/O設(shè)備等。MCS51單片機外部存儲器結(jié)構(gòu)，采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲器的空間和數(shù)據(jù)存儲器的空間是截然分開的。還有一種外部存儲器的結(jié)構(gòu)，它是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個空間的結(jié)構(gòu)：普林斯頓結(jié)構(gòu)。例如，MCS96單片機的存儲器結(jié)構(gòu)就是采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。MCS51單片機數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的最大擴展空間各為64KB，擴展后，系統(tǒng)形成了2個并行的64KB外部存儲器空間。由圖可以看出，擴展是通過系統(tǒng)總線進(jìn)行的，通過總線把MCS51單片機與各擴展部分連接起來，并進(jìn)行數(shù)據(jù)、地址和控制信號的傳送。因此，要進(jìn)行系統(tǒng)擴展首先要構(gòu)造系統(tǒng)總線。 程序存儲器EPROM的擴展程序存儲器一般采用只讀存儲器，因為這種存儲器在電源關(guān)斷后，仍能保存程序（此特性稱為非易失性的），在系統(tǒng)上電后，CPU可取出這些指令予以重新執(zhí)行。只讀存儲器簡稱為ROM。ROM中的信息一但寫入之后，就不能隨意更改，特別是不能在程序運行的過程中寫入新的內(nèi)容，故稱之為只讀存儲器。向ROM中寫入信息叫做ROM編程。根據(jù)編程的方式不同，ROM分為以下幾種：（1） 掩模ROM掩模ROM是在制造過程中編程。因編程是以掩模工藝實現(xiàn)的，因此稱為掩模ROM。這種芯片存儲結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，但由于掩模工藝成本較高，因此只適合于大批量生產(chǎn)。在批量大的生產(chǎn)中，一次性掩模生產(chǎn)成本才是很低的。（2） EPROMPROM（可編程只讀存儲器）芯片出廠時并沒有任何程序信息，是由用戶用獨產(chǎn)的編程器寫入的。但PROM只能寫入一次，寫入內(nèi)容后，就不能再進(jìn)行修改。（3） EPROMEPROM是用電信號編程，用紫外線擦除的只讀存儲器芯片。（4） EEPROM這是一種用電信號編程，也用電信號擦除的ROM芯片，對EEPROM的讀寫操作與RAM存儲器幾乎沒有什么差別，只是寫入的速度慢一些。但斷電后能夠保存信息。（5） Flash ROMFlash ROM又稱閃爍存儲器，簡稱閃存。 常用EPROM芯片介紹程序存儲器的擴展可根據(jù)需要來使用上述的各種只讀存儲器的芯片,但使用比較多的是EPROM、EPROM，下面首先對常用的EPROM芯片進(jìn)行介紹。EPROM的典型芯片是27系列產(chǎn)品，例如，2716（2KB8）、2732（4KB8）、2764（8KB8）、27128（16KB8）、27256（32KB8）、27512（64KB8），型號名稱“27”后面的數(shù)字表示其位存儲容量。如果換算成字節(jié)容量，只需將該數(shù)字除以8即可。例如，“27128”中的“27”后面的數(shù)字為“128”，128247。8=16KB。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，大容量存儲器芯片的產(chǎn)量劇增，售價不斷下降。大容量存儲器芯片的性價比明顯增高，而且由于有些廠家己停止生產(chǎn)小容量的芯片，使市場上某些小容量芯片的價格反而比大容量芯片還貴。所以，在擴展程序存儲器設(shè)計時，應(yīng)盡量采用大容量的芯片。這樣，不僅可以使電路板的體積縮小，成本降低，還可以降低整機功耗和減小控制邏輯電路，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。．EPROM芯片的工作方式EPROM一般都有5種工作方式，由CE、OE、PGM各信號的狀態(tài)組合來確定。5種工作方式如表所示：表31 EPROM芯片的工作方式引腳信號方式CE/PGMOEVppD7～D0讀出低低+5V程序讀出未選中高+5V高阻編程正脈沖高+25V（或+12V）程序?qū)懭氤绦蛐ｒ灥偷?25V（或+12V）程序讀出編程禁止低高+25V（或+12V）高阻(1)讀出方式一般情況下，EPROM工作在這種方式。 工作在此種方式的條件是使片選控制線CE為低，同時讓輸出允許控制線OE為Vpp端為+5V，就可將EPROM中的指定地址單元的內(nèi)容從數(shù)據(jù)引腳D7～D0上讀出。(2)未先中方式當(dāng)片選控制線C