畢業論文基于單片機的數字溫度監測系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 RTEX、 DSP 處理器。 支持通用外設模型：如字符 LCD模塊、圖形 LCD模塊、 LED點陣、 LED七段顯示模塊、鍵盤 /按鍵、直流 /步進 /伺服電機、 RS232虛擬終端、電子廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 7 溫度計等等，其 COMPIM（ COM 口物理接口模型）還可以使仿真電路通過 PC機串口和外部電路實現雙向異步串行通信。 實時 仿真 ： 支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中斷仿真、 SPI/I2C 仿真、MSSP 仿真、 PSP 仿真、 RTC 仿真、 ADC 仿真、 CCP/ECCP 仿真。 編譯及調試：支持單片機匯編語言的編輯 /編譯 /源碼級仿真，內帶805 AVR、 PIC 的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環境（如 IAR、Keil 和 Hitech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試。 4. 實用的 PCB 設計平臺 原理圖到 PCB 的快速通道： 原理圖設計完成后，一鍵便可進入 ARES的 PCB 設計環境，實現從概念到產品的完整設計。 先 進的自動布局 /布線功能 ： 支持器件的自動 /人工布局；支持無網格自動布線或人工布線；支持引腳交換 /門交換功能使 PCB 設計更為合理。 完整的 PCB 設計功能 ： 最多可設計 16個銅箔層， 2個絲印層， 4個機械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設置，自動設計規則檢查， 3D 可視化預覽。 多種輸出格式的支持 ： 可以輸出多種格式文件，包括 Gerber 文件的導入或導出，便利與其它 PCB 設計工具的互轉（如 protel）和 PCB 板的設計和加工。 Keil 軟件 Keil軟件是目前最流行開發 MCS51系列單片機的軟 件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil即可看出。 Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（ uVision）將這些部份組合在一起。運行 Keil軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、 WIN9 NT、 WIN20xx、 WINXP 等操作系統。掌握這一軟件的使用對于使用 51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用 C 語言編程，那么 Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內你只能買 到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。 Keil C51是美國 Keil Software 公司出品的 51系列兼容單片機 C 語言軟件開發系統， Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢 。安裝 MDK 組件 后，可以用于 ARM 開發 。 廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 8 第四章 詳細設計 詳細設計包括硬件設計和軟件設計。 硬件設計 硬件設計主要包括溫度采集電路設計、顯示電路設計、單片機基礎電路設計、 USB 通信模塊四個部分。 溫度采集電路 溫度芯片 DS18820 是 Dallas 公司生產的一線式數字典度傳感器，具有 3 引腳 TO92 小體積 封裝形式 和 16PIN SSOP 超微型貼片封裝 。測溫分辨率可達℃，被測溫度用符號擴展的 16 位數字量方式串行輸出。測量溫度范圍為55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃范 同內，精度為 +℃。其工作電源既可在遠端引入，也可以采用寄生電源力方式產生。 CPU 只需一根端端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。由于每一個 DS18B20 都有唯一系列號，因此多個 DS18820 可以存在同一條單總線上。 圖 41 DS18B20 引腳圖 DS18B20 有兩種供電模式：寄生 供電 和外部 供電 。在寄生電源模式工作時，會在 I/O 口或 VDD 引腳處于高電平時“偷”能量。當有特定的時間和電壓 需求時， I/O 要提供足夠的能量。寄生供電有兩個好處： 進行 遠距離測溫時，無需本地電源； 可以在沒有常規電源的條件下讀 ROM。要 DS18B20 能夠進行精廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 9 確的溫度轉換， I/O 口必須在轉換期間保證電壓。 DS18B20 的工作電流達到 1mA,以至于僅靠 ，當要接多個 DS18B20時更不可能。 第二種是外部供電 ，從 VDD 引腳接入一個外部電源。這樣做的好處是 I/O線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉換轉換期間總是保持高電平。這樣在轉換新時期可以允許在單總線上進行其他數據往來。 同時，在單總線上可以掛任意多片 DS18B20。但要注意加上外部電源時， GND 引腳不能懸空。 本系統采用外部供電模式。 顯示電路 本系統采用四位共陽極 LED 數碼管來作為顯示設備 。 利用單片機的 P0 口與 P2 口的部分引腳構成了 4 位 LED 數碼管驅動電路。LED 數碼管采用共陽型，使用 4 只 PN8550 PNP 型三極管作為片選端的驅動。PN8550 的發射極 E 接上 +5V 電源，基極 B 接上 P0 相應的 I/O 口，集電極 C 接上 LED 數碼管的各位公共端。當 ~ 中某個口輸出低電平時 ,電流就注入對應位的公共端 ,LED 數碼管被點亮。 由于 P0 口沒有內置上拉電阻，所以在輸出時外掛上一個 10K 的上拉排阻，同時，為了保護 P0 口給每個 P0 口接上一個 1K 的限流電阻，以保護 P0 口不會被燒壞。 DS18B20 GND VCC VCC I/O 圖 43 外部供電 DS18B20 GND VDD VCC I/O 圖 42 寄生供電 廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 10 圖 44 顯示部分電路圖 單片機基礎電路 單片機的基礎電路包括復位電路和晶振電路 .電路如下 : 圖 45 基礎電路 本系統使用 的石英晶振，目的是為了在與 PC 進行通信時方便波特率的計算與設置。從而較方便地完成通信。 廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 11 USB 通信模塊 PC 機具有強大的監控和管理能力，而單片機則具有快速及靈活的控制特點，通過 PC 機的 RS232 串口技術與外部設備進行通信，是許多測控系統中常用的一種通信解決方案。而隨著 USB 接口技術的成熟和使用的普及，由于 USB 接口有著一系列串口無法比擬的優點， USB 接口正在逐步取代 RS232 串口，成為外設接口的主流 ?，F在大多數的筆記本電腦和部分新型臺式機主板出于各種原因， RS232串口已經不再設置。這都約束了 RS232 串口與 PC 聯機的單片機設備和使用。所以本系統使用 USB 接口來通信，從而達到即插即用的特點。 現在在市場上能找到的一些簡易 USB 通信模塊都是使用虛擬串口技術來實現通信。該技術最大的特點 就是在 PC 虛擬出一個 COM 口，其 COM 口擁有自己的串口號，邏輯上與接上 USB 通信模塊的 USB 口相聯，從而達到通信的目的。這種方法最大的優點就是兼容性強，能方便地把 RS232 串口升級成 USB 口通信，但不需要更改原有的通信協議，唯一的不足就是要安裝上對應的驅動才能使用 USB通信模塊。 本系統使用 PL2303HX 來作為 USB 通信模塊。 PL2303HX 采用 28腳貼片 SOIC封裝，工作頻率為 12MHZ， 全速兼容 USB ，可以直接將 USB信號轉換成串口信號，波特率從 75～ 1228800，有 22 種波特率可以 選擇， 通信波特率高達 6Mb/s， 并支持 16 共 5 種數據比特位 ,可調節的 3～ 5V輸出電壓 等性能。 接口電路如下： 圖 46 PL2303接口電路圖 由于 USB 通信芯片十分小，都要是采用超微型貼片封裝，如果是自己動手焊接具有很高的難度，極容易損壞芯片及其他元件。出于這些考慮，決定直接購廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 12 買市面上已經做好完速通信模塊來使用，從而降低風險及制作難度。 模塊如下： 圖 47 USB通信模塊 USB 轉串口使用時僅需三個引腳，分別是 GND,TXD,RXD。 GND 接單片機的 GND，TXD 接單片機的 RXD 即 P3^0， RXD 接單片機的 TXD即 P3^1。同時，該模塊還提供有 5V 和 供電，可以方便地為系統提供電源，也能為日后的擴展提供便利。 使用前需要安裝 PL2303 所配套的驅動程序才能正常地使用該模塊。 安裝成功后如下圖： 圖 48 驅動成功安裝后虛擬出的串 口 COM6就是 PL2303驅動程序虛擬出來的串口，該串口如普通串口一樣地使用。 以上介紹的是本系統的幾個重要組成部分，這幾個部分共同組成了本系統的主體。 廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 13 軟件設計 軟件設計主要分成兩個部分：下位機軟件和上位機軟件。下位機軟件由 C語 言來編寫，通過 C51 編譯器編譯成 HEX 文件，再由編程器把程序文件燒入AT89S52 芯片當中。上位機軟件由 來編寫，運行在 PC 機系統當中，用于接收和處理單片機發送過來的數據 ，并且發送控制信號控制單片機的工作。 下位機程序設計 下位機程序主要包括 DS18B20 初始化及數據處理、通信端口初始化、 LED顯示、收發數據。這四個部分共同構成下位機程序。 DS18B20 初始化及數據處理 DS18B20 采用單一總線型設計，外部電路十分簡潔，繪制作電路板時提供了不小的便利。但同時，簡潔 的外部電路需要用到比較復雜的軟件程序來控制，從而使它正常穩定地工件。 在對 DS18B20 進行讀 /寫編程時，必須嚴格保證讀 /寫時序，否則將無法讀取測溫結果，根據 DS18B20 通信協議，單片機控制 DS18B20 完成溫度轉換必須以下步驟進行： 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。 復位要求單片機將數據線下拉 480μ s960μ s,然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 1660μ s,然后發出 60240μ s的存在低 脈沖 ，單片機收到此信號表示復位成功。 圖 49 DS18B20初始化 復位代碼如下： 廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 14 圖 410 復位代碼段 完成復位后， DS18B20 進入了等待接收 ROM 操作命令或 RAM操作指令。 所有ROM 操作命令均為 8位長。 本系統使用到的 ROM 操作指令和 RAM操作指令有： 1. Skip ROM( 跳過 ROM )[CCh] 在單點總線系統中，此命令通過允許總線主機不提供 64 位 ROM 編碼而訪問存儲器操作來節省時間。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在 Skip ROM 命令之后發出讀命令，那么由于多個從片同時發送 數據，會在總線上發生數據沖突（漏極開路下拉會產生線與的效果）。 2. Read Scratchpad（讀暫存存儲器） [BEh] 這個命令讀取暫存器的內容。讀取將從字節 0開始，一直進行下去，直到第9（字節 8， CRC）字節讀完。如果不想讀完所有字節，控制器可以在任何時間發出復位命令來中止讀取。 3. Convert T（溫度變換） [44h] 這條命令啟動一次溫度轉換而無需其他數據。溫度轉換命令被執行，而后DS18B20 保持等待狀態。如果總線控制器在這條命令之后跟著發出讀時間隙，而 DS18B20 又忙于做時間轉換的話， DS18B20 將在總線上輸出 “0” ，若溫度轉換完成，則輸出 “1” 。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發出這條命令后立即起動強上拉，并保持 500ms。 向 DS18B20 寫入操作命令時，涉及到了寫 1操作；講習取測溫數據時，涉及廣州工程技術職業學院 20xx 屆畢業設計（論文） 15 讀 1 操作。程序如下： 圖 411 讀數據和寫命令代碼段 單片機無論是發送操作命令還是接收數據，都是數據都是二進制的形式，所以需要一位位地讀，一位位地寫。 圖 412 發送命令及讀取溫度代碼段 采用 12位分辨率進行 A/D轉換時，最少需要 750ms 的等待時間 ,才能完成一次轉換。 當溫度轉換 命令發布后，經轉換所得的溫度值以二字節補碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0 和第 1個字節。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位