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文檔簡介
1、<p> 基于STC89C52最小系統(tǒng)的數(shù)字體溫計(jì)設(shè)計(jì)</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品,尤其是溫度傳感器種類日益繁多,數(shù)字溫度傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬
2、傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子體溫計(jì)、測(cè)溫儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的。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。它們內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能溫度
3、傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量,適配各種微控制器(MCU);并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的,其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。對(duì)某些智能溫度傳感器而言,單片機(jī)還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率(典型產(chǎn)品為MAX6654),分辨力及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間(典型產(chǎn)品為DS1624)。隨著時(shí)代的</p><p> 關(guān)鍵詞:52單片機(jī),DSI8B20,HS1602,體溫計(jì)</p&g
4、t;<p> THE DIGITAL THERMOMETERS DESIGN BASED ON STC89C52’S MINUIMUM SYSTEM</p><p><b> ABSTRACT</b></p><p> Modern information technology is based on the three information c
5、ollection (ie, sensor technology), information transfer (ICT) and information processing (computer technology). Sensor belongs to the forefront of cutting-edge information technology products, especially the increasingly
6、 diverse types of temperature sensors, digital temperature sensor is more suitable for a variety of microprocessor interface for the composition of the automatic temperature control system can overcome the analog se</
7、p><p> Keywords: 52 microcontroller; DSI8B20; HS1602; thermometer目 錄</p><p><b> 1引言1</b></p><p><b> 2總體設(shè)計(jì)方案3</b></p><p><b> 2.1方案論證3&
8、lt;/b></p><p> 2.1.1單片機(jī)系統(tǒng)3</p><p> 2.1.2電源模塊3</p><p> 2.1.3溫度傳感器3</p><p> 2.1.4顯示模塊4</p><p> 2.1.5確定方案4</p><p><b> 2.2總體設(shè)計(jì)
9、4</b></p><p><b> 3 硬件設(shè)計(jì)5</b></p><p> 3.1 單片機(jī)系統(tǒng)5</p><p> 3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)7</p><p> 3.1.2 復(fù)位電路8</p><p> 3.1.3 時(shí)鐘振蕩電路8</p><
10、;p> 3.1.4電源模塊9</p><p> 3.2溫度傳感器模塊9</p><p> 3.2.1 DS18B20原理9</p><p> 3.2.2 DS18B20電路連接13</p><p> 3.3 液晶顯示模塊13</p><p> 3.4串口通信模塊14</p>
11、<p><b> 4軟件設(shè)計(jì)16</b></p><p> 4.1 軟件流程16</p><p> 4.2 DS18B20模塊程序設(shè)計(jì)17</p><p> 4.2.1 程序流程錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p> 4.2.2 程序源碼錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p&
12、gt; 4.3 HS1602驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)17</p><p> 4.3.1 程序流程錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p> 4.3.2 程序源碼錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p> 4.5 RS-232-C串口通信模塊程序設(shè)計(jì)18</p><p> 4.5.1 單片機(jī)端通信程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。</p>&
13、lt;p> 5測(cè)試及結(jié)果分析19</p><p><b> 6結(jié) 語20</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b> 附 錄22</b></p><p><b> 1引言</b></p
14、><p> 體溫計(jì)是在溫度計(jì)的基礎(chǔ)上研制成功的。1714年,德國物理學(xué)家華倫海特,初期研制的體溫表是把盛著酒精的玻璃管放在冰雪和鹽的混合物里,看玻璃管內(nèi)酒精降到哪里,刻上一條線,然后把表含入口中,看酒精升到哪里,又刻上一條線。把這兩條線作為固定點(diǎn),再把兩條線之間分成0~96°。這就是初期的體溫計(jì)。后來,華海倫特把冰點(diǎn)定為32°,沸點(diǎn)為212°,發(fā)明了華氏溫標(biāo)。1742年又發(fā)明了0~10
15、0°的攝氏溫標(biāo),從此實(shí)現(xiàn)了體溫計(jì)的刻度標(biāo)準(zhǔn)化。1865年,英國的阿爾伯特發(fā)明了一種很有特色的體溫計(jì),特點(diǎn)是儲(chǔ)存水銀的細(xì)管里有一狹道,當(dāng)體溫計(jì)接觸人體后,水銀很快升到人體實(shí)際體溫處,取出后水銀柱不下降,而是在狹道處斷開,使狹道以上部分始終保持體溫度數(shù)。這種溫度計(jì)受到了臨床的歡迎和普及應(yīng)用。但是隨著科技的進(jìn)步,如今,又出現(xiàn)了多種類型的體溫計(jì)。</p><p><b> ?、匐娮邮襟w溫計(jì) </
16、b></p><p> 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,目前已經(jīng)出現(xiàn)很多類型的新式體溫計(jì)。電子式體溫計(jì)利用某些物質(zhì)的物理參數(shù)(如電阻、電壓、電流等)與環(huán)境溫度之間存在的確定關(guān)系,將體溫以數(shù)字的形式顯示出來,讀數(shù)清晰,攜帶方便。其不足之處在于示值準(zhǔn)確度受電子元件及電池供電狀況等因素影響,不如玻璃體溫計(jì)。 </p><p><b> ②耳溫體溫計(jì) </b></p>
17、;<p> 體溫計(jì)一般在腋下、口腔、直腸等處使用,在實(shí)際應(yīng)用中,人們普遍感覺不方便或不舒服。耳式體溫計(jì)是通過測(cè)量耳朵鼓膜的輻射亮度,非接觸地實(shí)現(xiàn)對(duì)人體溫度的測(cè)量。只需將探頭對(duì)準(zhǔn)內(nèi)耳道,按下測(cè)量鈕,僅有幾秒鐘就可得到測(cè)量數(shù)據(jù),非常適合急重病患者、老人、嬰幼兒等使用。 </p><p><b> ?、燮襟w溫計(jì)</b></p><p> 不斷發(fā)展的新技術(shù)
18、又帶來了一種非常奇特的體溫計(jì),可以叫片式體溫計(jì)或點(diǎn)陣式體溫計(jì)。這種體溫計(jì)只有名片大小,長6-7厘米、寬0.5厘米左右,上面布滿了一些附有數(shù)字的排列整齊的圓點(diǎn)。在進(jìn)行體溫測(cè)試后,某一數(shù)值以下的圓點(diǎn)會(huì)全都變暗,而其余圓點(diǎn)顏色不變,使用者即可根據(jù)上述變化確定體溫。這種溫度計(jì)價(jià)格不高,體積較小,便于攜帶和儲(chǔ)存,本身污染非常小,特別適用于醫(yī)療機(jī)構(gòu),可以一次性使用,避免交叉感染。 </p><p><b> ?、芗t
19、外體溫計(jì) </b></p><p> 紅外體溫計(jì)是通過接受紅外能量而設(shè)計(jì)的小儀器,其核心部件是一種叫紅外探測(cè)器的光電元件,它可以將人體的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)信號(hào),再經(jīng)過電子學(xué)放大和處理成體溫?cái)?shù)字顯示出來。通過探測(cè)鼓膜及周圍組織發(fā)射的紅外線熱量,再通過內(nèi)置微電腦晶片快速計(jì)算出準(zhǔn)確的體溫,并且顯示到小數(shù)點(diǎn)后一位,解決了傳統(tǒng)體溫計(jì)刻度難以辨認(rèn)的困擾。全新一秒體溫計(jì)能在一秒鐘內(nèi)掃描八次體
20、溫,并顯示出最高的一個(gè)溫度讀數(shù),更加確保了測(cè)量的準(zhǔn)確。 </p><p> 隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,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、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)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。</p><p> 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字
21、體溫計(jì),具有實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高,測(cè)量精度準(zhǔn)確、測(cè)量速度快,讀數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn),輸出溫度采用數(shù)字顯示,在設(shè)計(jì)中控制器使用STC89C52單片機(jī),溫度傳感器使用DS18B20,用HS1602液晶顯示器實(shí)現(xiàn)溫度顯示,用MAX232及串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送,用USB接口實(shí)現(xiàn)供電。</p><p><b> 2總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b> 2.1方案論證&
22、lt;/b></p><p> 2.1.1單片機(jī)系統(tǒng)</p><p> 目前比較流行51系列單片機(jī)和凌陽單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)需要用仿真器來實(shí)現(xiàn)軟硬件的調(diào)試,較為繁瑣;STC89C52八位單片機(jī)除具有AT89C51單片機(jī)所有的優(yōu)點(diǎn)外,具有更大的程序存儲(chǔ)空間,可在線仿真的功能,方便調(diào)試。因此,選用STC89C52八位單片機(jī)作為溫度計(jì)的主控部分。</p><
23、p><b> 2.1.2電源模塊</b></p><p> 采用普通的直流電源實(shí)現(xiàn)電路簡單,而且采用集成電源芯片設(shè)計(jì)的直流電源電壓比較穩(wěn)定,完全滿足系統(tǒng)各模塊的供電要求,但是普通直流電源體積比較大,變壓器的散熱對(duì)測(cè)溫精度也有影響,所以采用USB接口直接由電腦供電,完全滿足STC89C52和DS18B20等各模塊的工作電壓范圍。</p><p> 2.1.3
24、溫度傳感器</p><p> 采用專用的集成溫度傳感器(如AD590、LM35/LM45)和數(shù)字化溫度傳感器(DS18B20、DS1620)測(cè)溫,數(shù)字化溫度傳感器具有接口簡單、直接數(shù)字量輸出、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20是DALLAS公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器,它是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),它的測(cè)量溫度范圍為-55~+125℃,在
25、-10~+85℃范圍內(nèi),精度為±0.5℃,現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性,適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測(cè)量,如:環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等,DS18B20支持3~5.5V的電壓范圍,使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、更方便、更便宜、體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率,精度為±0.5℃,分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EPROM中,掉電后依然保存。因此,本方案
26、選用DS18B20作為溫度測(cè)量傳感器。</p><p><b> 2.1.4顯示模塊</b></p><p> 由于系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)測(cè)量體溫,要顯示的信息不僅可以是溫度值,還可以是簡單的圖形。所以采用HS1602液晶顯示模塊顯示測(cè)溫結(jié)果。</p><p><b> 2.1.5確定方案</b></p><
27、;p> 為了不失通用性和智能性,本方案采用STC89C52單片機(jī)作為控制器,單總線溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集。電源部分并沒有采用普通的直流電源而利用USB接口通過電腦供電,完全滿足STC89C52和DS18B20等各模塊的工作電壓范圍。并且顯示模塊使用HS1602液晶顯示器。</p><p><b> 2.2總體設(shè)計(jì)</b></p><p> 本
28、方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、溫度傳感器模塊、液晶顯示模塊、單片機(jī)復(fù)位電路、串口通信模塊和電源模塊組成,其總體架構(gòu)如圖2.1。</p><p> 圖2.1總體設(shè)計(jì)方框圖</p><p> Fig.2.1 Block diagram of the overall design </p><p><b> 3 硬件設(shè)計(jì)</b></p>
29、;<p><b> 3.1 單片機(jī)系統(tǒng)</b></p><p> 方案采用STC89C52單片機(jī)作為控制器,完成所有的控制功能,包括:溫度傳感器DS18B20的初始化和讀取溫度值、HS1602液晶模塊驅(qū)動(dòng)、溫度存儲(chǔ)及讀取、和PC機(jī)的串口通信。</p><p> STC89C52是一個(gè)低功耗,高性能CMOS 8位單片機(jī),具有如下特點(diǎn):40個(gè)引腳,4k
30、 Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)口,5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷,2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。</p><p><b> 1.主要特性:</b></p><p> ? 8031 CPU與MCS-51 兼容<
31、/p><p> ? 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命:1000寫/擦循環(huán))</p><p> ? 全靜態(tài)工作:0Hz-24KHz</p><p> ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定</p><p> ? 128*8位內(nèi)部RAM</p><p> ? 32條可編程I/O線</p><p>
32、? 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b> ? 6個(gè)中斷源</b></p><p><b> ? 可編程串行通道</b></p><p> ? 低功耗的閑置和掉電模式</p><p> ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p><b> 2.管
33、腳說明:</b></p><p><b> VCC:供電電壓。</b></p><p><b> GND:接地。</b></p><p> P0口:P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí),被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)
34、據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí),P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),P0輸出原碼,此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p> P1口:P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí),P1口作為第八位地址接收。</p
35、><p> P2口:P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個(gè)TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時(shí),其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時(shí),P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí),P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容
36、。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p> P3口:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。</p><p> P3.0 RXD(串行輸入口)</p><p&g
37、t; P3.1 TXD(串行輸出口)</p><p> P3.2 /INT0(外部中斷0)</p><p> P3.3 /INT1(外部中斷1)</p><p> P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入)</p><p> P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入)</p><p> P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選
38、通)</p><p> P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)</p><p> P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p> RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p> ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在
39、FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。</p><p> /PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p> /EA/VPP:當(dāng)/EA
40、保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí),/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時(shí),此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。</p><p> XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p> XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。<
41、/p><p> 3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p> 單片機(jī)最小系統(tǒng)應(yīng)用是指僅使用單片機(jī)內(nèi)部資源輔以必須的外圍電路所構(gòu)建的簡單的應(yīng)用系統(tǒng)。它包括兩方面的內(nèi)容:單片機(jī)的選擇和單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過單片機(jī)的選擇,最大限度滿足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)硬件資源的要求。最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)則是指單片機(jī)最基本的、最通常的外圍電路設(shè)計(jì)。任何一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)都是以最小應(yīng)用系統(tǒng)為基礎(chǔ),通過搭接外部功能模塊的方法實(shí)
42、現(xiàn)的。</p><p> 單片機(jī)最小系統(tǒng)的功能主要如下:</p><p> ?單片機(jī)能夠運(yùn)行用戶程序</p><p> ?用戶可以復(fù)位單片機(jī)</p><p> ?具有相對(duì)強(qiáng)大的外部擴(kuò)展功能</p><p> 圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖</p><p> Fig.3.1 Smal
43、lest Microcontroller system block diagram</p><p> 3.1.2 復(fù)位電路</p><p> 在單片機(jī)系統(tǒng)中,一般需要一個(gè)硬件復(fù)位電路,用于用戶的手動(dòng)復(fù)位。常用的復(fù)位電路由一個(gè)電阻、一個(gè)電容和一個(gè)按鈕組成,其原理圖如圖所示。在接通電源后,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位操作。在接通電源條件下,通過按鈕操作是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位時(shí)通過外部復(fù)位電容來
44、實(shí)現(xiàn)的,手動(dòng)復(fù)位通過單片機(jī)復(fù)位引腳經(jīng)電阻和電源接通而實(shí)現(xiàn)的。</p><p><b> 圖3.2 復(fù)位電路</b></p><p> Fig.3.2 Reset Circuit</p><p> 3.1.3 時(shí)鐘振蕩電路</p><p> 在單片機(jī)系統(tǒng)中,一般在單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2之間接一個(gè)晶振和兩個(gè)
45、電容,這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式,由于在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器,外接一個(gè)晶振后,構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。其電路圖如圖所示。 </p><p> 圖3.3 時(shí)鐘振蕩電路</p><p> Fig.3.3 Oscillation circuit</p><p><b> 3.1.4電源模塊</b></p>&
46、lt;p> 本方案采用USB口通過電腦直接供電,電路連接簡單易實(shí)現(xiàn)。</p><p><b> 圖3.4 電源電路</b></p><p> Fig.3.1 Power Modules</p><p> 3.2溫度傳感器模塊</p><p> 3.2.1 DS18B20原理</p><
47、p> DS18B20 采用3 腳TO-92 封裝或8 腳SOIC 封裝,管腳排列如圖3所示。圖中GND 為地,DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線),該腳為漏極開路輸出,常態(tài)下呈高電平,Vcc 是外部+5V 電源端,不用時(shí)應(yīng)接地,NC 為空腳。</p><p> 圖3.5 DS18B20的外部結(jié)構(gòu)</p><p> Fig.3.5 DS18B20 external struc
48、ture</p><p> DS18B20內(nèi)部主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 位激光ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器(內(nèi)含便箋式RAM),用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH 和TL 解發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)發(fā)生器等七部分,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.6。</p><p> 圖3.6 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p> F
49、ig.3.6 DS18B20 internal structure</p><p> 寄生電源由二極管VD1、VD2 和寄生電容C 組成,電源檢測(cè)電路用于判定供電方式,寄生電源供電時(shí),VDD 端接地,器件從單線總線上獲取電源,在DQ 線呈低電平時(shí),改由C上的電壓Vc繼續(xù)向器件供電。該寄生電源有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):第一,檢測(cè)遠(yuǎn)程溫度時(shí)無需本地電源;第二,缺少正常電源時(shí)也能讀ROM。若采用外部電源VDD,則通過VD2 向器件
50、供電。</p><p> 光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的,它可以看作是該DS18B20的地址序列碼,序列開始8位(28H)是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào),接著的48位是DS18B20自身的序列號(hào),最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同,這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。</p><p>
51、 DS18B20 測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。其內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)f0,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí),DS18B20 對(duì)f0 計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器,可對(duì)頻率的非線性予以被償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9 位(符號(hào)點(diǎn)1位),但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8 位,故以16 位編碼形式讀出,表3.1給出了溫度和數(shù)字量的關(guān)系。&
52、lt;/p><p> 表3.1 DS1820 溫度數(shù)字對(duì)應(yīng)關(guān)系表</p><p><b> Table 3.1</b></p><p> DS1820 digital temperature mapping table</p><p> DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可
53、電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié),前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息,第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位,第二個(gè)字節(jié)是溫度的高8位,第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝,第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝,這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新,第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算,第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié),如表3.2所示。</p><p> 表3.2
54、 DS18B20暫存器分布</p><p> 該字節(jié)各位的意義為TM R1 R0 1 1 1 1 1 ,低五位一直都是1 ,TM是測(cè)試模式位,用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式,在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0,用戶不用改動(dòng),R1和R0用來設(shè)置分辨率,DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位,分辨率設(shè)置如表3.3所示。 </p><p> 表3.3 分辨率設(shè)置表</p&
55、gt;<p> Table 3.3 resolution settings table</p><p> 根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,主機(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,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,DS18B20收到信號(hào)后等
56、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。ROM命令令和暫存器的命令如表3.4。</p><p> 表3.4 DS18B20暫存器的命令</p><p> 3.2.2 DS18B20電路連接</p><p> 由于DS18B20 工作在單總線方式,其硬件接口非常簡單,僅需利用系統(tǒng)的一條I/ O線與DS18B20
57、的數(shù)據(jù)總線相連即可,如圖3.7所示。</p><p> 圖3.7 DS18B20電路</p><p> Fig.3.7DS18B20 circuit</p><p> 3.3 液晶顯示模塊</p><p> HS1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口,其中VSS為地電源,VDD接5V正電源,V0為液晶顯示模塊對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱
58、,接地電源時(shí)對(duì)比度最高,可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器,低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW為讀寫信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫操作,當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。BLA和BLK為背光電源,BLA接5V正電源,BLK接G
59、ND。D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p> 用HS1602液晶顯示模塊顯示字符或字符串之前必須對(duì)其進(jìn)行初始化,HS1602液晶顯示模塊的初始化流程如下:</p><p> ?初始化過程(復(fù)位過程)</p><p><b> ?延時(shí)15ms</b></p><p> ?寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))<
60、/p><p><b> ?延時(shí)5ms</b></p><p> ?寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))</p><p><b> ?延時(shí)5ms</b></p><p> ?寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))</p><p> ?。ㄒ院竺看螌懼噶?、讀/寫數(shù)據(jù)之前均需檢測(cè)忙信號(hào))</
61、p><p> ?寫指令38H:顯示模式設(shè)置</p><p> ?寫指令38H:顯示關(guān)閉</p><p> ?寫指令01H:顯示清屏</p><p> ?寫指令06H:顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置</p><p> ?寫指令0CH:顯示開關(guān)及光標(biāo)位置</p><p> HS1602液晶顯示模塊可以和單
62、片機(jī)STC89C52直接接口,電路如圖3.8所示。</p><p> 圖3.8 STC89C52和HS1602液晶模塊連接電路</p><p> Fig.3.8 STC89C52 and HS1602 LCD modules circuit</p><p><b> 3.4串口通信模塊</b></p><p>
63、RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn),其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì),RS(recommended standard)代表推薦標(biāo)準(zhǔn),232是標(biāo)識(shí)號(hào),C代表RS232的最新一次修改,在這之前,有RS232B、RS232A,它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。RS-232C適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20000b/s范圍內(nèi)的通信。</
64、p><p> PC機(jī)常用DB-9連接器作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個(gè)串行接口的連接器,它只提供異步通信的9個(gè)信號(hào),9針串口功能見表3.9,并且對(duì)電纜長度也有要求: RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,若不使用MODEM,在碼元畸變小于4%的情況下,DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m(50英尺)??梢娺@個(gè)最大的距離是在碼元畸變小于4%的前提下給出的,為了保證碼元畸變小于4%的要求,接口標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)
65、定,驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載電容應(yīng)小于2500pF。 </p><p> 表3.5 9針串口功能一覽表</p><p> 本方案對(duì)RS-232-C接口采用3線制(RXD、TXD、GND)軟握手的零MODEM方式進(jìn)行單片機(jī)和PC之間的數(shù)據(jù)通信,即PC機(jī)和單片機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)線(TXD)與接收數(shù)據(jù)(RXD)交叉連接,二者的地線(GND)直接相連,其它信號(hào)線如握手信號(hào)線均不用,而采用軟件握手。但由于RS-
66、232-C的邏輯電對(duì)地是對(duì)稱的,與TTL、MOS 邏輯電平完全不同,邏輯0電平規(guī)定為+5~ +15V之間,邏輯1是電平為-5~ -15V之間,因此利用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,電路連接如圖3.9。</p><p> 圖3.9 RS-232-C通信連接電路</p><p> Fig.3.9 RS-232-C communication link circuit</p>
67、<p><b> 4軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 4.1 軟件流程</b></p><p> 按照硬件設(shè)計(jì)中的模塊劃分,軟件設(shè)計(jì)可以分為三部分:DS18B20模塊程序設(shè)計(jì)、HS1602驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)。主流程如圖4.1。</p><p> 圖4.1 數(shù)字體溫計(jì)主程序流程圖&l
68、t;/p><p> Fig.4.1 Digital thermometers main program flow chart</p><p> 4.2 DS18B20模塊程序設(shè)計(jì)</p><p> DS18B20模塊程序主要完成DS18B20的初始化和溫度的讀取操作。程序流程如圖4.2。</p><p> 圖4.2 DS18B20模塊程
69、序流程圖</p><p> Fig.4.2 DS18B20 module program flow chart</p><p> 4.3 HS1602驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)</p><p> HS1602液晶驅(qū)動(dòng)主要完成HS1602的初始化以及字符和字符串的顯示。流程如圖4.3。</p><p> 圖4.3 HS1602液晶驅(qū)動(dòng)程序流程圖<
70、;/p><p> Fig.4.3 HS1602 LCD driver flow chart</p><p> 4.5 RS-232-C串口通信模塊程序設(shè)計(jì)</p><p> STC89S52單片機(jī)串行口是全雙工串行通信口,有4 種工作方式:方式0作移位寄存器使用;方式1是波特率可變的8位UART;方式2是波特率固定為兩種的9位UART;方式3是波特率可變的9位UA
71、RT。在與PC機(jī)通信時(shí)我們選用方式1來循環(huán)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。程序流程如圖4.4。</p><p> 圖 4.4單片機(jī)串口通信程序流程圖</p><p><b> 5測(cè)試及結(jié)果分析</b></p><p><b> 6結(jié) 語</b></p><p> 經(jīng)過兩個(gè)多月的努力,《基于STC89C5
72、2單片機(jī)最小系統(tǒng)數(shù)字體溫計(jì)設(shè)計(jì)》 論文終于完成,在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中,出現(xiàn)過很多的難題,但都在老師和同學(xué)的幫助下順利解決了,在不斷的學(xué)習(xí)過程中我體會(huì)到:寫論文是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)的過程,從最初剛寫論文時(shí)對(duì)單片機(jī)的模糊認(rèn)識(shí)到最后能夠?qū)纹瑱C(jī)有深入的了解,我體會(huì)到實(shí)踐對(duì)于學(xué)習(xí)的重要性。以前只是聽說過單片機(jī)這個(gè)名詞,但并沒有深入的學(xué)習(xí),通過做這次的設(shè)計(jì),不僅讓我了解到了單片機(jī)的功能,并且培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度及實(shí)踐能力。雖然,我的設(shè)計(jì)還有不足之處,但是
73、看著自己繪制的電路圖,以及設(shè)計(jì)成品,心心中充滿了喜悅之情,因?yàn)樗Y(jié)了我一點(diǎn)一滴的心血。</p><p> 通過學(xué)年論文設(shè)計(jì),我深刻體會(huì)到要做好一個(gè)完整的論文及設(shè)計(jì)的理論功底、高深的學(xué)術(shù)造詣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和胸懷寬宏的高尚品質(zhì),讓我受益匪淺,終身難忘。希望這次的經(jīng)歷能在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p>&
74、lt;p> [1] 張洪潤等,《電子線路與電子技術(shù)》,北京,清華大學(xué)出版社,2005.</p><p> [2] 王松武等,《電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐》,北京,國防工業(yè)出版社,2005.</p><p> [3] 李建忠,《單片機(jī)原理及應(yīng)用》,西安,西安電子科技大學(xué)出版社,2002.</p><p> [4] 黃智偉等,《全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽訓(xùn)練教程》,北
75、京,電子工業(yè)出版社,2004.</p><p> [5] 樊昌信等.通信原理.北京,國防工業(yè)出版社,2001.</p><p> [6] STC89C52.PDF.</p><p> [7] DS18B20.PDF.</p><p> [8] HS1602.PDF.</p><p> [9] 何希才,新型集成
76、電路及應(yīng)用實(shí)例,北京,科學(xué)出版社,2002.</p><p> [10] 李朝青,《理及接口技術(shù)(簡明修訂版)》,杭州,北京航空航天大學(xué)出版社,1998.</p><p> [11] 常敏等,《51單片機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)與實(shí)踐》,北京,電子工業(yè)出版社,2009.</p><p> [12] 戴仙金,《51單片機(jī)及其C語言程序開發(fā)實(shí)例》,北京,清華大學(xué)出版社,200
77、8</p><p><b> 附 錄</b></p><p> 附錄1 總體完全電路圖</p><p> 附錄2 各模塊程序源碼</p><p> 1 DS18B20模塊程序源碼</p><p> uchar DataH;</p><p> uchar Dat
78、aL;</p><p> unsigned long Data;</p><p> void Delay (uchar us)</p><p><b> {</b></p><p> while (--us);</p><p><b> }</b></p&g
79、t;<p> bit init_18b20()</p><p><b> {</b></p><p> uchar n=0;</p><p> bit flag=0;</p><p><b> DQ=1;</b></p><p><b>
80、 _nop_();</b></p><p><b> DQ=0;</b></p><p> Delay(255);</p><p> Delay(20); </p><p><b> DQ=1;</b></p><p> Delay(55);<
81、/p><p> if(DQ==0) flag=1; </p><p> else flag=0; </p><p> Delay(100);</p><p><b> DQ=1;</b></p><p> return flag;</p&g
82、t;<p><b> }</b></p><p> void write1820_byte (uchar wr) </p><p><b> {</b></p><p><b> uchar i;</b></p><p> for (i=0
83、;i<8;i++)</p><p><b> {</b></p><p><b> DQ=0;</b></p><p><b> _nop_();</b></p><p> DQ=wr&0x01;</p><p> Delay(2
84、0);//45us</p><p><b> DQ=1;</b></p><p><b> wr>>=1;</b></p><p><b> } </b></p><p><b> }</b></p><p>
85、 uchar read1820_byte (void) </p><p><b> {</b></p><p> uchar i,u=0;</p><p> for(i=0;i<8;i++)</p><p><b> {</b></p><p>
86、;<b> DQ=0;</b></p><p><b> u>>=1;</b></p><p><b> DQ=1;</b></p><p><b> if(DQ==1)</b></p><p> u|=0x80; &l
87、t;/p><p> Delay(18);//40us</p><p><b> }</b></p><p> return(u); </p><p><b> }</b></p><p> void DataCoding(unsigned char ddH ,
88、unsigned char ddL)</p><p><b> {</b></p><p> Data = ddH * 256 + ddL;</p><p> Data = Data * 625;</p><p><b> }</b></p><p> void G
89、et_temperarue(void)</p><p><b> {</b></p><p> if (init_18b20 ())</p><p><b> {</b></p><p> write1820_byte (0xcc); //skip rom</p>&
90、lt;p> write1820_byte (0x44); //temp convert</p><p><b> }</b></p><p> Delay(35);</p><p> if (init_18b20 ())</p><p> { </p>&l
91、t;p> write1820_byte (0xcc); //skip rom</p><p> write1820_byte (0xbe); //read temp</p><p> DataL = read1820_byte();</p><p> DataH = (read1820_byte()&0x0f);
92、</p><p> DataCoding( DataH, DataL );</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> 2 HS1602液晶模塊程序源碼</p><p><b> //液晶初始化</
93、b></p><p> void lcd_init(void)</p><p><b> {</b></p><p> delay_nms(15);</p><p> lcd_write_command(0x38,0);//顯示模式設(shè)置三次(此時(shí)不管lcd空閑與否)</p><p>
94、 delay_nms(5);</p><p> lcd_write_command(0x38,0);</p><p> delay_nms(5);</p><p> lcd_write_command(0x38,0);</p><p> delay_nms(5);</p><p> lcd_write_co
95、mmand(0x38,1);//顯示模式設(shè)置(從此之后均需lcd空閑)</p><p> lcd_write_command(0x08,1);//顯示關(guān)閉</p><p> lcd_write_command(0x01,1);//顯示清屏</p><p> lcd_write_command(0x06,1);//顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置</p><
96、p> lcd_write_command(0x0c,1);//顯示開及光標(biāo)設(shè)置</p><p><b> }</b></p><p> //寫指令函數(shù): E=高脈沖 RS=0 RW=0</p><p> // command為指令,wait_en指定是否要檢測(cè)LCD忙信號(hào)</p><p> void lc
97、d_write_command(unsigned char command,unsigned char wait_en) </p><p><b> {</b></p><p> uchar xdata *dig;</p><p> if(wait_en)wait_enable(); //若wait_en為1,則要檢測(cè)LCD忙信號(hào),等待
98、其空閑</p><p> dig=&DIGPORT;</p><p> *dig=command;</p><p><b> }</b></p><p> //寫數(shù)據(jù)函數(shù): E =高脈沖 RS=1 RW=0</p><p> void lcd_write_data(unsigne
99、d char char_data)</p><p><b> {</b></p><p> uchar xdata *dig;</p><p> dig=&DIGPORT1;</p><p> wait_enable(); //等待LCD空閑</p><p> *dig=cha
100、r_data;</p><p><b> }</b></p><p> //正常讀寫操作之前必須檢測(cè)LCD控制器狀態(tài)</p><p> //E=1 RS=0 RW=1;DB7: 0 LCD控制器空閑,1 LCD控制器忙。</p><p> //檢測(cè)忙信號(hào),等待LCD空閑函數(shù)</p><p>
101、; void wait_enable(void)</p><p><b> {</b></p><p> lcd_RS=0;//RS=0</p><p> lcd_RW=1;//RW=1</p><p><b> _nop_();</b></p><p> RD=
102、0;//E=1</p><p><b> lcd_E=1;</b></p><p> while(busy);//等待LCD_DB7為0</p><p> RD=1;//E=0</p><p><b> lcd_E=0;</b></p><p><b>
103、}</b></p><p> //指定位置顯示一個(gè)字符:第一行位置0~15,第二行16~31</p><p> //顯示一個(gè)字符函數(shù)</p><p> //參數(shù)position指定位置0~31,char_data為要顯示的字符</p><p> void display_a_char(unsigned char posit
104、ion,unsigned char char_data) </p><p><b> {</b></p><p> unsigned char position_tem;</p><p> if(position>=0x10)</p><p> position_tem=position+0xb0;<
105、/p><p><b> else</b></p><p> position_tem=position+0x80;</p><p> lcd_write_command(position_tem,1);</p><p> lcd_write_data(char_data);</p><p>&
106、lt;b> }</b></p><p> void display_a_string(unsigned char col,unsigned char *ptr) </p><p><b> {</b></p><p> unsigned char col_tem,i;</p><p> col
107、_tem=col<<4;</p><p> for(i=0;i<16;i++)</p><p> display_a_char(col_tem++,*(ptr+i));</p><p><b> }</b></p><p> 3 單片機(jī)串口通信程序源碼</p><p>
108、 void Rs232_int(void)</p><p><b> {</b></p><p> SCON = 0x50;</p><p> TMOD = 0x20;</p><p> TH1 = 0xFD;</p><p> TL1 = 0xFD;</p&g
109、t;<p> TR1 = 1; </p><p><b> }</b></p><p> void sent_data(unsigned char Dat)</p><p><b> {</b></p><p> SBUF=Dat;//sent_da
110、ta:mov sbuf,a</p><p> while(!TI);//jnb ti,$</p><p> TI=0;//clr ti</p><p><b> }</b></p><p> sent_data(0x7e);</p><p> sent_da
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