1、temperature measure；digital thermometer；single chip processor目录摘要2Abstract31绪论52整体方案设计 2.1 STC89C51单片机基础 2.2 DS18B20的基本性质63智能温度检测系统的硬件设计83.1 LED电路3.2 STC89C51单片机电路93.3 DS18B20电路124智能温度检测系统的软件设计15 4.1 系统软件设计流程图 4.2 智能温度检测系统的源程序代码17 4.3 只能温度检测系统的原理图245系统硬件仿真 5.1 硬件仿真的介绍 5.2仿真结果现象描述256总结 26参考文献271 绪论在工
2、、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。消防电气的非破坏性温度检测，电力电讯设备 之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。 温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影
3、响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。温度传感器应用范围广泛、使用数量少，方便测量。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。2整体方案设计2.1
4、STC89C51单片机基础 （1）增强型1T 流水线/精简指令集结构8051 CPU （2）工作电压：3.4V-5.5V （5V单片机）/ 2.0V-3.8V （3V 单片机（3）工作频率范围：0 -35 MHz，相当于普通8051 的0420MHz.实际工作频率可达48MHz.（4）用户应用程序空间12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K字节（5）片上集成512 字节RAM（6）通用I/O 口（27/23个），复位后为：准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O 口驱动能力均可达到2
5、0mA，但整个芯片最大不得超过55mA（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片（8）EEPROM 功能（9）看门狗（10）内部集成MAX810 专用复位电路（外部晶体20M 以下时，可省外部复位电路）（11）时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部R/C 振荡器。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟。常温下内部R/C 振荡器频率为：5.2MHz 6.8MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，因为有温漂，请选4MHz 8MHz（12）有2个16 位定时器/ 计数器（1
6、3）外部中断2 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒（14）PWM（ 4 路）/ P C A（可编程计数器阵列），也可用来再实现4个定时器或4个外部中断（上升沿中断/ 下降沿中断均可支持）（15）STC89Cc516AD具有ADC功能。10 位精度ADC，共8 路（16）通用异步串行口（UART）（17）SPI同步通信口，主模式/ 从模式（18）工作温度范围：0 -75/ -40 -+85（19）封装：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20（超小封状，定货）2.2 DS18B20的基本
7、性质1、 DS18B20性能特点 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）测温范围为-55-+125，测量分辨率为0.0625内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，适配各种单片机或系统机，用户可分别设定各路温度的上、下限，内含寄生电源。 2、 DS18B20内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图1所示。 64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号
8、。不同的器件地址序列号不同。 图1 DS18B20引脚分布图 8位产品系列号 48位产品序号 8位CRC编码 DS18B20高速暂存器共9个存存单元0 温度低字节 以16位补码形式存放 4、5 保留字节1、2 1 温度高字节 6 计数器余值 2 TH/用户字节1 存放温度上限 7 计数器/ 3 HL/用户字节2 存放温度下限 8 CRC 以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个高低两个8位的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为
9、1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625才能得到实际温度。 高8位 S S S S S 26 25 24 低8位 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 3、DS18B20控制方法 在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻。 DS18B20有六条控制命令，44H 启动DS18B20进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器
10、的TH、TL字节 复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号CPU 5、CPU对DS18B20的访问流程先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20
11、进行预定的操作。 6、系统组成 由DS18B20构成的智能温度测量装置由三部分组成：DS18B20温度传感器、89C2051、显示模块。产品的主要技术指标：测量范围：-55-+125，测量精度：0.5，反应时间500ms。3 智能温度检测系统的硬件设计3.1 LED电路在电子技术中，由LED数码管显示09的数是常用的显示技术。数码管显示时，可用LCD（液晶），也可用LED数码管显示09的数。这里利用PIC16F84A单片机控制的数码管LED显示电路，如下图所示。下图是4位LED数码管显示电路，也可以扩展成更多的位或减少到一位数的显示。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而
12、显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,
13、d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示
14、数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.2 STC89C51单片机电路 一、ISP与IAP编程方式 STC89C系列单片机芯片内置了ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）功能，无需专用编程器即可通过串口（P3.0/P3.1）用STC提供的STC-ISP.exe软件进行烧录。新出厂的STC89C51系列单片机芯片，已经设置为单片机彻底放电后再复位，即会先进行ISP监控。当单片机检测到P3.0/RxD引脚有合法的下载命令流时，就会先将用户程序下载并烧录到用户程序区，再运行用户程序，否则软复位到用户程序区，运行用户程序。在进行ISP烧
15、录时，可以选择下次冷启动时是依旧先进行ISP监控，还是需要P1.0和P1.1引脚同时为0才进行ISP监控，否则跳过ISP监控直接运行用户程序（见图）。二6时钟，机器周期模式标准的8051每个机器周期为12时钟。增强型的STC89C系列单片机在进行ISP烧录程序时，可以设置为6时钟/机器周期（双倍速）或12时钟/机器周期工作模式.6时钟/机器周期（双倍速）工作模式下，定时器的计数速度会加倍，相应的12时钟/机器周期模式下的串口波特率也会加倍，因此单片机使用的最高的波特率可以提高一倍。三降低簟片机对外部电磁辐射 通过设置6时钟/机器周期（双倍速），可以将外接晶振频率降低一半，能有效降低对外部电磁辐
16、射（EMI）。更重要的是，STC89C系列单片机可以关闭ALE输出，最有效地降低EMI。通过将ALEoff位（AUXR.0）置1，可以使ALE引脚仅在读取外接存储器时才有变化电平输出，从而降低对外部电磁辐射。四、内部扩展RAMSTC89C系列单片机中的51/52/53（RC系列）在原有8052共256字节RAM的基础上，又扩展了256字节RAM，共有512字节RAM（000H1FFH）。54/58/516（RD+系列）则扩展了1024字节RAM，共有1280字节RAM（000H3FFH）。通过设置EXTRAM位（见表1），在使用MOVXDPTR，A/MOVXA，DPTR指令时，如访问在内部RA
17、M范围内将会访问到内部RAM，超出此范围才会访问外部RAM。访问内部RAM时，不影响P0口/P2口/P3.6/P3.五双DPTR数据指针 标准的8051只有一个1 6位的DPTR数据指针，这样在进行数据块复制等动作时，必须对源地址指针和目标地址指针进行暂存，编程会非常麻烦。STC89C系列单片机内有两个DPTR数据指针DPTR0/DPTR1，可以通过设置DPS位（AUXR1.0）方便地选择，DPS置0则选中DPTRO，置1则选中DPTR1。通过执行INCAUXR1指令，能对DPS快速切换，并不影响AUXR1的高位。此用法与PHILIPS单片机完全一致。六扩晨P4口 从引脚图上可以看出，PLCC
18、-44、PQFP-44两种封装方式比PDIP-40多出的4个引脚在STC89C51RC/RD+系列单片机上被做成了P4口（SFR地址为0E8H），由P4.0P4.3四条口线组成，使用方式上与原有I/0完全一致，可以位操作。七、内置看门狗电路RC/RD+型号的STC89C系列单片机均内置了看门狗电路。内置看门狗由看门狗定时器控制寄存器WDT_CONTR（见表2）控制。EN_WDT位（WDT_CONTR.5）为看门狗允许位，置1时即启动看门狗。CLR_WDT位（WDT_CONTR.4）为看门狗清零位，置1则看门狗将重新计数，此位由硬件自动清零。IDLE_WDT位（WDTl_CONTR.3）为看门狗
19、空闲模式位，当置为1时，看门狗在“空闲模式”时继续计数，当清零时，看门狗在“空闲模式”时不计数。PS2PS0位（WDT_CONTR20）用于设定看门狗溢出时间，看门狗溢出时间=（NPre-scale32768）/晶振频率。其中N为每个机器周期的时钟数，标准模式为12，双倍速时为6。Pre-scale为PS2PS0位所设定的预分频值。八.软复位功能 STC89C系列单片机新增加的ISP_CONTR特殊功能寄存器（SFR地址为0E7H），实现了单片机系统软复位（热启动之一）功能。用户只需简单地控制ISP_CONTR特殊功能寄存器的其中商位SWBS/SWRST就可以系统复位了。SWBS位（ISP_C
20、ONTR.6）选择从用户应用程序区启动（0），还是从ISP程序区启动（1）。要与SWRST位配合才可以实现，SWRST位（ISP_CONTR.5）置0则无操作，置1则实现系统复位，硬件自动清零。软复位与硬件复位一样，所有的特殊功能寄存器都会复位到初始值，I/O口也会初始化。九带A/D功能的89LE系列STC89LE51/52/54/58/516AD型号均内带一个8位精度的高速A/D转换器，扩展RAM均为256字节（共512字节，仅能用MOVX A，Ri/MOVX A，Ri指令访问），不能设置6时钟/机器周期（双倍速）模式，其余均与前几部分相同。另有一款STC89LE516X2，比STC89LE
21、516AD增加6时钟/机器周期（双倍速）模式。A/D转换器为电压输入型，可做按键扫描、电池电压检测、频谱检测等。STC89LE516AD/X2系列允许将P1.0P1.7作为A/D口使用，P1_ADC_EN特殊功能寄存器（SFR地址为097H）作为A/D转换输入通道允许控制，相应位为“1”时，对应的P1x口被允许作为A/D转换使用，内部上拉电阻自动断开。3.3 DS18B20电路DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，
22、用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图3： DS18B20测温原理框图DS18B20有4个主要的数据部件
23、：（1） 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2） （2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20
24、的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。（3）DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。（4）配置寄存器 低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）四、 高速暂存存储器 高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后
