【电子信息工程毕业设计+文献综述+开题报告】基于单片机温度测量系统的设计

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（20__届）本科毕业设计基于单片机温度测量系统的设计35 摘要由于我国的自动化长期以来一直都比较落后，各类农业、工业有相当一部分还停留在人工测量温度状态，因此迫切需要先进的自动测量温度的方法，以提高自动化水平。这对于提高工农业的经济效益无疑具有十分重要的意义。随着经济的发展和科学技术的进步，对于温度的测量和控制有了更高要求。采用单片机温度测量系统，能大大的提高温度测量的精度，降低产品的成本，简化操作，节省劳动力，提高生产效率。本论文详细描述了基于单片机温度测量的设计，为了准确的实现温度的测量和控制，本系统以AT89C51为控制核心，能实现温度显示和手动修改报警系统的上下限温度。关键词：温度测量，单片机，温度显示，报警系统35 ThedesignofatemperaturemeasurementsystemwhichisbasedonsinglechipmicrocomputerAbstractQuitepartofallkindsofagriculture,industryhasremainedattheconditionofartificiallymeasuringtemperature,becauseourcountryautomationhasbeenfallingbehindforalongtime.Therefore,it’sanurgentneedoffindingawaytomeasuringtemperaturewhichisadvancedandautomatic,increasingautomationlevel.Undoubtedly,it’sextremelyvitalsignificativetoimprovingtheeconomicbenefitofindustry.Withthedevelopmentofeconomyandtheprogressofscienceandtechnology,thereisahigherrequirementoftemperaturemeasurementandcontrol.Adoptingsingle-chipmicrocomputertemperaturemeasurementsystem,willgreatlyimprovetheaccuracyoftemperaturemeasurement,reducethecostoftheproduct,simplifytheoperation,savelabor,andimproveproductionefficiency.Thispaperdescribesthedetailedofthetemperaturemeasurementdesignwhichisbasedonsinglechip.Torealizingtemperaturemeasurementandcontrolaccurately,thissystemusesAT89S51asthecontrolcore,whichcandisplaytemperatureandmodifythelimittemperatureofalarmsystemmanually.Keywords:Temperaturemeasurement，Microcontroller，Temperaturedisplay，Alarmsystem35 目录摘要IIIAbstractIV1绪论11.1单片机温度测量系统概述11.2温度测量系统的现状及未来趋势11.2.1单片机和热电偶组成的测温系统11.2.2单片机和热电阻组成的测温系统21.2.3单片机和半导体PN结组成的测温系统21.2.4温度测量系统的发展方向22硬件系统电路设计32.1整体电路工作原理和框图设计32.2DS18B20温度传感器32.2.1DS18B20引脚功能32.2.2DS18B20内部结构32.2.3DS18B20初始化42.2.4DS18B20读写操作52.2.5DS18B20指令集72.2.6DS18B20电路原理图72.3AT89C51单片机82.3.1AT89C51引脚功能82.3.2AT89C51的作用82.4复位电路设计92.5时钟电路设计和时序102.6报警系统112.7按键控制报警点设置原理112.81602液晶122.8.11602引脚122.8.21602的特性132.8.31602时序和读写操作132.8.41602初始化142.9MAX232芯片和串口电路152.10系统总体硬件电路173软件程序设计183.1程序流程图1835 3.1.1单片机主程序的设计183.1.21602程序的设计183.1.3DS18B20程序的设计19结论21参考文献22致谢2335 基于单片机温度测量系统的设计1绪论1.1单片机温度测量系统概述随时科技和经济的发展，人民生活水平不断地提高，单片机技术越来越贴近我们的生活。可以说，它无处不在，给人们带来的方便更是有目共睹。单片机技术在温度测量方面的应用，就是一个很能说明情况的典型例子。单片机控制的温度测量技术正在逐步向着数字化、智能化的方向不断前进，这不仅仅解放了原始劳动力，更简化了操作程序，进一步提高了社会劳动生产效率。目前，单片机温度测量系统主要是通过DS18B20温度传感器进行测温。此温度传感器具有测温方便，测温范围广以及能够手动设置报警温度上下限的优点。其输出温度能直观的显示在显示屏上，方便读数。本次设计主要通过AT89C51来控制整个系统，利用DS18B20进行测温，通过1602显示屏显示数值，并采用独立按键来修改报警温度的上下限，当温度到达设定数值后，会通过蜂鸣器发出报警。1.2温度测量系统的现状及未来趋势目前，国内外普遍采用传统的热电偶、热电阻和半导体PN结等模拟温度传感器与单片机结合的技术来进行温度测量。运用不同的模拟温度传感器与单片机进行结合所产生的技术，具有不同的优缺点和使用范围。1.2.1单片机和热电偶组成的测温系统热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，主要具有如下几个优点：(1)测量精确度高。热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响，进而能够更为准确得测温；(2)测量范围广。常用的热电偶可以从-50~+1600℃进行连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃，而最高则可达+2800℃；(3)构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，在实际操作中不受大小和开头的限制，外部有保护套管，使用起来十分方便；热电偶测温的基本原理并不复杂。我们将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个结点1和2之间存在温差时，两者之间便会产生电动势，进而在回路中形成一个电流，这种现象称为热电效应。热电偶正是利用这一热电效应来进行工作。热电偶测温技术的主要局限性在于，需要进行冷端温度补偿，进而导致在低温段测量精度较低。35 基于单片机温度测量系统的设计此外，热电偶上产生的信号经取样、放大后，通过模数转换，再交至单片机处理。被测温度信号经过众多器件，极易受到干扰，不易控制，进而在一定程度上导致精确度不高[1-2]。1.2.2单片机和热电阻组成的测温系统热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。与热电偶测温原理不同的是，热电阻温度传感器是基于电阻热效应进行的温度测量，即，利用电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性进行温度测量。因此，在测温过程中，我们只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。热电阻测温技术的主要局限性在于，受到温度极限的限制，不能测量高温,必须注意环境温度的影响。同样的，热电阻上产生的信号经取样、放大后，通过模数转换，再交至单片机处理。被测温度信号也需要从温敏元件到单片机，同样会具备“极易受到干扰，不易控制，进而在一定程度上导致精确度不高”的局限性[3]。1.2.3单片机和半导体PN结组成的测温系统PN结温度传感器是在PN特性的基础上研制发展的。PN结温度传感器是一种半导体敏感器件,它能够实现温度与电压之间的转换。在常温范围内兼有热电偶、热电阻的各自优点，同时，它克服了这些传统测温器件的某些固有缺陷，是自动控制和仪器仪表工业不可缺少的基础元器件之一。但是，被测温度信号仍旧是从热敏元件到单片机，同样具备“极易受到干扰，不易控制，进而在一定程度上导致精确度不高”的局限性[4]。1.2.4温度测量系统的发展方向传统的模拟传感器都有着局限性，而且都要经过信号处理电路。在这个过程中，信号或多或少会受到干扰，导致信号失真，最终可能引发测量结果出现比较大的误差。DS18B20作为一种新型的可编程温度传感器，能够极大程度改善这一问题，提高测温精确度。它是由美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片。在设计上，DS18B20具有独特的单总线接口方式，仅需使用1个端口就能实现与单片机的双向通讯。它能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度采集和数据处理。DS18B20与AT89C51的结合，可以实现最简温度检测系统。在此基础上，本次设计的系统具有显著优势，其结构简单，抗干扰能力强，更适合于恶劣环境下进行现场温度测量，具有广泛的应用前景。35 基于单片机温度测量系统的设计2硬件系统电路设计2.1整体电路工作原理和框图设计DS18B20温度传感器所采用的是一线总线技术，在这条总线上可以有多个从系统，但主系统只能有一个。所有器件都通过一条信号线传输信息，采用单总线协议规定的时序进行工作，为了使各个设备能正常的使用这条总线，可以采用一个三态门，总线在空闲时为高电平。本设计的要求是DS18B20的测量精度达到0.5摄氏度，温度测量范围为0到99摄氏度。系统通过DS18B20采集到数据，通过总线传输到AT89C51主控制器，在1602上显示出温度。DS18B20在完成温度转换后，会把测得的温度值和报警值的上下限进行比较，由蜂鸣器发出报警声。当超过最小值时，LED1灯亮，当超过最大值时，LED2灯亮。通过键盘可以改变报警温度的上下限，方便满足各种场合。系统的整体电路方框图如图2-1所示。AT89C51控制器报警系统1602显示屏电源键盘模块LED灯DS18B20图2-1整体电路方框图2.2DS18B20温度传感器2.2.1DS18B20引脚功能DS18B20有3只引脚，对应的名称与功能如表2-1所示。表2-1引脚名称与功能1GND接地2DQ数字信号输入/输出3VDD电源2.2.2DS18B20内部结构DS18B20的内部结构主要由温度传感器，温度报警触发器TH、TL，配置寄存器，64位ROM和单线接口组成。温度传感器是DS18B20的内部测温设备，温度报警触发器TH、TL用来设置报警温度的上下限，配置寄存器用来使用DS18B20时的各种工作方式，64位ROM用于数据校验。内部结构图如图2-2所示。35 基于单片机温度测量系统的设计存储器和控制器64位ROM和单线接口高速缓存存储器低温触发器TL电源检测高温触发器TH温度灵敏元件配置寄存器8位CRC生成器图2-2DS18B20内部结构高速暂存存储器由9个字节组成，第0位存放的是温度值低位，第1位存放的是温度值高位，第2位存放的是高温限值，第3位存放的是低温限值，第4位存放的是地址寄存器，第5至8位未使用，全为1。第0至第4位在每次复位时都会被重新刷新。最后个字节CRC码是用来保证通信的正确性的，它的作用是读出每个字节的CRC码[5-7]。高速暂存寄存器如表2-2所示。表2-2高速暂存寄存器寄存器内容字节地址寄存器内容字节地址温度值低位LSB0保留5温度值高位MSB1保留6高温限值TH2保留7低温限值TL3CRC校验码8配置寄存器42.2.3DS18B20初始化首先，单片机将总线变成低电平，经过480-960微秒的延迟后，释放总线重新变成高电平，在接下来的480微秒时间内，单片机会对总线进行检测，如果检测到的是低电平，说明总线上有器件已做出相应的回应。若检测到的结果始终还是高电平，则说明总线上没有器件应答。35 基于单片机温度测量系统的设计DS18B20作为单片机的从器件，在上电后，就一直处在检测总线上是否有480－960微秒的低电平出现的状态，如果出现相应电平，DS18B20会在总线变成高电平后等待15－60微秒，再将总线变成低电平。最后在60－240微秒的这段时间中DS18B20会做出回应脉冲，告诉单片机从器件已做好准备。若没有检测到就一直检测总线等待回应。若没有检测到相应电平，单片机则会一直检测总线，等待回应。DS18B20的初始化过程如图2-3所示。图2-3初始化过程“复位和存在脉冲”2.2.4DS18B20读写操作系统运行时，单片机会向DS18B20发出各种操作指令。这类操作命令是由向DS18B20发送的“0”和“1”组成的简单指令。单片机在接收数据时，也是从DS18B20中读取“0”或“1”。所以，搞清楚单片机是如何写“0”、写“1”、读“0”和读“1”是非常关键的。单片机向DS18B20发送一个位所需的周期，最少为60微秒，最长不超过120微秒。当写周期一开始，单片机就把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若单片机想写“0”，则继续保持低电平最少60微秒直至写周期结束。完成此过程后，单片机释放总线变为高电平。若单片机想写“1”，就把总线变为低电平1微秒，然后再释放总线变为高电平，一直到写周期结束。DS18B20作为从机在检测到总线变为低电平后，会先等待15微秒，随后在接下来的15微秒到45微秒对总线进行采样。采样期内，总线为高电平则为“1”；总线为低电平则为“0”。DS18B20的写操作时序图如图2-4所示。35 基于单片机温度测量系统的设计图2-4DS18B20的写操作时序图读数据操作的时序也分为读“0”和读“1”两个时序过程。当单片机把总线变为低电平，1微秒后马上释放总线重新变为高电平。这时，DS18B20就把数据传送到总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，会开始送出数据。若是要送出“0”，就把总线变为低电平直到读周期结束。若要送出“1”则释放总线变为高电平。单片机在开始拉低总线1微秒后释放总线，在包括之前拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内，完成对总线进行采样检测的过程。采样期内，总线为低电平则确认发送过来的数据为“0”；总线为高电平则确认发送过来的数据为“1”。完成这样一个读操作过程，至少需要60微秒。DS18B20的读操作时序图如图2-5所示。图2-5DS18B20的读操作时序图35 基于单片机温度测量系统的设计2.2.5DS18B20指令集在单总线系统中，跳过ROM命令后就可以直接访问存储器操作了，不需要先得到主机提供的64位ROM编码，这样就节省了很多时间，提高了单片机系统的效率。ROM操作命令如表2-3所示。表2-3ROM操作命令指令约定代码功能读ROM33H读DS18B20温度传感器ROM中的编码搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发送温度变换命令告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限才做出响应DS18B20成功地执行了ROM操作序列之后，就要使用存储器命令[8]。具体的存储器操作命令如表2-4所示。表2-4存储器操作命令指令约定代码功能温度变换44H启动DS18B20进行温度转换，结果存入9字节ROM读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令复制暂存器48H将RAM中的第3、4字节的内容复制到E²PROM中重调E²PROM0B8H将E²PROM中恢复到RAM中的第3、4字节读供电方式0B4H读DS18B20的供电模式。寄生供电时DS18B20发送0，外接电源供电时DS18B20发送12.2.6DS18B20电路原理图DS18B20的引脚接法如图2-6所示。图2-6DS18B20电路图35 基于单片机温度测量系统的设计2.3AT89C51单片机2.3.1AT89C51引脚功能AT89C51单片机的主要管脚功能（见图2-7）[9]：(1)VCC（40脚）：电源脚，接+5V电源；(2)GND（20脚）：接地脚；(3)P0口P0.0-P0.7(39-32脚)：是一个8位漏极开路的双向I/O口，需外接上拉电阻，每根口线可独立定义为输入或输出，输入时须先将口置“1”；(4)P1口P1.0-P1.7(1-8脚)：是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，每根口线可独立定义为输入或输出，输入时须先将口置“1”；(5)P2口P2.0-P2.7(21-28脚)：是一个内部提供上拉电阻的8位准双向I/O口，每根口线可独立定义为输入或输出，输入时须先将口置“1”；（6）P3口P3.0-P3.7(10-17):是一个内部提供上拉电阻的8位准双向I/O口，每根口线可独立定义为输入或输出，输入时须先将口置“1”；图2-7AT89C51单片机管脚图2.3.2AT89C51的作用AT89C51单片机是本系统的核心器件，但是只有单片机本身是无法实现系统所要求的功能，还必须有外围功能模块的加入。基于单片机温度测量系统需要的外围功能模块主要包括：复位电路，晶振电路，RS-232串口电路，DS18B20温度传感器，1602液晶显示电路，独立键盘电路，LED灯和蜂鸣器报警电路。通过合理科学的I/O口分配，最终使得本系统完成测温系统的要求。35 基于单片机温度测量系统的设计2.4复位电路设计复位，简单来说，就是单片机的初始化操作。单片机启动时必须先复位，其作用是使单片机和系统中其他部件处于一个确定的初始化状态，并从这个状态开始工作。如果系统出现工作异常，也可以人为的复位。复位主要通过外部复位电路来实现的，可分为上电自动复位和人工复位两种方式。上电复位电路只需在RST端接一个电容至VCC和一个电阻至VSS即可。电路如图2-8所示。VCCRSTMCS-51VSS+5CR图2-8上电复位电路人工复位电路就是将一个按键开关并联到上电复位电路中。电路如图2-9所示。+5VRETMCS-51CR1R2图2-9人工复位电路35 基于单片机温度测量系统的设计2.5时钟电路设计和时序单片机的工作节奏由时钟电路控制，它像是单片机的心脏，在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行。这个控制单片机工作节奏的时钟脉冲，是由时钟电路发出的。时钟信号的形式分为内部和外部两种[10]。内部方式，是指利用内部的振荡电路产生时钟信号。外部方式中，时钟信号则由外部引入。AT89C51单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，引脚XTAT1和XTAT2分别是放大器的输入和输出端。外接石英晶体和陶瓷电容构成自激振荡器。当内部振荡器启振，会在在XTAL2引脚上输出3V左右的正弦波，而振荡器的频率取决于晶振的频率。电容C1和C2主要作用是帮助启振，C1和C2的大小对振荡频率也有影响。内部振荡电路如图2-10所示。XTAL2XTAL1GND图2-10内部振荡电路连接图如果要从外部时钟源驱动器件，XTAL2可以不接，而从XTAL1接入。外部振荡电路如图2-11所示。NCXTAL2外部振荡信号XTAL1GND图2-11外部振荡电路连接图节拍（P）是指振荡脉冲的周期。状态(S)则是振荡脉冲经过二分频后的时间，即单片机的时钟信号的周期。两个节拍构成了一个状态，其前半状态对应的节拍叫作节拍1（P1）,其后半状态对应的节拍叫作节拍2（P2）。51单片机具有固定的机器周期，规定一个机器周期的宽度为6个状态，依次为S1-S6。又因为一个状态包括两个节拍，所以，一个机器周期就等于12个节拍。35 基于单片机温度测量系统的设计指令周期是指执行一条指令所需要的时间。不同的指令所需要的机器周期也不同。51单片机通常可以分为单周期指令、双周期指令和四周期指令3种。只有乘法和除法指令是四周期指令。时钟电路一般所用的晶体振荡频率为12MHZ，其主要公式如下：(1)状态周期：2/f=2/12MHz=0.167微秒；(2)机器周期：12/f=12/12MHz=1微秒；(3)振荡周期：1/f=1/12MHz=0.0833微秒；2.6报警系统本设计的报警器件主要采用蜂鸣器[11]。通过三极管作为放大器件，当温度超过人工设定的上下限温度时，三极管导通，蜂鸣器发出报警声；当温度在正常设置的范围内，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器。蜂鸣器电路如图2-12所示。图2-12蜂鸣器电路2.7按键控制报警点设置原理多个按键开关能组成键盘。按键开关通常为机械弹性开关，这种开关一般为常开型。判定按键闭合就是判断和按键相连的引脚呈现出高电平还是低电平。一般情况下，按键的触点为断开状态，按键被按下后触点闭合。但是，这种开关存在一个问题，就是在按键按下至完全接触的这个过程需要经过一定的弹性时间。在这段时间里，电流会连续产生多个脉冲。相应的，在按键断开至完全断开也要经过一定的弹性时间，在这段时间里，电流也会连续产生多个脉冲。我们将这种机械弹性开关存在的弊病称为抖动问题[12-13]。抖动问题是机械开关的通病，为了保证单片机对一次按键动作只确认一次按键，我们必须消除此类抖动。通常我们可以通过硬件和软件两种方法来消除按键的抖动。本次设计选择软件的方法来消除抖动。设计单片机在检测出按键闭合后，再执行一个10毫秒左右的延时程序，以避免按键按下去时产生的抖动问题。待出现的信号稳定后，再进行按键查询，如果此时仍然保持闭合状态电平，则确定为有按键按下。按键电路如图2-13所示。35 基于单片机温度测量系统的设计图2-13独立按键电路2.81602液晶2.8.11602引脚1602为字符型液晶显示器，顾名思义，它能够显示16行、2列的32个字符。1602引脚图如图2-14所示。图2-141602液晶电路1602一共有16根引脚，具体的功能如表2-5所示。35 基于单片机温度测量系统的设计表2-5LCD1602引脚说明引脚符号功能说明1VSS接地脚2V0液晶显示器对比度调整端，接正点源时对比度最弱接地电源时对比度最高。3RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。4R/WR/W为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。5VDD接电源（+5V）6EE（或EN）端为使能端，下降沿使能。7DB0低4位三态、双向数据总线0位（最低位）8DB1低4位三态、双向数据总线1位9DB2低4位三态、双向数据总线2位10DB3低4位三态、双向数据总线3位11DB4高4位三态、双向数据总线4位12DB5高4位三态、双向数据总线5位13DB6高4位三态、双向数据总线6位14DB7高4位三态、双向数据总线7位（最高位）15BLK背光电源负极16BLA背光电源正极2.8.21602的特性（1）可以调节对比度，电源电压为+5V；（2）自带复位电路；（3）提供多种功能的控制命令：清屏、显示移位、光标闪烁、字符闪烁等；（4）有80字节显示数据存储器DDRAM；（5）内建有160个5*7点阵的字型的字符发生器CGROM；（6）8个可由用户自定义的5*7的字符发生器CGRAM；2.8.31602时序和读写操作1602基本操作时序（写操作时序图如2-15所示）：（1）读状态输入：RS=L，RW=H，E=H；输出：DB0～DB7=状态字；（2）写指令输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码；输出：无；（3）读数据输入：RS=H,RW=H,E=H；输出：DB0-DB7=数据；（4）写数据输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据；输出：无；35 基于单片机温度测量系统的设计图2-151602写操作时序图上图的标号具体的时序参数如表2-6所示[14]。表2-6时序参数：时序参数符号极限值单位测试条件最小值典型值最大值E信号周期Tc400--ns引脚EE脉冲宽度Tpw150--nsE上/下沿时间Tr，Tf--25ns2.8.41602初始化（1）清屏指令指令码功能00000001数据指针清零，所有显示清零（2）显示模式设置指令码功能00111000设置16X2显示，5X7点阵，8位数据接口（3）显示开/关及光标设置指令码功能00001DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标B=1光标闪烁；B=0光标不显示000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=0当写一个字符，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光标不移而屏幕移动的效果。S=0当写一个字符，整屏显示不移动35 基于单片机温度测量系统的设计2.9MAX232芯片和串口电路MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。引脚图如图2-16所示。图2-16MAX232芯片引脚其引脚功能说明如下：（1）C1+、C1-（1、3脚）：电压加倍充电泵电容的正、负端；（2）V+、V-（2、6脚）：充电泵产生的+5.5V、-5.5V电压；（3）C2+、C2-（4、5脚）：转换充电泵电容的正、负端；（4）T2OUT、TIOUT（7、14脚）：RS-232发送器输出；（5）R2IN、R1IN(8、13脚)：RS-232接收器输入；（6）T2IN、T1IN(9、12脚)：TTL/CMOS发送器输出；（7）GND(15脚)：接地；（8）Vcc(16脚)：电源端，供电电压为3.0-5.5V；DB9母头与MAX232的连线方式为T2OUT-2、R2IN-3、接地-5。只要RXD、TXD、GND接上就可以读写数据了。DB9母头的引脚如图2-17所示。图2-17DB9母头引脚图35 基于单片机温度测量系统的设计DB9母头一共有9跟引脚，每根引脚的具体功能如表2-7所示。表2-7DB9母头的引脚功能9芯信号方向来自缩写描述1调制解调器CD载波检测2调制解调器RXD接收数据3PCTXD发送数据4PCDTR数据终端准备5GND信号地6调制解调器DSR通讯设备准备好7PCRTS请求发送8调制解调器CTS允许发送9调制解调器RI响铃指示器单片机和计算机RS-232接口电路主要由三部分组成。C4、C5、C6、C7四只电容和1、2、3、4、5、6脚构成了电荷泵电路，把5V电压升到12V来满足RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道，MAX232有两路收发器，分别为第一路收发器7、8、9、10脚和第二路收发器11、12、13、14脚。最后是15、16脚组成的+5V供电部分。需要注意的是，为了提高串口的抗干扰能力，在安装C4、C5、C6、C7电容时，尽量的靠近MAX232芯片。C8是一个Vcc对地去耦电容，避免相互间的耦合干扰。单片机和计算机RS-232接口电路如图2-18所示。图2-18RS232串口电路35 基于单片机温度测量系统的设计2.10系统总体硬件电路电路图的连接方式（如图2-19所示）：（1）单片机的P0.0-P0.7口用连线连接到1602的D0-D7口；（2）独立按键S2-S4连接到单片机的P2.3-P2.5口；（3）蜂鸣器连接到单片机的P3.5口，LED灯D1和D2分别连接到P3.6和P3.7口；（4）复位电路连接到RST口；（5）振荡电路连接到XTAL1和XTAL2口；（6）单片机的P1.0口与DS18B20的DQ端相连；图2-19系统总电路图35 基于单片机温度测量系统的设计3软件程序设计3.1程序流程图程序流程设计部分主要包括三个部分：单片机主程序设计，1602程序设计和DS18B20温度传感器的程序设计[15]。3.1.1单片机主程序的设计首先，初始化1602液晶模块，设置延时几百微妙，进入while循环。随后，再次初始化DS18B20，启动温度转换，读取转换后的温度值，并进行处理。最终，温度将显示在LCD屏上。流程如图3-1所示。程序开始1602液晶屏初始化延迟While循环DS18B20初始化显示温度值DS18B20温度转换温度转换温度值处理读取温度值图3-1单片机主程序流程图3.1.21602程序的设计在使用1602液晶屏时必须对其进行初始化。通过上电来进行复位后，设置延迟15毫秒，连续写3次38H指令。随后依次进行显示关闭、显示清屏、显示光标移动的设置和显示开关及光标的设置。1602液晶显示屏的内部存储器有11条控制指令组成，什么时候进行读操作、什么时候进行写操作、在屏幕的哪里显示字符、光标在哪里闪烁都是通过控制指令来完成的。35 基于单片机温度测量系统的设计1602液晶显示屏要显示字符时，必须先告诉1602在哪个位置显示该字符。也就是说，必须先输入预计显示字符的地址。1602液晶屏的第一行的显示地址是0X80H+（1-16），第二行的显示地址是0X80H+0X40H+（1-16）。流程如图3-2所示。初始化开始功能设置（0X38）不忙检测，执行3次开显示，无光标（0XC0）设置输入模式（0X06）清除显示器（0X01）退出图3-21602初始化流程图3.1.3DS18B20程序的设计DS18B20温度传感器是单总线器件，所以必须要严格地按照时序来进行数据传输。只有这样，才能保证系统的稳定和数据的安全可靠。DS18B20在工作前要先进行初始化。复位后，AT89C51等待DS18B20的应答脉冲指示。一旦AT89C51受到应答脉冲，就发出跳过ROM匹配的操作指令。当ROM操作指令被成功执行了后，内存操作命令才能正常使用。这时，温度转换指令启动。通过一段时间的延迟，温度转换完成。完成以上程序后，AT89C51再次跳过ROM匹配操作指令，读出保存在暂存器的数据，将其转换成显示码，并在1602液晶屏上将结果显示出来。具体过程如图3-3所示。35 基于单片机温度测量系统的设计开始初始化DS18B20应答NOYES跳过ROM操作温度转换读取温度值返回图3-3DS18B20工作流程图35 基于单片机温度测量系统的设计结论至此，基于单片机温度测量系统的设计顺利完成。在设计的过程中，一度出现了很多错误，但是经过了长时间的调试和改正，基本解决了错误，使得这个系统最终可以按照原来设计好的思路和需求功能正常地运行。本系统成本低廉，操作简单，适用于一般的测温场合。但是由于本人在这方面仅做了一些浅显的研究，加之时间比较紧迫，所以设计完的这个系统只考虑到一般情况下的测温功能，但是一个完善的测温系统还需要很多更复杂的功能要求。希望本人能在以后的学习和工作当中进一步的充实自己，使这个系统在原由的基础上添加新的功能，满足更多更复杂的测温系统。35 基于单片机温度测量系统的设计参考文献[1]焦国平.单片机温度控制中热电偶非线性校正的几种实用方法.东北煤炭技术，1996.[2]张晓芳.基于C51的单片机温度控制系统设计[J].苏州市职业大学学报,2009.[3]尹贻龙.大型工业电机温升试验中温度测量研究.黑龙江科技信息，2010年.[4]赵海兰.电子世界[J].2003.[5]王勇,叶敷范.基于AT89S51的便携式实时温度检测仪[J].仪表技术与传感器，2006.[6]刘法治.常用电子元器件及典型芯片应用技术.机械工业出版社,2007.[7]李广弟,朱月秀，王秀山．单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.[8]廖琪梅,韩彬.基于单总线器件DS18B20的温度测量仪[J].国外电子元器件,2008.[9]赵德安.单片机温度控制实验装及在课程设计中的运用置.实验室研究与探索,1999.[10]沙战友.单片机外围电路设计[M].北京：电子工业出版社,2003.[11]葛一楠.高精度单片机温度控制仪.自动化与仪器仪表，1995.[12]雄庆国,贺风云.多片8279与单片机及键盘/显示器接口电路设计[J].武汉科技大学学报,2002.[13]于风明.单片机原理及接口技术.北京：中国轻工业出版社，1997.[14]张辉杰.基于单片机的出租车计费器设计.榆林学院学报,2010年.[15]周兴华.单片机C语言高级程序设计.中国电力出版社,2008.[16]FrancisEnejoIdachaba.DesignofIntel8751Microcontroller-basedSystemforMonitoringandControlofaThermalProcess.2010.[17]MASAHIROIWADARE.ASingle-ChipMPEG/AudioDecoderLSIBasedonaCompactDecodingAlgorithm.1997.[18]GJing,MZhang,XXie,SLi.ApplicationontemperaturecontrolofDS18b2[J],ControlEngineeringofChina.2003.文献综述35 基于单片机温度测量系统的设计基于单片机温度测量系统的设计一、前言温度是日常生活、冶金、化工、医学、建筑、机械等领域最常遇到的一个物理量。随着经济的发展和科学技术的进步，对于温度的测量和控制有了更高要求。采用单片机温度测量系统，能大大的提高温度测量的精度，降低产品的成本，简化操作，节省劳动力，提高生产效率。在现实生活和工农业生产及科学研究中，温度的测量非常的重要。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。同时，传感器的飞速发展，各种各样的传感器被广泛的应用于各个领域，尤其在温度参量的测量中，起到了不可代替的作用。目前，单片机总类繁多，又有着低功耗、体积小、大容量、高性能、低价格等等的优点，使得它在电子信息领域有着广泛的应用。当两者结合后，就可以设计出大量的、实用的系统来。温度测量只是其中一小部分的应用。单片机温度测量系统的硬件组成和原理：1、温度传感器热电阻温度传感器经过热敏电阻转换为电压信号，经放大器放大后进人单片机进行A／D转换成数字量后输出到静态显示部分，显示其温度值。[1]DS18B20能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度采集和数据处理。2、存储设备内部存储器又称内存，用来存放“程序”和“数据”。中央处理器执行程序时，从内存中存取程序和数据。35 基于单片机温度测量系统的设计内存可分为两部分：ＲＯＭ（只读存储器）和ＲＡＭ（随机存储器）。ＲＯＭ所存储的内容由电脑设计者和厂商事先设计好，用户只能使用它们，而不能修改、删除和增加，它不会因断电而丢失。ＲＡＭ通常用于存储用户的程序和数据，人们一般所说的电脑内存都是针对ＲＡＭ而言的。就像长度用米来表示，重量用公斤来表示一样，内存容量用“字节”来表示。每一个英文字母占一个“字节”，而每个汉字占两个“字节”。因为字节这个单元太小了，所以我们规定：１０２４个字节＝１Ｋ字节（千字节）。存储器主要用来保存记录下来的数据，以便查阅。3、AT89S52单片机AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求[2]。4、警报电路蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。5外接设备等本系统采用PT6961同时驱动键盘与数码管。PT6961是一带键盘扫描接口的LED(发光二极管显示器)驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动、键盘扫描等电路[3-4]。二、主题35 基于单片机温度测量系统的设计工业发展是科技进步的关键支点。在时间的提炼下，这些过程从手动控制系统逐渐转变为自动化电脑控制系统。这带来了了高效的生产流程，并且具有很高的精度水平。物理过程需要测量过程中涉及到的变量，并且在已测变量的基础上控制整个过程。变量的例子包括温度、流量、压力等等。只有当一种信息被引进时，我们才能得到控制和测量的结合体。智能化仪表就可以被定义为一种用来评估物理变量的测量系统，通常是用微处理器/微处理器基础系统来进行信息处理。根据系统内存上存储的程序，信息处理的结果可以被用来控制物理过程[5-7]。1、温度测量的发展现状目前国内外普通采用传统的热电偶、热电阻、半导体PN结之类的模拟温度传感器与单片机结合来进行温度测量，它们都有各自的优缺点和使用范围。①单片机和热电偶组成的测温系统热电偶作为温度检测元件在工业上是很常见的。它的优点是：①测量的精度很高。因为在测量的过程中，热电偶是直接和被测对象接触的，所以中间介质对测量没有影响，提高了测量的精度。②测量的范围很广。热电偶的测量范围在-50～+1600℃，某些特殊热电偶最低可测到-269℃，最高可达+2800℃。③构造非常之简单，使用也相当的方便。通常来说，热电偶是由2种不同材料的金属丝所组成的，而且不受大小和开头的限制，外部又有保护套管套着，用起来非常的安全和方便。热电偶测温基本原理：把两种不同材料的导体或者半导体对接起来后，就构成了一个闭合的回路。当导体A和B的两个接点1和2之间存在温差时，两导体之间便产生了一个电动势,因而在回路中就形成了一个电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。然后，热电偶上产生的信号经取样、放大后通过模数转换，再交自单片机处理。被测温度信号从温敏元件到单片机，经过众多器件，易受干扰、不易控制且精度不高[8]。②单片机和热电阻组成的测温系统在中低温区里，热电阻是最常用的一种温度检测器。但与热电偶的测温原理不同的是，热效应是热电阻测温的特性，即导体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度的度数变化。然后，热电阻上产生的信号经取样、放大后通过模数转换，再交自单片机处理。被测温度信号从温敏元件到单片机，经过众多器件，易受干扰、不易控制且精度不高。目前主要有半导体热敏电阻温度传感器和金属热电阻温度传感器两类。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，其电阻值在常温下的范围更高，但是，35 基于单片机温度测量系统的设计互换性却不是很理想，非线性严重，通常情况下，测量温度的范围只有-50～300℃左右，大量用于家用电器和汽车的温度检测和控制。金属热电阻温度传感器一般适用于-200～500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛[9-11]。①单片机和半导体PN结组成的测温系统利用PN结的特性，研发出了一种新的温度传感器，叫作PN结温度传感器。PN结温度传感器是一种半导体敏感器件,它实现温度与电压的转换。在常温范围内，PN结温度传感器包括了热电偶和热敏电阻的各自优点，同时它又克服了这些传统温度传感器件的一些比较大的和固有的缺陷，它是自动控制和仪器仪表工业不可缺少的基础元器件之一。但是，被测温度信号从温敏元件到单片机，经过众多器件，易受干扰、不易控制且精度不高.传统的模拟传感器都存在着各自的缺点，而且都要经过信号处理电路，就会受到或多或少的干扰，使信号失真，使测量结果出现比较大的误差[12-14]。2、温度测量的发展方向DS18B20是一种新型的可编程温度传感器，它是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片。他具有独特的单总线接口方式，仅需使用1个端口就能实现与单片机的双向通讯。他能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度采集和数据处理。DS18B20与AT89C51结合可以实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。DS18B20的测温原理：由于所有的器件都连接在一条总线上，为了不发生数据的冲突，必须按照单总线协议规定的时序来进行工作。为了让每个设备都能使用这条总线，单总线协议采用了一个三态门，这样，一个设备如果暂时不传输数据就能空出这条总线给其他设备使用。在外部设备中通过一个上拉电阻器，使得总线在空闲时保持一个高电平。通过程序编程，DS18B20实现了9到12位的温度度数[15]。DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少、扩展方便等优点，但在实际应用中应注意以下几方面的问题：①较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿。由于DS18B20与微处理器采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时必须严格地保证读写时序，否则将无法读取测温结果。故对DS1820操作部分最好采用汇编语言编写。35 基于单片机温度测量系统的设计②DS18B20工作时电流高达1.5mA，总线上挂接点数较多且同时进行转换时要考虑增加总线驱动，可用单片机端口在温度转换时导通一个MOSFET。③连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的，因此在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。④在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。⑤和DS1820一样，DS18B20的读写时序必须仔细调整，在反复的调试中找合适的延时时间[16-18]。三、总结设计叙述了基于单片机温度测量系统的设计，包括硬件组成和原理。这套系统不仅能对温度进行测量，还能记录温度和时间，以供查阅，还加入了报警功能，提高安全性和可靠性。将DS18B20作为数字温度传感器，并与单片机AT89C52结合组成温度补偿和测量系统，相对传统的以热电偶、热电阻为传感器的温度测量方法，可靠性更高，测量的准确率也更高，电路更简化，大大降低了成本和运行速度。在生产过程中，普遍存在着需要温度测量的场合。若要安装线缆则会花费巨大，而无线通信却能很容易地跨越障碍，并且不需要可见的线就能工作。它还能穿越隔板和墙，并在建筑物之间建立链接。它还能在很短的时间内安装好。利用单片机、温度传感器和无线模块组成的专用无线测温系统具有结构简单、工作可靠、价格低廉的优势，势必会成为日后温度测量的发展方向。四、参考文献[1]雄庆国,贺风云.多片8279与单片机及键盘/显示器接口电路设计[J],武汉科技大学学报,2002.[2]张晓芳.基于C51的单片机温度控制系统设计[J],苏州市职业大学学报，2009.[3]沙战友.单片机外围电路设计[M],北京：电子工业出版社,2003.[4]赵海兰.电子世界[J],2003.35 基于单片机温度测量系统的设计[5]廖琪梅,韩彬.基于单总线器件DS18B20的温度测量仪[J],国外电子元器件,2008.[6]刘法治.常用电子元器件及典型芯片应用技术,机械工业出版社,2007.[7]周兴华.单片机C语言高级程序设计,中国电力出版社,2008.[8]王勇、叶敷范.基于AT89S51的便携式实时温度检测仪[J],仪表技术与传感器，2006.[9]赵德安.单片机温度控制实验装及在课程设计中的运用置,实验室研究与探索,1999.[10]马智超.基于多谐振荡器的AT89S51单片机温度控制,师范学院学报，2008.[11]葛一楠.高精度单片机温度控制仪,自动化与仪器仪表，1995.[12]焦国平.单片机温度控制中热电偶非线性校正的几种实用方法,东北煤炭技术，1996.[13]于风明．单片机原理及接口技术,北京：中国轻工业出版社，1997.[14]李广弟，朱月秀，王秀山．单片机基础[M],北京：北京航空航天大学出版社，2001.[15]周立功．LPC900系列Flash单片机应用技术[M],北京：北京航空航天大学出版社，2005.[16]FrancisEnejoIdachaba.DesignofIntel8751Microcontroller-basedSystemforMonitoringandControlofaThermalProcess，2010.[17]MASAHIROIWADARE.ASingle-ChipMPEG/AudioDecoderLSIBasedonaCompactDecodingAlgorithm，1997.[18]GJing.MZhang,XXie,SLi.ApplicationontemperaturecontrolofDS18b2[J],ControlEngineeringofChina,2003.35 基于单片机温度测量系统的设计开题报告基于单片机温度测量系统的设计一、选题的背景、意义在工业生产过程中，控制对象五花八门，温度控制在生产过程中占有很大的比例。测量和控制缺一不可。由于要控制的对象越来越复杂，温度测量控制方面还有着许许多多的问题。如何更好地提高测量和控制性能，满足不同的场合的测量控制要求，是大家研究的一个重要课题。随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度、高速度、低功耗以及高性能方面取得了很大的进展，电子技术有了更好的飞跃，我们现在完全可以运用单片机和温度传感器进行温度测量和控制。温度是日常生活、冶金、化工、医学、建筑、机械等领域最常遇到的一个物理量。随着经济的发展和科学技术的进步，对于温度的测量和控制有了更高要求。采用单片机温度测量系统，能大大的提高温度测量的精度，降低产品的成本，简化操作，节省劳动力，提高生产效率[1]。在现实生活和工农业生产及科学研究中，温度的测量非常的重要。在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。由于我国的自动化长期以来一直都比较落后，各类农业、工业有相当一部分还停留在常规仪表测量控制，有的甚至还处在人工加常规仪表的半自动测量控制状态。这个不仅安全生产没有保障，效率低下，工人的劳动强度也大大的提高。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果[2]。二、相关研究的最新成果及动态35 基于单片机温度测量系统的设计目前国内外普通采用传统的热电偶、热电阻、半导体PN结之类的模拟温度传感器与单片机结合来进行温度测量，它们都有各自的优缺点和使用范围。1.当前普遍采用测温系统的优缺点和适用范围（1）单片机和热电偶组成的测温系统热电偶作为温度检测元件在工业上是很常见的。它的优点是：①测量的精度很高。因为在测量的过程中，热电偶是直接和被测对象接触的，所以中间介质对测量没有影响，提高了测量的精度。②测量的范围很广。热电偶的测量范围在-50～+1600℃，某些特殊热电偶最低可测到-269℃，最高可达+2800℃。③构造非常之简单，使用也相当的方便。通常来说，热电偶是由2种不同材料的金属丝所组成的，而且不受大小和开头的限制，外部又有保护套管套着，用起来非常的安全和方便。热电偶测温基本原理：把两种不同材料的导体或者半导体对接起来后，就构成了一个闭合的回路。当导体A和B的两个接点1和2之间存在温差时，两导体之间便产生了一个电动势,因而在回路中就形成了一个电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。然后，热电偶上产生的信号经取样、放大后通过模数转换，再交自单片机处理。被测温度信号从温敏元件到单片机，经过众多器件，易受干扰、不易控制且精度不高[3-4]。（2）单片机和热电阻组成的测温系统在中低温区里，热电阻是最常用的一种温度检测器。但与热电偶的测温原理不同的是，热效应是热电阻测温的特性，即导体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度的度数变化。然后，热电阻上产生的信号经取样、放大后通过模数转换，再交自单片机处理。被测温度信号从温敏元件到单片机，经过众多器件，易受干扰、不易控制且精度不高。目前主要有半导体热敏电阻温度传感器和金属热电阻温度传感器两类。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，其电阻值在常温下的范围更高，但是，互换性却不是很理想，非线性严重，通常情况下，测量温度的范围只有-50～300℃左右，大量用于家用电器和汽车的温度检测和控制。金属热电阻温度传感器一般适用于-200～500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛[5-7]。（3）单片机和半导体PN结组成的测温系统35 基于单片机温度测量系统的设计利用PN结的特性，研发出了一种新的温度传感器，叫作PN结温度传感器。PN结温度传感器是一种半导体敏感器件,它实现温度与电压的转换。在常温范围内，PN结温度传感器包括了热电偶和热敏电阻的各自优点，同时它又克服了这些传统温度传感器件的一些比较大的和固有的缺陷，它是自动控制和仪器仪表工业不可缺少的基础元器件之一。但是，被测温度信号从温敏元件到单片机，经过众多器件，易受干扰、不易控制且精度不高。传统的模拟传感器都存在着各自的缺点，而且都要经过信号处理电路，就会受到或多或少的干扰，使信号失真，使测量结果出现比较大的误差[8]。2．温度测量的发展方向DS18B20是一种新型的可编程温度传感器，它是由美国的一家叫作DALLAS公司所推出的单总线的芯片，主要用于数字测温。它的接口方式有别于传统的接口方式，仅需要一个端口就能实现与单片机的双向通讯。他能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度采集和数据处理。DS18B20与AT89C51结合可以实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。DS18B20的测温原理：由于所有的器件都连接在一条总线上，为了不发生数据的冲突，必须按照单总线协议规定的时序来进行工作。为了让每个设备都能使用这条总线，单总线协议采用了一个三态门，这样，一个设备如果暂时不传输数据就能空出这条总线给其他设备使用。在外部设备中通过一个上拉电阻器，使得总线在空闲时保持一个高电平。通过程序编程，DS18B20实现了9到12位的温度度数。DS18B20具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少、扩展方便等优点。三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标35 基于单片机温度测量系统的设计1602液晶显示器AT89C51复位电路报警电路、时钟电路温度传感器供电电源电路图1基本系统结构框图1．预期目标本次设计的任务是独立完成一款基于单片机的温度测量系统的设计。为了满足系统的功能，要求温度测量系统应具备的功能及特点应具有以下功能：（1）具有正常的数据采集。能够准确完成对温度的数据进行采集、处理、存储工作。（2）具有直观的温度读数的显示，通过1602液晶显示器来完成。（3）自动复位功能。程序运行时，如果出现死循环，或者错误，系统能自动复位，重新加载运行程序，加强系统的安全性和可靠性。（4）抗干扰能力。系统在信号产生或者传输过程中，由于外界的干扰使系统信号严重失真，影响数据的准确性和可靠性，因此，让系统具有抗干扰能力是必不可少的。（5）警报系统。在系统出现严重错误，或者温度失控时，能发出警报声。（6）外接设备。为了使系统更加完善，加入外接键盘，数码管等设备。2.功能设计与实现（1）控制核心AT89C51◆4K字节可编程闪烁存储器◆寿命：1000写/擦循环◆数据保留时间：10年◆全静态工作：0Hz-24MHz◆三级程序存储器锁定◆128×8位内部RAM◆32可编程I/O线35 基于单片机温度测量系统的设计◆两个16位定时器/计数器◆5个中断源◆可编程串行通道◆低功耗的闲置和掉电模式◆片内振荡器和时钟电路（2）温度传感器DS18B20DS18B20的主要特征：◆适应电压范围宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电◆独特的单线接口方式，DS18B20在与单片机连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯◆DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内◆温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃◆可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温◆在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快◆测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力◆负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作[9-11]。（3）存储设备内部存储器又称内存，用来存放“程序”和“数据”。中央处理器执行程序时，从内存中读取程序和数据。内存可分为两部分：ＲＯＭ（只读存储器）和ＲＡＭ（随机存储器）[12-14]。（4）警报电路通过一个蜂鸣器，当温度超过规定的上下限时发出报警声。蜂鸣器是一种采用直流电压供电的一体化结构的电子讯响器，广泛地被应用在35 基于单片机温度测量系统的设计计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中，作为一个发声的器件来使用[15]。3.研究方法：（1）文献资料法：根据已掌握的文献，查找相关开关电源书籍，查询各类期刊，学术报告，学术会议论文，学位论文，科技档案等。（2）对比法：对开关电源设计所采用的不同的设计方案进行对比研究。（3）专家访谈法:根据本研究内容，向导师及相关专业的老师请教有关知识。四、研究工作详细进度和安排2010.11..01—2010.11.21完成毕业论文选题2010.11.22—2011.01.09完成文献综述、外文翻译2011.02.21—2011.03.11完成开题报告，论文初稿，确定实习单位2011.03.12—2011.05.03毕业实习，结合实习修改毕业论文2011.05.04—2011.05.18毕业论文定稿五、参考文献[1]唐杰.51单片机编程基础与开发实例详解,人民邮电出版社,2008.[2]张晓芳.基于C51的单片机温度控制系统设计[J],苏州市职业大学学报，2009.[3]沙战友.单片机外围电路设计[M],北京：电子工业出版社,2003.[4]赵海兰.电子世界[J],2003.[5]廖琪梅,韩彬.基于单总线器件DS18B20的温度测量仪[J],国外电子元器件,2008.[6]刘法治.常用电子元器件及典型芯片应用技术,机械工业出版社,2007.[7]周兴华.单片机C语言高级程序设计,中国电力出版社,2008.[8]王勇、叶敷范.基于AT89S51的便携式实时温度检测仪[J],仪表技术与传感器，2006.[9]赵德安.单片机温度控制实验装及在课程设计中的运用置,实验室研究与探索,1999.[10]马智超.基于多谐振荡器的AT89S51单片机温度控制,师范学院学报，2008.35 基于单片机温度测量系统的设计[11]葛一楠.高精度单片机温度控制仪,自动化与仪器仪表，1995.[12]焦国平.单片机温度控制中热电偶非线性校正的几种实用方法,东北煤炭技术，1996.[13]于风明．单片机原理及接口技术,北京：中国轻工业出版社，1997.[14]FrancisEnejoIdachaba.DesignofInte8751Microcontroller-basedSystemforMonitoringandControlofaThermalProcess，2010.[15]MASAHIROIWADARE.ASingle-ChipMPEG/AudioDecoderLSIBasedonaCompactDecodingAlgorithm，1997.35