精品毕业论文--基于at89s52单片机的多功能数字温度计的设计

精品毕业论文--基于at89s52单片机的多功能数字温度计的设计内容摘要：

7) 驱动方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS 8) 视角方向： 6 点 9) 背光方式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/5— 1/10 10)通讯方式：串行、并口可选 11)内置 DCDC 转换电路，无需外加负压 12)无需片选信号，简化软件设计 13)工作温度 : 0℃ +55℃ ,存储温度 : 20℃ +60℃ 为了使本系统更加具有市场，采用了液晶屏显示工作状态，为了节省单片机端口，采用串行方式通信，此液晶可以显示的点阵数为 128 64 个点，一屏 9 可显示的汉字数为每行 8个汉字，共可以显示 4行，一屏总共可显示 32个汉字。 本显示系统可以显示当前的时间及当前室温，并可以显示家用电器的工作状态，使得用户对电器的开关状态一目了然，另外还有一些操作提示。 电路原理图如图。 图 液晶显示电路 该显示系统还利用一个三极管来控制液晶屏的背光，即可以通过软件来开关背光显示，为系统节电并延长液晶屏的使用寿命，避免了因长期点亮背光造成液晶屏老化加快，同时节省电量。 电路参数选择： 1）液晶屏选用 QC12864B； 2） POT2 为液晶屏对比度调节电位器，选用 10K3296 封装的精密可调电位器； 3）三极管为液晶屏背光控制，选用 PNP 型的 8050； 温度采集电路设计 方案一： AD590 是单片集成的敏感电流源，激励电压在 +4V— +30V 间选择，其测量范围为 55 摄氏度 150 摄氏度，所输出的电流数值（微安数）等于绝对温度 K 的数值。 AD590 具有标准化的输出和固有的线性关系，分不同的测温范围和精度供设计者选用，通过微调电路对 AD590 的输出进行修正，可达到很高 10 的测试精度。 AD590 不需要低电平测量设备和电桥，可以使用长导线，而不会因为电压的降低和感应的噪声电压而产生误差；它又是一个高阻抗的电流源；对激励的电压变化不够敏感。 但是 AD590 需要把被测温度转化为电流再通过放大器和 A/D 转换器才能输出数字量送给单片机进行温度控制。 方案二：采用专门 的温度传感器 DALLAS 公司的 DS18B20，此芯片为 TO92封装，体积小，而且是单总线通信，只需一个 I/O 口即能实现控制，在一定程度上可以节约 I/O 口资源。 通过比较，温度传感器 DS18B20 具有更高的性价比， DS18B20 能够构建经济的测温网络。 因而在本次设计中，选用的是数字温度传感器 DS18B20，故采用的是方案二。 DALLAS 公司的数字化温度传感器 DS18B20 支持单总线接口，具有单总线独特而经济的特点，使用户可以轻松的组建传感器网络，为测量系统的创建引入全新概念。 DS18B20 体积小，使用灵活，可以充分发挥单总线的优势。 其测温范围为－ 55～＋ 125℃，在－ 10～＋ 85 范围内，精度为177。 ℃。 支持 3V~的宽电压，使系统设计更灵活，更方便。 DS18B20 可通过程序设置 9～ 12 位的分辨率。 同时它具有负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 采用 TO92 封装，体积只有普通三极管那么大，并可以支持用户设定报警温度，设置值保存于芯片自带的 EEPROM 中，掉电后依然保存。 并且外围元件只需要一个 的上拉电阻。 下面简单介绍下单总线。 单总线即只有一根数据线 ，系统中的数据交换控制都通过这根线完成。 主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其他设备使用总线。 单总线通常要求外接一个约为 的上拉电阻，当总线闲置时，其状态为高电平。 主机和从机的通信可以分为三个步骤完成，分别为初始化 1Wire 器件、识别 1Wire器件和交换数据。 由于他们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问 1Wire 器件都必须严格遵循单总线命令序列，即初始化、 ROM、命令功能命令。 如果出现序列混乱， 1Wire 器件将不响应主机。 所有的单总线器件都要遵循严格的通信协议，以保证数据的完整性。 1Wire协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写 0、读 0 和读 1 时序等几种信号类型。 所有的单总线命令系列都是由这些基本的信号类型组成的。 在这些信号中，除了应答脉冲外，其他均由主机发出同步信号，并且发送的所有命令和数据都是字节的低位在前。 温度寄存器中的温度值以 9 位数据格式表示，最高位为符号位，其余 8位以二进制补码形式表示温度值。 测温结束时，这 9 位数据转换到暂存存储器的前两个字节中，符号位占用第一字节， 8位温度数据占用第二字节。 11 本系统采用 DALLAS 公司的单总线温度传感器 DS18B20，此传感器只需占用单片机一个 I/O 口，可以在一定程度上解决单片机 I/O 口紧张的情况。 此芯片的测温范围为－ 55～＋ 125℃，可以满足一般的室温测量要求，其测量精度通过软件设置最大可达到 ℃，在本系统中设置其测温精度为 ℃。 此芯片的连接电路非常简单，外部电路只需要一个上拉电阻即可，电路原理图如图(a)。 图 (a) 单总线温度传感器电路 电路参数选择： 1）度传感器为 DS18B20， TO92 小型封装。 2） R33 为上拉电阻，选。 DS18B20 温度传感器内部结构及温度转换 图 (b) DS18B20 的内部基本框图 64 位 ROM 的结构开始８位是产品类型的编号 ，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 64 位ROM 和 1Wire 口 存储控制逻辑 SCRATCHPAD 温度传感器 TH/EEPROM TL/EEPROM EEPROM 8位 CRC发生器 寄生电源电路 DQ GND 内部 VDD VDD 12 可以采用一线进行通信的原因。 温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。 DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。 高速暂存 RAM 的结构为８字节的存储器，结构如图 3所示。 头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。 第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。 DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。 该字节各位的定义如图 3 所示。 低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式， DS18B20 出厂时该位被设置为０，用户要去改动， R1 和Ｒ 0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 温度 LSB 温度 MSB TH用户字节 1 TL用户字节 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 图 (c) DS18B20字节定义 由表 可见， DS18B20 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。 因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。 第９字节读出前面所有８字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。 转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。 单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 ℃／ LSB 形式表示。 当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 表 (a) 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 表 (a) DS18B20 温度转换时间表 13 RI R0 分辨率 /位 温度最大转换时间/ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 温度传感器的测温原理：器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器１；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。 器件中还有一个计数门，当计数门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－ 55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器１、温度寄存器中，计数器１和温度寄存器被预置在－ 55℃所对应的一个基数值。 减法计数器１对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器１的预置值减到０时，温度寄存器的值将加１，减法计数器１的预置将重新被装入，减法计数器１重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到０时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。 其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致等于被测温度值。 表 (b) 部分温度对应值表 温度 /℃ 二进制表示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。 系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行。 操作协议为：初使化 DS18B20（发复位脉冲）→发 ROM 功能命令→发存储器操作命令→处理数据。 14 按键控制模块 方案一： 4 4矩阵式键盘。 此方案对于本系统来说无非是浪费 I/O 占用 MCU的资源，不利于系统的扩展，这就使系统的实用性降低，况且本系统根本不需要 16 个按键。 方案二：独立式按键。 对于独立式按键来说，如果设置过多按键，虽然会占用较多 I/O 口，给布线带来不便，此方案适用于按键较少的情况。 在本设计中所需要的控制点数的较少，只需要几个功能键，简便、易操作、成本低就成了首要考虑的因素。 所以此时，可采用独立式按键结构。 按键控制电 路如图。 图 按键控制电路 语音播报模块 方案一：通过 A/D 转换器、单片机，存储器， D\A 转换器实现声音信号的采样、处理、存储和实现。 首先将声音信号放大，通过 AD 转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实现录音操作。 在录、放音过程中由单片机控制 D/A 转换器，将存储器中的数据转化成声音信号。 此方案安装调试复杂，集成度低，成本也不低。 方案二：采用 ISD1420 语音录放。 ISD1420 是采用模拟存取技术集成的可反复录放的 20 秒语音芯片，掉电语音不丢失，最大可分 160 段，最小每段语音长度为 125ms，每段语音都可由地址线控制输出，每 125ms 为一个。