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1、陕西国防学院电子工程系毕业论文题目:电子温度计的设计专业:应用电子技术班级:电子3121作者:刘冬指导教师:程晓芳摘 要随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人们带来的方便也是不可否认的。其中电子温度计就是一个典型的例子，医院、家庭等随处可见，为了能更加满足人们的需要，数字体温计正在更新换代。电子温度测量方式是随着电子技术的兴起而快速发展的一门学科，它利用材料随温度变化的参数转换成电信号对温度进行测量。电子温度计功能完善、使用方便安全、精度高,克服了传统电子温度计价格昂贵,测量功能单一、误差偏大等问题,使用效果良好,有很好的推广应用价值。本文通过对电子温度计的系
2、统组成、应用方面、使用技术、功能特点、技术指标等方面来介绍与设计电子温度计。目录摘要I第一章 绪论11.1 选题的依据及意义11.2 国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）21.3 本课题研究内容及方案31.3.1 硬件设计41.3.2 软件设计41.3.3 方案设计41.4 研究目标、主要特色及工作进度：41.4.1 研究目标41.4.2 主要特色4第二章 系统总体方案设计62.1 89C51单片机的介绍62.1.1 89C51单片机管脚图72.1.2 89C51单片机的中断系统82.1.3 89C51单片机的定时/计数器82.2 温度传感器DS18B2082.2.1 DS18B20的性能特
3、点82.2.2 DS18B20与单片机的典型接口设计92.2.3 DS18B20 的内部结构112.2.4 DS18B20 的测温原理112.2.5 告警信号：122.2.6 CRC 的产生：122.2.7 DS18B20使用中注意事项122.3 1602字符型LCD简介132.3.1 1602LCD的基本参数及引脚功能132.3.2 1602LCD的指令说明及时序142.3.3 1602LCD的RAM地址映射及标准字库表162.3.4 1602LCD的一般初始化（复位）过程172.4 DS1302时钟芯片17第三章 系统硬件设计183.1 硬件设计：本文采用89C51单片机作为主要控制芯片，
4、具体框图如图3-1所示。18第四章 系统软件设计194.1 主程序设计194.2 温度子程序194.3 键盘子程序设计204.4 报警子程序设计21第五章 系统调试225.1 Proteus软件简介225.2 Keil软件225.3系统调试与仿真22结论25参考文献26谢辞27附录1 程序代码28附录2 参考电路图38第一章 绪论1.1 选题的依据及意义温度是人们生活中一个时时刻刻接触到的物理量，它影响着一切，厄尔尼诺现象是因为地球整体温度升高；分子运动因为温度的升高而加剧；30是人体感觉最佳的环境温度；工业生产、试验、生活都离不开温度的影响,但是传统的温度计无法精确及快速的测出当前温度，会产
5、生较大的误差。本文提出一种新型数字式温度计的设计方案，可以达到传统温度计的测量精度，并且可较好的解决传统温度计存在的缺陷。增加实时记录及分析温度变化，具有报警功能和实时时钟功能，可随时根据用户需要设定报警温度。采用AT89C51单片机作为核心来进行控制，该单片机具有较高的性价比，集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为55125，最大分辨率可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本
6、和易使用的特点。DS18B20数字温度传感器接线方便，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。单总线数字温度传感器正广泛应用于在多点温度测量系统中。单总线数字温度传感器将地址线、数据线、控制线合为1根信号线。每一个数字温度传感器内均有唯一的64位序列号,允许在信号线上挂接多个1-Wire总线器件。因此在单总路线多传感器系统中,只有获得该序列号后才能识别各传感器并对其进行操作。显示模块采用
7、1602液晶显示器，显示温度及时间。微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，在冶金、食品加工、化工等工业生产过程中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，都要求对温度进行严格控制。在日常生活中，电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等电器也需要进行温度检测与控制。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。而采用单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便，简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标
8、。在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验中，有特别重要的意义。传统所使用的温度计通常都是精度为1C和0.1C的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都紧密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。电子体温计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温速度快、测温准确、携带方便等优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对温度比较准确的场所，或科研实验室使用。电子体温计和传统的水银体温计相比更安全可靠，我们都知道水银有剧毒，如果破损可能带来玻璃扎伤或水银污染的隐患。随着信息的发展，温度的监测显得越来
9、越重要了，具有记录及分析温度的数字温度计更有发展前景。1.2 国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）温度计从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、半导体集成数字温度计等。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃温度计管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。主要温度仪表，如热电偶、热电阻及辐射温度计等在技术上已经成熟，但是它们只能在传统的场合应用，尚不能满足简单、快速、准确测温的要求，尤其是高科技领域。因此，各国专家都在有针对性地竞相开发各种新型温度传感器及特殊与实用测温技术，如采用光纤、激光及遥感或存储等技术的新型温度计已经实用化。在电子式
10、温度计中，传感器的灵敏度决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；主要是能够进行非电量和电量之间转换；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器。传统的分立式温度传感器热电偶传感器：热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-501600进行连续测量,特殊的热电偶如金铁镍铬，最低可测到-269，钨铼最高可达2800。模拟集成温度传感器：集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感
11、器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。智能温度传感器：智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。智能温度传感器包括数字温度传感器和石英温度传感器。数字温度传感器被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。用石英作为温度传感器的数字温度计可实现多种功能：用于
12、热化疗仪中对药液的温度进行测量，能获得较好的测温效果；用于温度检测系统，测温系统可用于各行各业中。进入21世纪后，数字温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。提高测温精度和分辨力：20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625。增加测试功能：新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实
13、时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统，它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。总线技术的标准化与规范化：目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。可靠性及安
14、全性设计：传统的A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器，普遍采用了高性能的式A转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。式AD转换器不仅能滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低，由于采用了数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的转换精度。这种智能温度传感器兼有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。水电站的建成，在进行大坝安全监测时，温度是一个最基本的参数。大坝长期受到水的压力会发生形变，因此位移
15、是大坝安全监测的一个重要项目。大坝水平方向和垂直方向的位移以及坝间的离合度，都是大坝安全监测的重要内容。由于大坝长期受到水的浸泡，在水压力作用下，坝段间的缝隙就会增大，从而直接影响到大坝的安全。测量坝间离合度的装置安装在一根长管子上，由于温度变化，管子也会发生形变，直接影响到离合度的测量。用数字温度传感器DSl8820测得大坝的环境温度，得到两次测量的温度变化，进而得到管子由于温度变化而引起的形变量，从位移测量数据中除去温度引起的形变即可得到坝间离合度的准确值。大坝环境恶劣，而数字单总线温度传感器集温度测量、AD转换于一体，具有单总线结构、数字输出、精度较高、直接与微机接口等优点，是目前最新的
16、测温器件。其电路设计简单，提高了系统稳定性、可靠性及抗干扰能力，适用于大坝的温度测量。以单线数字温度传感器DS18B20为温度敏感元件的储粮温检系统，该系统以PIII300PC 机为主机，以89C51单片机为检测分机，数字传感器直接与分机连接，分机与主机通过RS485总线网进行通信，所有的操作通过主机的菜单命令进行。系统具有温度检测，打印，报警和系统故障自检等功能。基于单线数字温度传感器DS18B20的储粮温度自动测试系统结构简单，现场安装调试方便，成本低，系统可靠性高，易于增减传感器的数量。由于温度传感器以数字形式输出温度值，长距离传输的可靠性好，抗干扰能力强，该系统还用于烟草，食品，化工等
17、其他类型仓库以及人工气候实验室，生产车间，智能大厦等环境的温度智能实时检测与控制。1.3 本课题研究内容及方案本文采用89C51单片机作为控制器，采用DS18B20温度传感器进行单线多点温度检测，用1602液晶显示器显示温度，记录并处理数据，实时时钟显示，报警电路的实现。1.3.1 硬件设计（1）传感器数据采集电路：采用多个DS18B20温度传感器构成单总线数据采集电路；（2）温度显示电路：采用1602显示，能够实时显示出当前温度；（3）上下限报警调整电路：当温度超出设定值时会发出报警，直至系统温度恢复正常；（4）时钟显示电路：能够显示当前具体时间，当系统掉电时，时钟芯片仍可继续工作，保证系统
18、安全稳定的运行；（5）人机接口、按键：根据需要切换时间和温度测量，并可以及时调整时间及校零；（6）单片机主板电路：总体布局最优，抗干扰能力强。1.3.2 软件设计 （1）主程序：主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理传感器测量的当前温度值重复的温度测量； （2）读出温度子程序：主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC 校验校验有错时不进行温度数据的改写； （3）温度转换命令子程序：温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令； （4）计算温度子程序：计算温度子程序将RAM中读出，取值进行BCD 码的转换运算并进行温值正负的判定； （5）显示数据刷新子程序：显示数据刷新子程序主要是对
19、显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高位显示为0 时将符号显示位移入下一位；（6）时钟显示程序：显示出当前时间，并可进行调整。1.3.3 方案设计本文利用AT89C52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。本
20、文设计一个电子温度计要求可以精确测量多个温度，并在同一时刻同一显示器上进行显示，并具有显示当前具体时间功能，具有存储功能，可查询任一时刻的温度，可根据需要第二章 系统总体方案设计该系统利用AT89C52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方
21、便的采集和整理时间温度数据。2.1 89C51单片机的介绍89C51单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的。89C51有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。89C51的存储器系统由4K的程序存储
22、器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。89C51单片机的基本组成框图见图2-1图2-1 89C51单片机结构由图2-1可见，8051单片机主要由以下几部分组成：（1） CPU系统：8位CPU，含布尔处理器；时钟电路；总线控制逻辑。（2） 存储器系统：4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64KB）；128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KB）；特殊功能寄存器SFR。（3） I/O口和其他功能单元：4个并行I/O口；2个16位定时计数器；1个全双工异步串行口；中断系统（5个中断源，2个优先级）。2.1.1 89C51单片机管脚图图2-2 89C51
23、单片机管脚图部分引脚说明：（1） 时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2： XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。要检查8051/8031 的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。（2） 输入/输出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向
24、I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2口(P2.0P2
25、.7，2128 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。P3口(P3.0P3.7，1017 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行数据接收。P3.1：(RXD)串行数据发送。P3.2：(INT0#)外部中断0输入。P3.3：(INT1#)外部中断1输入。P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。P3.5：(T1)定时/计数器1的外部
26、计数输入。P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。2.1.2 89C51单片机的中断系统89C51系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。2.1.3 89C51单片机的定时/计数器在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。89C51单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和
27、T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。2.2 温度传感器DS18B20DS18B20型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。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。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。其可以分别9375ms和750ms内完成9位和12位的数字量，最大分辨率为00625 ， 而且从DS18B20读出或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写。2.2.1 DS18B20的性能特点单线数字化智能集
28、成温度的传感器，其特点是： （1） DSI8B20可将被测温度直接转换成计算机能识别的数字信号输出，温度值不需要经电桥电路先获取电压模拟量，再经信号放大和AD转换成数字信号，解决了传统温度传感器存在的因参数不一致性，在更换传感器时会因放大器零漂而必须对电路进行重新调试的问题，使用方便（2） DS18B20能提供9到12位温度读数，精度高，且其信息传输只需1根信号线，与计算机接口十分简便，读写及温度变换的功率来自于数据线而不需额外的电源（3） 每一个DS18B20都有一个惟一的序列号，这就允许多个DS18B20连接到同一总线上尤其适合于多点温度检测系统（4） 负压特性：当电源极性接反时，DS18
29、B20虽然不能正常工作，但不会因发热而烧毁 正是由于具有以上特点，DS18B20在解决各种误差、可靠性和实现系统优化等方面与传统各种温度传感器相比，有无可比拟的优越性，因而广泛应用于过程控制、环境控制、建筑物、机器设备中的温度检测。2.2.2 DS18B20与单片机的典型接口设计DS18B20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。Dsl8B20与单片机的硬件连接有两种方法：一是Vcc接外部电源，GND接地，I/0与单片机的I/0线相连；二是用寄生电源供电，此时,UDD和GND接地，I/0接单片机I/0。无论是哪种供电方式，I/0口线都要接47k Q左右的上拉电阻。图
30、4给出了DSl8B20与微处理器的典型连接。（1） DS18B20寄生电源供电方式：如下面图2-3(a)所示，在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。独特的寄生电源方式有三个好处：1） 进行远距离测温时，无需本地电源2） 可以在没有常规电源的条件下读取ROM3） 电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当
31、几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠4.7K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。因此，该电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。（2） DS18B20寄生电源强上拉供电方式：改进的寄生电源供电方式如下面图2-3(b)所示，为了使DS18B20在动态转换周期中获得足够的电流供应，当进行温度转换或拷贝到E2存储器操作时，用MOSFET把I/O线直接拉到VCC就可提供足够的电流，在发出任何涉及到拷贝到E2存储器或启动温度转换的指
32、令后，必须在最多10S内把I/O线转换到强上拉状态。在强上拉方式下可以解决电流供应不走的问题，因此也适合于多点测温应用，缺点就是要多占用一根I/O口线进行强上拉切换。（3） DS18B20的外部电源供电方式：如下面图2-3(c)所示，在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，其VDD端用355V电源供电，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85。 （a）DS18B20寄生电源供
33、电方式 （b）DS18B20外部电源供电方式 (c) DS18B20温度转换期间的强上拉供电（寄生电源方式）图2-32.2.3 DS18B20 的内部结构主要包括寄生电源、温度传感器、64 位激光ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的TH 和TL 触发器存储与控制逻辑、8 位循环冗余校验码(CRC)发生器等七部分。64位光刻ROM 的排列是：开始8位是产品类型标号，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。光刻R0M 的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这可实现一根总线上挂接多个DS18B2
34、0的目的。暂存存储器包含了8个连续字节，前2个字节是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个字节是温度的高8位。第3个和第4个字节是TH、TL的易失性拷贝，第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这3个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第6、7、8个字节用于内部计算。第9个字节是冗余检验字节。2.2.4 DS18B20 的测温原理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
35、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，DS1 8B20测量温度原理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。在正常测温情况下，DS18B20 的测温分辨力为0.5，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS18B20 提供的读暂存器指令(BEH)读出以0.5为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位(LSB)，得到所测实际温度的整数部分TZ，然后再用BEH 指令取计数器1 的计数剩余值CS 和每度计数值CD。考虑到DS18B20测量温度的整数部分以0.25、0.75为进位界限的关系，实际温度TS
36、可用下式计算：TS=(TZ0.25) (CDCS)/CD2.2.5 告警信号：DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与TH、TL 作比较。若TTH 或TTL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20 同时测量温度并进行告警搜索。一旦某测温点越限，主机利用告警搜索命令即可识别正在告警的器件，并读出其序号，而不必考虑非告警器件。2.2.6 CRC 的产生：在64 位ROM 的最高有效字节中存有循环冗余校验码(CRC)。主机根据ROM 的前56 位来计算CRC 值，并和存入DS18B20 中的CRC 值作比较，以判断主机收到的ROM 数据
37、是否正确。CRC 的函数表达式为：CRC=XXX1。此外，DS18B20 尚需依上式为暂存器中的数据来产生一个8位CRC 送给主机，以确保暂存器数据传送无误。在本课题中采用五个数字式温度传感器DS18B20与单片机89C51连接如下图图2-4 DS18B20多点温度测量连接电路图2.2.7 DS18B20使用中注意事项DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也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与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否
38、则将无法读取测温结果。（2） 在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。（3） 连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，
39、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。2.3 1602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。2.3.1 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种
40、，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图2-5所示：图2-5 1602LCD尺寸图（1）1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表1所示。表1 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/
41、W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚
42、：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。2.3.2 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2所示。表2 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器
43、地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光
44、标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。与HD44780（1602LCD控制芯片）相兼容的芯片时序表如下：表
45、3 基本操作时序表读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无读写操作时序如图2-6和2-7所示：图2-6 读操作时序图2-7 写操作时序2.3.3 1602LCD的RAM地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图2-8是1602的内部显示地址。图2-8 1602LCD内部显示地址例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，
