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1、畢業(yè)論文2014屆題 目 基于51單片機的溫度報警器設(shè)計 姓 名 我 學(xué) 號 專業(yè)班級 通信電子技術(shù) 指導(dǎo)教師 于先生 2014年12月3日畢業(yè)論文任務(wù)書主要實現(xiàn)：實時溫度測量及顯示，超出溫度范圍聲光報警，上下限溫度可通過按鍵設(shè)定等功能。本數(shù)字溫度報警器是基于51單片機及溫度傳感器DS18B20來設(shè)計的，溫度測量范圍0到99.9攝氏度，精度為0.1攝氏度，可見測量溫度的范圍廣，精度高的特點?？稍O(shè)置上下限報警溫度，默認(rèn)上限報警溫度為38、默認(rèn)下限報警溫度為5（通過程序可以更改上下限值）。報警值可設(shè)置范圍：最低上限報警值等于當(dāng)前下限報警值，最高下限報警值等于當(dāng)前上限報警值。將下限報警值調(diào)為0時為關(guān)

2、閉下限報警功能。目 錄前言11 設(shè)計要求與方案論證21.1 設(shè)計要求21.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證21.2.1 單片機芯片的選擇方案和論證21.2.2 溫度傳感器設(shè)計方案論證31.2.3 掉電保持方案論證31.3 電路設(shè)計最終方案決定42 主要元件介紹42.1 STC89C51介紹42.1.1 STC89C51主要功能及PDIP封裝42.1.2 STC89C51引腳介紹42.1.3 單片機最小系統(tǒng)：52.2 DS18B20傳感器介紹62.2.1 DS18B20概述62.2.2 DS18B20引腳介紹72.2.3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)72.2.4 DS18B20的程序流程圖82.3 數(shù)碼管

3、介紹92.3.1 數(shù)碼管概述102.4 AT24C02簡介102.4.1 I2C總線說明113 程序流程圖12圖6：程序流程圖13結(jié)論14參考文獻(xiàn)15致 謝16附錄1 系統(tǒng)原理圖17附錄2 C語言程序182基于51單片機的溫度報警器設(shè)計摘 要：單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度器，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設(shè)置上下報警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時，可以報警。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。本文通過采用蜂鳴器作為電聲元件的溫度報警器的設(shè)計，闡明了該裝置進(jìn)行設(shè)計

4、與制作的具體過程及方法。這種溫度報警器結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強，應(yīng)用廣泛。工作時，溫度測量范圍為538。當(dāng)前環(huán)境溫度若超過設(shè)定的高溫臨界溫度，由單片機發(fā)出報警信號，從而防止帶來的不必要的損失。造成高溫火災(zāi)有：電氣線路短路、過載、接觸電阻過大等引發(fā)高溫或火災(zāi)；靜電產(chǎn)生高溫或或火災(zāi)；雷電等強電侵入導(dǎo)致高溫或火災(zāi)；最主要是機房內(nèi)電腦、空調(diào)等用電設(shè)備長時間工作，導(dǎo)致設(shè)備老化，空調(diào)發(fā)生故障，而不能降溫；因此機房內(nèi)所屬的電子產(chǎn)品發(fā)熱快，在短時間內(nèi)機房溫度升高超出設(shè)備正常溫度，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或產(chǎn)生火災(zāi)，這時溫度報警系統(tǒng)就會發(fā)揮應(yīng)有的功能。關(guān)鍵詞:STC89C51單片機，數(shù)字控制，溫度計，DS18B20,24c02

5、前言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機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)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，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。本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，掉電保持上下限溫度值，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用單片機 STC89C51，測溫傳感器使用 DS18B20，掉電保持使用24c02，用四位一體共陽極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實

6、現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到要求。泉州理工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文1 設(shè)計要求與方案論證首先明確設(shè)計要求，再討論方案，一一攻破設(shè)計的難點。1.1 設(shè)計要求基本范圍0-99 ；精度誤差小于 0.1 ；數(shù)碼管直讀顯示；擴(kuò)展功能：可以任意設(shè)定溫度的上下限報警功能，并可以掉電保持上下限溫度值。1.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 1.2.1 單片機芯片的選擇方案和論證由于單片機具有以下的很多優(yōu)點，被我們選定為制作該作品的首選芯片單片機特點：（1）高集成度，體積小，高可靠性 單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用

7、的CPU。單片機程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 （2）控制功能強 為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 （3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的最低工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 （4）易擴(kuò)展 片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。 （5）優(yōu)異的性價比 單片機的性能極高。為了提高速度和

8、運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。 方案一:采用STC89C51芯片作為硬件核心。STC89C51內(nèi)部具有8KB ROM 存儲空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲空間，與MCS-51系列單片機完全兼容,STC89C51可以通過串口下載。方案二:采用AT89S51。AT89S51片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間沒有E

9、EPROM存儲空間，也與MCS-51系列單片機完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機都完全能夠滿足設(shè)計需要，STC89C51相對ATS89C52價格便宜，且抗干擾能力強。考慮到成本因素，因此選用STC89C51。1.2.2 溫度傳感器設(shè)計方案論證利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類?，F(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(計算機技術(shù))。溫度傳感器的發(fā)

10、展大致經(jīng)歷了以下三個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器/控制器；(3)智能溫度傳感器。國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1C。國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625C。由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125C，測溫精度為0.2C。為了提高多通道智能溫度

11、傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進(jìn)行通信。方案一: 由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化 的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二:進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易

12、想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。從以上兩種方案，兩種都完全能夠滿足設(shè)計需要，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 1.2.3 掉電保持方案論證為了方便使用，本設(shè)計采用串行E2PROMI2C-BUS的存儲器件AT24C02，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應(yīng)用。本設(shè)計就是采用此功能。1.3 電路設(shè)計最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定：采用STC89C51單片機作為主控制系統(tǒng)；采用DS18B20為傳感器

13、；采用AT24C02作為數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)；采用數(shù)碼管作為顯示器件。2 主要元件介紹2.1 STC89C51介紹STC89C51是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機。2.1.1 STC89C51主要功能及PDIP封裝STC89C51主要功能如表1所示，其PDIP封裝如圖1所示主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒

14、功能表1：STC89C51主要功能2.1.2 STC89C51引腳介紹 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。可編程輸入/輸

15、出引腳（32根）STC89C51單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7圖1：STC89C51封裝圖2.1.3 單片機最小系統(tǒng)：當(dāng)在STC89C51單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作，按鍵手動復(fù)位

16、有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)過電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)的。最小系統(tǒng)如圖2所示。圖2 單片機最小系統(tǒng)電路電路以STC89C51單片機最小系統(tǒng)為控制核心，測溫電路由DS18B20提供，輸入部分采用三個獨立式按鍵S1、S2、S3。數(shù)碼管顯示部分。具體電路連接，詳見附錄1。2.2 DS18B20傳感器介紹2.2.1 DS18B20概述在現(xiàn)代檢測技術(shù)中，傳感器占據(jù)著不可動搖的重要位置。主機對數(shù)據(jù)的處理能力已經(jīng)相當(dāng)?shù)膹姡菍ΜF(xiàn)實世界中的模擬量卻無能為力。如果沒有各種精確可靠的傳感器對非電量和模擬信號進(jìn)行檢測并提供可靠的數(shù)據(jù)，那計算機也無法發(fā)揮他應(yīng)有的作用。傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為

17、電量，經(jīng)過放大處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計算機，由計算機對信號進(jìn)行分析處理。從而傳感器技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合起來，對自動化和信息化起重要作用。采用各種傳感器和微處理技術(shù)可以對各種工業(yè)參數(shù)及工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行測控及檢驗，準(zhǔn)確測量產(chǎn)品性能，及時發(fā)現(xiàn)隱患。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)產(chǎn)品性能，防止事故發(fā)生提供必要的信息和更可靠的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，且對測量要求比較高，所以選擇合適的傳感器很重要。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器DS18B20正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)

18、等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測量裝置已廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片外加不銹鋼保護(hù)管封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。有獨特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊；其測溫范圍 55125，固有測溫分辨率0.5；支持多點組網(wǎng)功能；多個DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫；工作電源為35V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。DS18B20的性能特點如

19、下：（1） 采用DALLAS公司獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊； （2）在使用中不需要任何外圍元件；（3）可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍：+3.0V+5.5V；（4）測溫范圍：-55+125。固有測溫分辨率為0.5。當(dāng)在-10+85范圍內(nèi)，可確保測量誤差不超過0.5，在-55+125范圍內(nèi)，測量誤差也不超過2；（5）通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值；（7）支持多點的組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫（8）負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電

20、壓的極性反接時，能保護(hù)DS18B20不會因發(fā)熱而燒毀，但此時芯片無法正常工作；（9）DS18B20的轉(zhuǎn)換速率比較高，進(jìn)行9位的溫度值轉(zhuǎn)換只需93.75ms；（10）適配各種單片機或系統(tǒng)；（11）內(nèi)含64位激光修正的只讀存儲ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號和8位循環(huán)冗余校驗碼(CRC)之后，產(chǎn)品序號占48位。出廠前產(chǎn)品序號存入其ROM中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時，允許在單線總線上掛接多片DS18B20。2.2.2 DS18B20引腳介紹圖3：DS18B20引腳各引腳功能為：I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。UDD是可供選用的外部電源端，不用時接地，

21、GND為地，NC空腳。2.2.3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括7部分:寄生電源、溫度傳感器、64位激光（loser）ROM與單線接口、高速暫存器（即便筏式RAM，用于存放中間數(shù)據(jù)）、TH觸發(fā)寄存器和TL觸發(fā)寄存器，分別用來存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器。圖4：DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2.4 DS18B20的程序流程圖否是發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令寫入18B20讀溫度前復(fù)位顯示測溫點位置18B20復(fù)位開始18B20存在？延時發(fā)出讀溫度命令寫入18B20讀入溫度值數(shù)據(jù)返回延時圖5程序流程圖2.3 數(shù)碼管介紹數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件

22、，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段

23、發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。2.3.1 數(shù)碼管概述圖5：數(shù)碼管數(shù)碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它使用了8個Led發(fā)光二極管，其中七個用于顯示字符，一個顯示小數(shù)點，所以通稱為七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖所示（數(shù)碼管的正面朝自己，小數(shù)點在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp為段引腳，S1、S2、S3、S4分別表示四個數(shù)碼管的位。2.4 AT24C02簡介如圖1為AT24C02的芯片引腳圖。圖3-1 AT24C02的芯片引腳圖AT24C02提供電可擦除的串行1024位存儲

24、或可編程只讀存儲器(EEPROM)128字(8位/字)。芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行了最優(yōu)化。AT24C01的封裝為8腳PDIP、8腳JEDECSOIC、8腳TSSOP，通過2線制串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。另外,整個系列有2.7V(2.7V至5.5V)和1.8V (1.8V至5.5V)兩個版本。設(shè)備操作：C L O C K 和 D A T A 變化：SDA管腳通常外都要拉高。SDA管腳上的數(shù)據(jù)只能在SCL低期間改變。數(shù)據(jù)在SCL高期間改變定義為一個開始或停止信號。開始狀態(tài)：在任何操作之前必須有一個開始信號-在SCL為高時SDA上產(chǎn)生一個下降沿。停止?fàn)顟B(tài)： SCL為高時SDA產(chǎn)生一個上升沿是停止

25、信號，停止信號后將停止所有通信。在一個讀的序列之后，停止信號將讓EEPROM進(jìn)入備用電源模式。2.4.1 I2C總線說明I2C(InterIntegrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇。可隨時監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。1 I2C總線的硬件結(jié)構(gòu)I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙

26、向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。為了避免總線信號的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時必須是開漏輸出或集電極開路輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機，一方面要通過SCL輸出電路發(fā)送時鐘信號，另一方面還要檢測總線上的SCL電平，以決定什么時候發(fā)送下一個時鐘脈沖電平；作為接受主機命令的從機，要按總線上的SCL信號發(fā)出或接收SDA上的信號，也可以向SCL線發(fā)出低電平

27、信號以延長總線時鐘信號周期?？偩€空閑時，因各設(shè)備都是開漏輸出，上拉電阻RP使SDA和SCL線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號線變低，也就是說：各設(shè)備的SDA是“與”關(guān)系，SCL也是“與”關(guān)系。 總線對設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒有特殊的要求（NMOS、CMOS都可以兼容）。在I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送率可高達(dá)每秒十萬位，高速方式時在每秒四十萬位以上。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過400pF為限。 總線的運行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機控制。所謂主機是指啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動信號）、發(fā)出時鐘信號以及傳送結(jié)束時發(fā)出停止信號的設(shè)備，通常主機都是微處理器。被主機尋訪的設(shè)備稱

28、為從機。為了進(jìn)行通訊，每個接到I2C總線的設(shè)備都有一個唯一的地址，以便于主機尋訪。主機和從機的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機發(fā)送數(shù)據(jù)到從機，也可以由從機發(fā)到主機。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元

29、發(fā)出一個應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應(yīng)答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。如圖3-2所示：SDASCL開始結(jié)束圖3-2 開始、結(jié)束信號圖目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監(jiān)控芯片等也提供I2C接口?？偩€基本操作：I2C規(guī)程運用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。 總線必須由主

30、器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件。控制字節(jié)：在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應(yīng)為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當(dāng)為1時為讀操作，為0時為寫操作。寫操作：寫操作分為字節(jié)寫和頁面寫兩種操作，對于頁面寫根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。讀操作：讀操作有三種基本操作：當(dāng)前地址讀、隨機讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時序圖。應(yīng)當(dāng)

31、注意的是：最后一個讀操作的第9個時鐘周期不是“不關(guān)心”。為了結(jié)束讀操作，主機必須在第9個周期時發(fā)出停止條件或者在第9個時鐘周期內(nèi)保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。3 程序流程圖開始初始化讀取當(dāng)前溫度讀取AT24C02內(nèi)上下限溫度值顯示當(dāng)前溫度判斷SET是否按下正常范圍否是否加減鍵是否按下當(dāng)前溫度與上下限位關(guān)系小于下限大于上限是下限指示燈點亮，蜂鳴器閃響上限指示燈點亮，蜂鳴器閃響相應(yīng)處理上下限位，并寫入AT24C02While循環(huán)返回圖6：程序流程圖結(jié)論通過對自己在大學(xué)兩年時間里所學(xué)的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計的思考及書面表達(dá)能力，最終完成了本設(shè)計。這為自己今后進(jìn)一步

32、深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我運用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進(jìn)行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。本次論文設(shè)計，使我加深了對單片機的認(rèn)識，并且熟悉了單片機系統(tǒng)的設(shè)計流程，收獲豐碩。技術(shù)在不斷進(jìn)步，機械式時鐘已經(jīng)被淘汰，電子時代已經(jīng)到來。做為新時代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時代的發(fā)展。知識來自實踐，多從生活中探尋所需要的。從這次的論文設(shè)計中，我真正的體會到，知識的重要性，特別是要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識運用到實際生活當(dāng)中，要用知識改變一切。參考文獻(xiàn)1 陳權(quán)昌,李

33、興富.單片機原理及應(yīng)用M.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2007.841022 李慶亮.C語言程序設(shè)計實用教程M.北京:機械工業(yè)出版社,2005.32583 楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2003.1251324 及力.Protel 99 SE原理圖與PCB設(shè)計教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2007.891505 徐江海.單片機實用教程M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.1281566 胡宴如.模擬電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2008.601047 汪文，陳林.單片機原理及應(yīng)用M.湖北:華中科技大學(xué)出版社,2007.36688 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M.北京:高等教育出

34、版社,2008.2032099 楊欣電子設(shè)計從零開始M.北京:清華大學(xué)出版社,2005.28102致 謝首先，感謝學(xué)校三年來對我的培養(yǎng)。為我們營造了一個良好的學(xué)習(xí)氛圍，建設(shè)一流的教學(xué)設(shè)施，使我們身心愉快的投入到學(xué)習(xí)中。其次，感謝尊敬的指導(dǎo)老師，有了他的諄諄教誨，處處提點，才使本論文的前期準(zhǔn)備以及整個研究過程順利完成。指導(dǎo)老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、扎實的理論基礎(chǔ)、全身心投入工作的精神以及對學(xué)生盡心盡力的態(tài)度給了我極大的幫助與鼓勵，使我受益匪淺。從指導(dǎo)老師的教學(xué)態(tài)度上，我學(xué)到的不僅僅只有書本上的知識，還有做人的道理。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)

35、老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。最后，感謝我的父母多年來給予我的支持和關(guān)懷，同時感謝我的舍友和朋友對我的幫助。附錄1 系統(tǒng)原理圖附錄2 C語言程序#include #define ui unsigned int#define uc unsigned char /宏定義sbit SET=P31; /定義調(diào)整鍵sbit DEC=P32; /定義減少鍵sbit ADD=P33; /定義增加鍵sbit BEEP=P36; /定義蜂鳴器sbit ALAM=P12;/定義燈光報警sbit ALAM1=P14;sbit DQ =P37; /定義DS18B20總線I/Osbit SCL=P16;sbit SD

36、A=P17;sbit DIAN=P05; /小數(shù)點bit bdata shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit bdata beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志uc x=0; /計數(shù)器ui bai,shi,ge;uc set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志char shangxian,xiaxian;code LEDData=0 x5F,0 x44,0 x9D,0 xD5,0 xC6,0 xD3,0 xDB,0 x47,0 xDF,0 xD7,0 xCF,0 xDA,0 x9B,0 xDC,0 x9B,0 x8B;/=DS18B20=/*延時子程序*/void Delay_DS18B20(int

37、num) while(num-) ;void delay()/5微秒延時函數(shù) ; void start() /開始信號SDA=1;delay();SCL=1;delay();SDA=0;delay();void stop() /終止信號SDA=0;delay();SCL=1;delay();SDA=1;delay();void respons() /應(yīng)答uc i;SCL=1;delay();while(SDA=1)&(i250)i+;/如果SDA為低應(yīng)答有效，或者超過一定時間默認(rèn)應(yīng)答有效SCL=0;delay();void init24c04()/I2C總線初始化SDA=1;delay();S

38、CL=1;delay();void write_byte(uc date)/寫操作uc i,temp;temp=date;for(i=0;i8;i+)temp=temp1;SCL=0; delay();SDA=CY;delay();SCL=1;delay();SCL=0;delay();SDA=1;delay();uc read_byte()/讀操作uc i,k;SCL=0;delay();SDA=1;delay();for(i=0;i8;i+)SCL=1;delay();k=(k0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat=1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=

39、0 x80; Delay_DS18B20(4); return(dat);/*寫一個字節(jié)*/void WriteOneChar(uc dat) uc i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0 x01; Delay_DS18B20(5); DQ = 1; dat=1; /*讀取溫度*/ui ReadTemperature(void) ui b=0; ui t=0; ui a=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0 xCC); /跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0 x44); /啟動溫度轉(zhuǎn)換 Init_DS18B

40、20(); WriteOneChar(0 xCC); /跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0 xBE); /讀取溫度寄存器 a=ReadOneChar(); /讀低8位 b=ReadOneChar(); /讀高8位 t=b; t=8; t=t|a; tt=t*0.0625; t= tt*10+0.5; /放大10倍輸出并四舍五入 return(t);/*延時子程序*/void Delay(ui num) while( -num );/*初始化定時器0*/void InitTimer(void)TMOD=0 x01;TH0=0 x3c;TL0=0 xb0; /50ms（晶振12M）

41、/*讀取溫度*/void check_wendu(void)ui f;f=ReadTemperature()-5; /獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差if(f999)f=999;bai=f/100; /計算得到十位數(shù)字shi=(f%100)/10; /計算得到個位數(shù)字ge=(f%100)%10; /計算得到整數(shù)位/*顯示開機初始化等待畫面*/void Disp_init(void) P0 = 0 x80; /顯示-P2 = 0 x7F;Delay(200);P2 = 0 xDF;Delay(200); P2 = 0 xF7;Delay(200);P2 = 0 xFD;Delay(200

42、);P2 = 0 xFF; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/void Disp_Temperature(void) /顯示溫度P0 = 0 x98; /顯示CP2 = 0 x7F;Delay(400);P0=LEDDatage; /顯示個位P2 = 0 xDF;Delay(400);P0 =LEDDatashi; /顯示十位DIAN = 0; /顯示小數(shù)點P2 = 0 xF7;Delay(400);P0 =LEDDatabai; /顯示百位P2 = 0 xFD;Delay(400);P2 = 0 xff; /關(guān)閉顯示/*顯示報警溫度子程序*/void Disp_alarm(uc baojing

43、)P0 =0 x98; /顯示CDelay(200);P0 =LEDDatabaojing%10; /顯示十位P2 = 0 xDF;Delay(200);P0 =LEDDatabaojing/10; /顯示百位P2 = 0 xF7;Delay(200);if(set_st=1)P0 =0 xCE;else if(set_st=2)P0 =0 x1A; /上限H、下限L標(biāo)示P2 = 0 xFD;Delay(200);P2 = 0 xff; /關(guān)閉顯示/*報警子程序*/void Alarm()if(x=10)beep_st=beep_st;x=0;if(bai*10+shi)=shangxian&

44、beep_st=1)BEEP=0;ALAM1=0;else if(bai*10+shi)=shangxian&beep_st=0)BEEP=1;ALAM1=0;if(bai*10+shi)xiaxian&beep_st=1)BEEP=0;ALAM=0;else if(bai*10+shi)xiaxian&beep_st=0)BEEP=1;ALAM=0;if(bai*10+shi)=xiaxian)BEEP=1;ALAM1=1;ALAM=1;/*主函數(shù)*/void main(void)ui z;InitTimer(); /初始化定時器EA=1; /全局中斷開關(guān)ET0=1; /開啟定時器0chec

45、k_wendu();check_wendu();shangxian=read_add(10);xiaxian=read_add(20);for(z=0;z2)set_st=0;if(set_st=0)check_wendu();Disp_Temperature();Alarm(); /報警檢測else if(set_st=1)BEEP=1; /關(guān)閉蜂鳴器ALAM=1;ALAM1=1;if(x=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0;if(shanshuo_st) Disp_alarm(shangxian);if(ADD=0)doDisp_alarm(shangxian);

46、while(ADD=0);shangxian+;if(shangxian99)shangxian=99;write_add(10,shangxian);else if(DEC=0)doDisp_alarm(shangxian);while(DEC=0);shangxian-;if(shangxian=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0;if(shanshuo_st) Disp_alarm(xiaxian);if(ADD=0)doDisp_alarm(xiaxian);while(ADD=0);xiaxian+;if(xiaxianshangxian) xiaxian=shangxian;write_add(20,xiaxian);else if(DEC=0)doDisp_alarm(xiaxian);while(DEC=0);xiaxian-;if(xiaxian0) xiaxian=0;write_add(20,xiaxian);/*定時器0中斷服務(wù)程序*/void timer0(void) interrupt 1TH0=0 x3c;TL0=0 xb0;x+;29