接口技术试验报告

0 接口技术课程 设计报告

姓名：罗正鸿 学号：2011310692 李帅 2011313635 张文彬 2011310721 1

基于单片机点对点通信设计 摘要

随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检

测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差，这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。本设计选用AT89C51单片机作为主控制器件，DS18B20作为测温传感器,通过LM016L实现温度显示。通过DS18B20直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在0℃～100℃最大线性偏差小于0.01℃。该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程。

关键词：DS18B20，数字式，温度测量，点对点通信

一、 方案论证与比较 方案一：热电偶型电路 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 优点：测量温度精度高。 缺点：电路复杂，不利于硬件连线。 总结：从电路设计方向来看，不选用该方案。

方案二：TC1047电路 采用AT89S52作为系统处理器对采集的温度信号进行处理，温度的范围是0~100度。温度传感器TC1047首先将温度信号转化成电压信号，再经过信号处理，最后送到TLC5510进行A/D转换，最后将结果通过数码管显示出来。 优点：测量温度精度高、消耗低，电路比方案一简单。 缺点：成本价太高。 结论：从成本方面考虑，该方案不合适。

方案三：DS18B20电路 采用数字温度传感器DS18B20采集温度，温度测量范围为-55~125℃，通过AT89S52处理信号，不需要进行A/D转换，其自身可将模拟信号转化成数字信号，然后再通过数码管输出结果。 优点：无需进行A/D转换，且DS18B20芯片的管脚简单，无需外围硬件设备即可进行温度测量，与单片机交换信息仅需一根I/O口线，占用微处理器的端口 2

较少，可以节省大量的引线和逻辑电路。 缺点：测量温度精度适中。 总结：综合考虑，该方案能很好的实现题目的要求。

二、 系统设计与分析 1、设计要求 ⑴基本要求 ①采用DS18B20实现温度的采集； ②通过数码管显示温度； ③能用键盘输入预设数值，并进行操作。 ⑵发挥部分 ①能实现甲乙机之间的通信。 ⑶改进： ①提高温度测量精度。

2、总体设计 系统框图，如图所示

系统采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和AT89C51单片机构成的温度测量装置,DS18B20的DQ与AT89C51的P1.1口相连，与它直接输出温度的数字信号,采用AT89C51单片机控制。温度显示由74LS164和数码管配合完成。

AT89C51 时钟电路 复位电路 DS18B20数

字温度传感器

显示电路

测温物体

按键电路 MAX485通信收发器 3

3、模块说明 该系统有以下几部分组成： （1）显示模块 （2）控制模块 （3）测量模块 （4）按键模块 （5）通信模块

3.1、显示模块 在74LS164中，RXD、TXD都是当作IO口使用的，每个74LS164在收到一个时钟后，D0（A/B）、Q0~Q6顺次移到Q0~Q7 中，而前两个芯片的Q7分别接到后两个的A/B端，由于它们的时钟都是共用的，所以在时钟输入时，前一个芯片的Q7就通过后一芯片的A/B端锁存到其Q0了，而各芯片原来的Q0~Q6移到Q1~Q7。这样只要连续发送24个时钟就可以把24位数据分别移到3个芯片的24个输出脚上。

3.2、控制模块 本系统中采用AT89C51系列单片机完成整个数控部分的功能，同时，AT89C51作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。 4

VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 5

口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） 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） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.3、测量模块 在该系统中，测量模块采用温度传感器DSl8820。DSl8820是美国达拉斯(DALLAS)半导体公司推出的应用可组网的数字温度传感器，不需A／D转换电路，直接将温度值转换成数字量。

(1) DQ为数字信号输入输出端 (2) GND为电源地 (3) VDD为外接供电电源输入端 温度寄存器（0和1字节） 6

DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例： 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。 DS18B20 的温度操作是使用16 位，也就是说分辨率是0.0625。BIT15~BIT11 是符号位，为了就是表示转换的值是正数还是负数。

3.4、键盘模块 矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4×4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

3.5、通信模块 MAX485是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器。MAX485的驱动器摆率不受限制, 可以实现最高2.5Mbps的传输速率。这些收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120μA至500μA之间。所有器件都工作在5V 单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输 出。具有较高的抗干扰性能。