畢業(yè)論文任務(wù)書(shū)

主要實(shí)現(xiàn)：實(shí)時(shí)溫度測(cè)量及顯示，超出溫度范圍聲光報(bào)警，上下限溫度可通過(guò)按鍵設(shè)定等功能。

本數(shù)字溫度報(bào)警器是基于51單片機(jī)及溫度傳感器DS18B20來(lái)設(shè)計(jì)的，溫度測(cè)量范圍0到99.9攝氏度，精度為0.1攝氏度，可見(jiàn)測(cè)量溫度的范圍廣，精度高的特點(diǎn)�？稍O(shè)置上下限報(bào)警溫度，默認(rèn)上限報(bào)警溫度為38℃、默認(rèn)下限報(bào)警溫度為5℃（通過(guò)程序可以更改上下限值）。報(bào)警值可設(shè)置范圍：最低上限報(bào)警值等于當(dāng)前下限報(bào)警值，最高下限報(bào)警值等于當(dāng)前上限報(bào)警值。將下限報(bào)警值調(diào)為0時(shí)為關(guān)閉下限報(bào)警功能。

目 錄

基于51單片機(jī)的溫度報(bào)警器設(shè)計(jì)

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)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(jī)控制的數(shù)字溫度器，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。

隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度。本文通過(guò)采用蜂鳴器作為電聲元件的溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)，闡明了該裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作的具體過(guò)程及方法。這種溫度報(bào)警器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。工作時(shí)，溫度測(cè)量范圍為5—38ºＣ。當(dāng)前環(huán)境溫度若超過(guò)設(shè)定的高溫臨界溫度，由單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而防止帶來(lái)的不必要的損失。

造成高溫火災(zāi)有：電氣線路短路、過(guò)載、接觸電阻過(guò)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(qiáng)電侵入導(dǎo)致高溫或火災(zāi)；最主要是機(jī)房?jī)?nèi)電腦、空調(diào)等用電設(shè)備長(zhǎng)時(shí)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(jī)房?jī)?nèi)所屬的電子產(chǎn)品發(fā)熱快，在短時(shí)間內(nèi)機(jī)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(shí)溫度報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)發(fā)揮應(yīng)有的功能。

關(guān)鍵詞:STC89C51單片機(jī)，數(shù)字控制，溫度計(jì)，DS18B20,24c02

前言

隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來(lái)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(jī)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(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)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(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī) STC89C51，測(cè)溫傳感器使用 DS18B20，掉電保持使用24c02，用四位一體共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到要求

1 設(shè)計(jì)要求與方案論證

首先明確設(shè)計(jì)要求，再討論方案，一一攻破設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

1.1 設(shè)計(jì)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(bào)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(jī)芯片的選擇方案和論證

由于單片機(jī)具有以下的很多優(yōu)點(diǎn)，被我們選定為制作該作品的首選芯片

單片機(jī)特點(diǎn)：

（1）高集成度，體積小，高可靠性

單片機(jī)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(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。

（2）控制功能強(qiáng)

為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)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(mén)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(jī)內(nèi)的最低工作電壓僅為1.8V～3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。

（4）易擴(kuò)展

片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)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(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

（5）優(yōu)異的性價(jià)比

單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開(kāi)始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)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(jī)的廣泛使用，因而銷(xiāo)量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)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(chǔ)空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)空間，與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,STC89C51可以通過(guò)串口下載。

方案二:

采用AT89S51。AT89S51片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間沒(méi)有EEPROM存儲(chǔ)空間，也與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。

兩種單片機(jī)都完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要，STC89C51相對(duì)ATS89C52價(jià)格便宜，且抗干擾能力強(qiáng)。考慮到成本因素，因此選用STC89C51。

1.2.2 溫度傳感器設(shè)計(jì)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(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)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。

現(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(jì)算機(jī)技術(shù))。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)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(guó)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(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1°C。國(guó)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9~12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5~0.0625°C。由美國(guó)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)0.03125°C，測(cè)溫精度為±0.2°C。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(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(shí)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(jī)可通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。

方案一:

由于本設(shè)計(jì)是測(cè)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(cè)溫度變化 的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)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(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，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(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。

從以上兩種方案，兩種都完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)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(jì)采用串行E2PROMI2C-BUS的存儲(chǔ)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(diǎn)，在儀器儀表及工業(yè)自動(dòng)化控制中得到大量的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就是采用此功能。

1.3 電路設(shè)計(jì)最終方案決定

綜上各方案所述,對(duì)此次作品的方案選定：采用STC89C51單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)；采用DS18B20為傳感器；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(jī)。

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

表1：STC89C51主要功能

2.1.2 STC89C51引腳介紹

① 主電源引腳（2根）

VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源

GND(Pin20)：接地線

②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

③控制引腳（4根）

RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。

ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)

PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)

EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。

④可編程輸入/輸出引腳（32根）

STC89C51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。

P0口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7

圖1：STC89C51封裝圖

2.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)：

當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作，按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)過(guò)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。最小系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

電路以STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，測(cè)溫電路由DS18B20提供，輸入部分采用三個(gè)獨(dú)立式按鍵S1、S2、S3。數(shù)碼管顯示部分。具體電路連接，詳見(jiàn)附錄1。

2.2 DS18B20傳感器介紹

2.2.1 DS18B20概述

在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中，傳感器占據(jù)著不可動(dòng)搖的重要位置。主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力已經(jīng)相當(dāng)?shù)膹?qiáng)，但是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的模擬量卻無(wú)能為力。如果沒(méi)有各種精確可靠的傳感器對(duì)非電量和模擬信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并提供可靠的數(shù)據(jù)，那計(jì)算機(jī)也無(wú)法發(fā)揮他應(yīng)有的作用。傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過(guò)放大處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。從而傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，對(duì)自動(dòng)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(duì)各種工業(yè)參數(shù)及工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)控及檢驗(yàn)，準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)品性能，及時(shí)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(duì)測(cè)量要求比較高，所以選擇合適的傳感器很重要。目前，國(guó)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(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)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(cè)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(guó)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(cè)溫和控制領(lǐng)域。有獨(dú)特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊；其測(cè)溫范圍 －55℃～＋125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫；工作電源為3~5V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。

DS18B20的性能特點(diǎn)如下：

（1） 采用DALLAS公司獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)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(cè)溫范圍：-55～+125℃。固有測(cè)溫分辨率為0.5℃。當(dāng)在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，可確保測(cè)量誤差不超過(guò)0.5℃，在-55～+125℃范圍內(nèi)，測(cè)量誤差也不超過(guò)2℃；

（5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式；

（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值；

（7）支持多點(diǎn)的組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫

（8）負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù)DS18B20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但此時(shí)芯片無(wú)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(jī)或系統(tǒng)；

（11）內(nèi)含64位激光修正的只讀存儲(chǔ)ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號(hào)和8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)之后，產(chǎn)品序號(hào)占48位。出廠前產(chǎn)品序號(hào)存入其ROM中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，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(kāi)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(shí)接地，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(lái)存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲(chǔ)和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗(yàn)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

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，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(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“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(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)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(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，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(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，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(gè)Led發(fā)光二極管，其中七個(gè)用于顯示字符，一個(gè)顯示小數(shù)點(diǎn)，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(diǎn)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(gè)數(shù)碼管的位。

2.4 AT24C02簡(jiǎn)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(chǔ)或可編程只讀存儲(chǔ)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JEDEC

SOIC、8腳TSSOP，通過(guò)2線制串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。另外,整個(gè)系列有2.7V(2.7V至5.5V)和1.8V (1.8V至5.5V)兩個(gè)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(gè)開(kāi)始或停止信號(hào)。

開(kāi)始狀態(tài)：在任何操作之前必須有一個(gè)開(kāi)始信號(hào)----在SCL為高時(shí)SDA上產(chǎn)生一個(gè)下降沿。

停止?fàn)顟B(tài)： SCL為高時(shí)SDA產(chǎn)生一個(gè)上升沿是停止信號(hào)，停止信號(hào)后將停止所有通信。

在一個(gè)讀的序列之后，停止信號(hào)將讓EEPROM進(jìn)入備用電源模式。

2.4.1 I2C總線說(shuō)明

I2C(Inter－Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開(kāi)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(kāi)發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)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�？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)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(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)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(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。

為了避免總線信號(hào)的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時(shí)必須是開(kāi)漏輸出或集電極開(kāi)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(shí)鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)，一方面要通過(guò)SCL輸出電路發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，另一方面還要檢測(cè)總線上的SCL電平，以決定什么時(shí)候發(fā)送下一個(gè)時(shí)鐘脈沖電平；作為接受主機(jī)命令的從機(jī)，要按總線上的SCL信號(hào)發(fā)出或接收SDA上的信號(hào)，也可以向SCL線發(fā)出低電平信號(hào)以延長(zhǎng)總線時(shí)鐘信號(hào)周期。總線空閑時(shí)，因各設(shè)備都是開(kāi)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(hào)線變低，也就是說(shuō)：各設(shè)備的SDA是“與”關(guān)系，SCL也是“與”關(guān)系。

總線對(duì)設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒(méi)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(wàn)位，高速方式時(shí)在每秒四十萬(wàn)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(guò)400pF為限。

總線的運(yùn)行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機(jī)控制。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。被主機(jī)尋訪的設(shè)備稱為從機(jī)。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到I2C總線的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī)，也可以由從機(jī)發(fā)到主機(jī)。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(guò)程中共有三種類型信號(hào)， 它們分別是：開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。

開(kāi)始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。

結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，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(hào)：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(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。如圖3-2所示：

圖3-2 開(kāi)始、結(jié)束信號(hào)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(jī)有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲(chǔ)器、監(jiān)控芯片等也提供I2C接口。

總線基本操作：

I2C規(guī)程運(yùn)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)。 總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)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(lái)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(shí)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(xiě)位，當(dāng)為1時(shí)為讀操作，為0時(shí)為寫(xiě)操作。

寫(xiě)操作：寫(xiě)操作分為字節(jié)寫(xiě)和頁(yè)面寫(xiě)兩種操作，對(duì)于頁(yè)面寫(xiě)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(jī)讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時(shí)序圖。應(yīng)當(dāng)注意的是：最后一個(gè)讀操作的第9個(gè)時(shí)鐘周期不是“不關(guān)心”。為了結(jié)束讀操作，主機(jī)必須在第9個(gè)周期時(shí)發(fā)出停止條件或者在第9個(gè)時(shí)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

圖6：程序流程圖

結(jié)論

通過(guò)對(duì)自己在大學(xué)兩年時(shí)間里所學(xué)的知識(shí)的回顧，并充分發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書(shū)面表達(dá)能力，最終完成了本設(shè)計(jì)。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫(xiě)論文的過(guò)程也是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問(wèn)題或?qū)嶋H問(wèn)題，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

本次論文設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，并且熟悉了單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，收獲豐碩。技術(shù)在不斷進(jìn)步，機(jī)械式時(shí)鐘已經(jīng)被淘汰，電子時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。做為新時(shí)代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展。知識(shí)來(lái)自實(shí)踐，多從生活中探尋所需要的。

從這次的論文設(shè)計(jì)中，我真正的體會(huì)到，知識(shí)的重要性，特別是要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中，要用知識(shí)改變一切。

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致謝

首先，感謝學(xué)校三年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)。為我們營(yíng)造了一個(gè)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(diǎn)，才使本論文的前期準(zhǔn)備以及整個(gè)研究過(guò)程順利完成。指導(dǎo)老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、全身心投入工作的精神以及對(duì)學(xué)生盡心盡力的態(tài)度給了我極大的幫助與鼓勵(lì)，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(shū)本上的知識(shí)，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(lì)著我。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。

最后，感謝我的父母多年來(lái)給予我的支持和關(guān)懷，同時(shí)感謝我的舍友和朋友對(duì)我的幫助。

附錄1 系統(tǒng)原理圖

附錄2  C語(yǔ)言程序

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2018-4-13 19:19 上傳

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