电子测量基于单片机的数字温度计课程设计

1、数字温度计设计单片机课程设计报告课程论文首页学院（部）信息工程学院专业电信班级学号姓名任课教师课程名称论文题目成绩评语签字：年月日1复核人意签字：见年月日摘要在这个信息化高速发展的时代， 单片机作为一种最经典的微控制器， 单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，作为自动化专业的学生， 我们学习了单片机，就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计， 本温度计属于多功能温度计， 可以设置上下报警温度， 当温度不在设置范围内时， 可以报警。本文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。关键词：

2、 单片机，数字控制，数码管显示，温度计，ds18b20，at89s52。2目录1概述 .41.1设计目的 .41.2设计原理 .41.3设计难点 .42系统总体方案及硬件设计 .42.1数字温度计设计方案论证 .52.2.1 主控制器 .62.4系统整体硬件电路设计 .103系统软件设计 .123.1初始化程序 .123.2读出温度子程序 .133.3读、写时序子程序 .143.4温度处理子程序 .293.5显示程序 .303.6延时程序 .314 proteus软件仿真 .335课程设计体会 .33附录 1：.35附录 2：.4031 概述1.1 设计目的随着人们生活水平的不断提高,单片机控

3、制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制， 智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示， 主要用于对测温比较准确的场所， 或科研实验室使用，可广泛用于食品库、 冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前 ,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。1.2 设计原理 本系统是一个基于单片机 at89s52 的数字温度计的设计， 用来测量环境温度，

4、测量范围为 -50 110度。整个设计系统分为 4 部分：单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。整个设计是以 at89s52 为核心，通过数字温度传感器 ds18b20 来实现环境温度的采集和 a/d 转换，同时因其输出为数字形式， 且为串行输出， 这就方便了单片机进行数据处理， 但同时也对编程提出了更高的要求。 单片机把采集到的温度进行相应的转换后， 使之能够方便地在数码管上输出。 led 采用四位一体共阴的数码管。1.3 设计难点 此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警，其外围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。42 系统总体方案及硬件设计2.

5、1 数字温度计设计方案论证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。 进而考虑到用温度传感器， 在单片机电路设计中，大多都是使用传感器， 所以这是非常容易想到的， 所以可以采用一只温度传感器ds18b20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。2.2 总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 at89s52，温度传感器采

6、用 ds18b20，用 4 位共阴 led数码管以串口传送数据实现温度显示。图 1总体设计框图52.2.1主控制器单片机 at89s52具有低电压供电和体积小等特点， 四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，适合便携手持式产品的设计使用。at89s52单片机芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引脚与intel公司的 8052 兼容；2）4kb片内在系统可编程flash程序存储器；3）时钟频率为 033mhz；4）128 字节片内随机读写存储器（ram）；5）6 个中断源， 2 级优先级；6）2 个 16 位定时 / 记数器；7）全双工串行通信接口；8）监视定时器；9）两个数据指针；2.2

7、.2显示电路显示电路采用 4 位共阴 led 数码管，从 p0 口输出段码， p2.0 p2.3 作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在p2.0p2.3 端口接四个10k的电阻和四个 npn 的三极管，以使数码管高亮显示。2.2.3 温度传感器ds18b20 温度传感器是美国dallas 半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度， 并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12 位的数字值读数方式。ds18b20 的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，无须经过其它变换电路；多个 ds18b20 可以并联在惟

8、一的三线上，实现多点组网功能；内含 64 位经过激光修正的只读存储器rom ；可通过数据线供电，内含寄生电源，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；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；6测温范围为 -55 -+125，测量分辨率为0.0625采用单总线专用技术，ds18b20 采用脚 pr35 封装或脚 soic 封装，其内部结构框图如图2 所示。图 2 ds18b20 内部结构64 位 rom的结构开始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，

9、最后位是前面 56 位的 crc检验码，这也是多个 ds18b20可以采用一线进行通信的原因。 温度报警触发器和， 可通过软件写入用户报警上下限。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的结构为字节的存储器，结构如图 3 所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。 第个字节， 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。低位一直为，是工作模式位，用于设置 ds18b2

10、0在工作模式还是在测试模式， ds18b20出厂时该位被设置为，用户要去改动， r1和 r0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度lsb温度msbth 用户字节1tl 用户字节2配置寄存器保留保留保留crc.tm r1 r011111.7图 3 ds18b20字节定义由下面表 1 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。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的 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

11、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、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0.0625 lsb 形式表示。当符号位时， 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2 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 .r1 r0 分辨率 / 位 温度最大转向时间 /ms00993.750110187.510113751112750.表 1 ds18b20 温度转换时间表ds18b20 完成温度转换后，就把测得的温度值与

12、 ram 中的 th 、t字节内容作比较。若 th 或 ttl ，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报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报警搜索。在 64 位 rom 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码 （ crc）。主机 rom 的前 56 位来计算 crc 值，并和存入 ds18b20 的 crc 值作比较，以判断主机收到的 rom 数据是否正确。ds18b20 的测温原理是这这样的 ,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

13、计数器的脉冲输入。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、温度寄存器中，计数器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， 当减法计数器的预置值减到时， 温度寄存器的值将加 1，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器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。

14、 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被测温度值 。8温度 / 二进制表示十六进制表示+1250000 01111101 000007d0h+850000 01010101 00000550h+25.06250000 00011001 00000191h+10.1250000 00001010 000100a2h+0.50000 00000000 00100008h00000 00000000 10000000h-0.51111 11111111 0000fff8h-10.1251111 11110101 1110ff5eh-25.062

15、51111 11100110 1111fe6fh-551111 11001001 0000fc90h表 2一部分温度对应值表2.3 ds18b20 温度传感器与单片机的接口电路.单片机.vccds18b20ds18b20ds18b20vcc4.7kgndgndgnd.图 4ds18b20 与单片机的接口电路ds18b20 可以采用两种方式供电， 一种是采用电源供电方式， 此时 ds18b20 的 1 脚接地， 2 脚作为信号线， 3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图4 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 ds18b20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 mosfet 管来完成对

16、总线的上拉， 多个 ds18b20 可以将 2 口串接到一条总线上，而本设计只用了一个 ds18b20。当 ds18b20 处于写存储器操作和温度 a/d 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10us。采用寄生电源供电方式时 vdd 端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。92.4 系统整体硬件电路设计2.4.1主板电路系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，单片机主板电路如图 5 所示：图 5 单片机主板电路图 5 中包括时钟振荡电路和按键复位电路，按键复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑

17、飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。 另外扩展电路中， 蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时 led 数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。2.4.2 显示电路显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用 p0 和 p3 口 ,串口的发送和接收，采用4 位共阴 led 数码管，从 p0 口输出段码， p2.0p2.3 作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在p2.0p2.3 端口接四个 10k 的电阻和四个 npn 的三极管，期望增加驱动电流，以使数码管高亮显示。1

18、0图 6 温度显示电路113 系统软件设计系统程序主要包括主程序， 读出温度子程序， 温度转换命令子程序， 计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。3.1 初始化程序dq 置 1短延时dq 置 0延时 450usdq 置 1延时 15-60us、x=dq延时至少60usx=dq结束图 7 初始化程序流程图123.2 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出 ram中的 2 字节，读出温度的低八位和高八位，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。 其程序流程图如图 8 示初始化发跳过 rom 指令开始温度转换延时 2ms初始化写入跳过 rom 、读 取 暂 存 器 和crc

19、 字节指令读取温度的低八位和高八位取中间八位结束图 8 读温度程序流程图133.3 读、写时序子程序读写的程序是本次设计中的重点和难点， 通过我们对其时序的分析， 从而写出高效的程序。写 1，0 时序读 0，1 时序14dq=0dq 置 1延时 15us短延时dq 置 0dat&=0x01dat1延时 450usdq 置 1延时 45us延时 15-60usdq=1x=dq结束延时至少60usx=dq结束河南理工大学单片机课程设计报告数字温度计设计152009 年 6 月 15 日摘要在这个信息化高速发展的时代， 单片机作为一种最经典的微控制器， 单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个

20、领域，已经成为一种比较成熟的技术，作为自动化专业的学生， 我们学习了单片机，就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计， 本温度计属于多功能温度计， 可以设置上下报警温度， 当温度不在设置范围内时， 可以报警。本文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。关键词： 单片机，数字控制，数码管显示，温度计，ds18b20，at89s52。16目录1概述 .41.1设计目的 .41.2设计原理 .41.3设计难点 .42系统总体方案及硬件设计 .42.1数字温度计设计方案论证 .52.2.1 主控制器 .62.4系统整体硬件电路设计

21、 .103系统软件设计 .123.1初始化程序 .123.2读出温度子程序 .133.3读、写时序子程序 .143.4温度处理子程序 .293.5显示程序 .303.6延时程序 .314 proteus软件仿真 .335课程设计体会 .33附录 1：.35附录 2：.40171 概述1.1 设计目的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，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制， 智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字温度计

22、与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示， 主要用于对测温比较准确的场所， 或科研实验室使用，可广泛用于食品库、 冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前 ,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。1.2 设计原理 本系统是一个基于单片机 at89s52 的数字温度计的设计， 用来测量环境温度，测量范围为 -50 110度。整个设计系统分为 4 部分：单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。整个设计是以 at89s52 为核心，通过数字温度传感器 ds18b20 来实现环境温度的采集和 a/d 转换，同时因其输出为数字形式， 且为串行输出， 这

23、就方便了单片机进行数据处理， 但同时也对编程提出了更高的要求。 单片机把采集到的温度进行相应的转换后， 使之能够方便地在数码管上输出。 led 采用四位一体共阴的数码管。1.3 设计难点 此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警，其外围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。182 系统总体方案及硬件设计2.1 数字温度计设计方案论证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

24、，感温电路比较麻烦。 进而考虑到用温度传感器， 在单片机电路设计中，大多都是使用传感器， 所以这是非常容易想到的， 所以可以采用一只温度传感器ds18b20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。2.2 总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 at89s52，温度传感器采用 ds18b20，用 4 位共阴 led数码管以串口传送数据实现温度显示。19图 1总体设计框图2.2.1主控制器单片机 at89s52具有低电压供电和体积小等特点， 四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，适合便携手持式产品的设计使用。at89s52

25、单片机芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引脚与intel公司的 8052 兼容；2）4kb片内在系统可编程flash程序存储器；3）时钟频率为 033mhz；4）128 字节片内随机读写存储器（ram）；5）6 个中断源， 2 级优先级；6）2 个 16 位定时 / 记数器；7）全双工串行通信接口；8）监视定时器；9）两个数据指针；2.2.2显示电路显示电路采用 4 位共阴 led 数码管，从 p0 口输出段码， p2.0 p2.3 作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在p2.0p2.3 端口接四个10k的电阻和四个 npn 的三极管，以使数码管高亮显示。2.2.3 温度传感器

26、ds18b20 温度传感器是美国 dallas 半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比， 它能直接读出被测温度， 并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9-12 位的数字值读数方式。 ds18b20 的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，无须经过其它变换电路；多个 ds18b20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；内含 64 位经过激光修正的只读存储器rom ；可通过数据线供电，内含寄生电源，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；20负电

27、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；测温范围为 -55 -+125，测量分辨率为0.0625采用单总线专用技术，ds18b20 采用脚 pr35 封装或脚 soic 封装，其内部结构框图如图2 所示。图 2 ds18b20 内部结构64 位 rom的结构开始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，最后位是前面 56 位的 crc检验码，这也是多个 ds18b20可以采用一线进行通信的原因。 温度报警触发器和， 可通过软件写入用户报警上下限。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

28、速暂存 ram的结构为字节的存储器，结构如图 3 所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。 第个字节， 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。低位一直为，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，用户要去改动， r1和 r0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度lsb温度msbth 用户字节1tl 用户字节2配置寄存器保留保留保留crc.tm r1 r011111.21图 3

29、 ds18b20字节定义由下面表 1 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。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的 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、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0.0625 lsb 形式表示。当符号位时， 表示测得的温度值为正值， 可以直

30、接将二进制位转换为十进制；当符号位时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计.是一部分温度值对应的二进制温度数据。 .算十进制数值。表 2r1 r0 分辨率 / 位 温度最大转向时间 /ms00993.750110187.510113751112750.表 1 ds18b20 温度转换时间表ds18b20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 ram 中的 th 、t字节内容作比较。若 th 或 ttl ，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报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报警搜索。在 64 位 rom 的最高有效字节中存储有循环冗余检验

31、码 （ crc）。主机 rom 的前 56 位来计算 crc 值，并和存入 ds18b20 的 crc 值作比较，以判断主机收到的 rom 数据是否正确。ds18b20 的测温原理是这这样的 ,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、温度寄存器

32、中，计数器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， 当减法计数器的预置值减到时， 温度寄存器的值将加 1，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器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被测温度值 。22温度 / 二进制表示十六进制表示+1250000 01111101 000007d0h+850000 01010101 00000550h+25.06250000 00011001 00000191h+10.1250000 000