基于单片机温度检测系统说明书课程设计

1、长春大学 课程设计纸 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，温度自动检测和显示系统在很多领域得到广泛应用。人们在温度检测的准确度、便捷、快速等方面有着越来越高的要求。而传统的温度传感器已经不能满足人们的需求，其渐渐被新型的温度传感器所代替。 本文设计并制作了一个简易温度计。本设计采用了单片机stc89c52和温度传感器ds18b20组成了温度自动测控系统，可根据实际需要任意设定温度值，并进行自动控制。在此设计中利用了stc89c52单片机作为主控制器件，ds18b20作为测温传感器通过lcd数码管串口传送数据，实现温度显示。通过ds18b20直接读取被测温度值，进行

2、数据转换，能够设置温度上下限来设置报警温度。并且在到达报警温度后，系统会自动报警。 本文设计是从测温电路、主控电路、报警电路等几个方面来分析说明的。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。此设计的优点主要体现在可操作性强，结构基础简单，拥有很大的扩展空间等。  关键词：单片机；温度传感器；温度计；报警 abstract with the rapid development of modern information&#

3、160;technology and the gradual transformation of traditional industries to achieve, automatic temperature detection and display systems are widely used in many fields. people in th

4、e temperature measurement accuracy, convenient, rapid, and has a growing demand.  this article was designed and produced a simple thermometer. this design uses a microcontroll

5、er stc89c52 and temperature sensor ds18b20 automatic temperature control system formed can be arbitrarily set the temperature according to the actual value and for automatic c

6、ontrol. in this design using the stc89c52 microcontroller as the main control device, ds18b20 as an lcd digital temperature sensor tube through the serial transmission of 

7、;data, to achieve temperature display. ds18b20 measured by direct reading temperature values, data conversion, to set the temperature to set the alarm on the lower temperature

8、. and the temperature reaching the alarm, the system will automatically alarm.  this design is from the temperature measurement circuit, main control circuit, alarm circuit,&#

9、160;and several other aspects of the note. the device can transmit digital signals directly to the microcontroller, easy to handle and control mcu. in addition, the therm

10、ometer temperature measurement device can be used directly to measure temperature. the major advantages of this design is reflected in operable structural basis is simple, lot

11、s of expansion space.keywords：stc89c52；ds18b20；thermometer；alarm摘要1一 前言41.1 设计目的51.2 设计要求5二 基于单片机的温度检测系统的总体方案设计62.1总体方案的思路62.2总体设计方案和框图6三 系统硬件设计与实现83.1单片机的选择83.1.1 stc89c52的特点及选择原因83.1.2 stc89c52的工作模式及注意事项93.2 传感器的选择103.2.1 ds18b20的特点及选择原因103.2.2 ds18b20的测温原理113.3 显示器的选择123.4 电路原理123.4.1 晶

12、振电路与复位电路123.4.2 温度采集电路143.4.3 显示电路153.4.4 报警系统15四 系统软件设计与实现164.1 程序流程图164.1.1 主程序164.1.2 读出温度子程序174.1.3 温度数据显示子程序184.1.4 设置温度上下线程序184.1.5 计时时间设置18总 结19致 谢20参考文献21一 前言目前，单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用，它除了可以测量电信以外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。 单片机是一种特殊的计算机,它是在一块半导体的芯片上集成了cpu,存储器，ram，rom

13、，及输入与输出接口电路，这种芯片称为:单片机。由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，特别是它具有体积小，重量轻，能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便的优点，使它迅速的得到了推广应用，目前已成为测量控制系统中的优选机种和新电子产品中的关键部件。单片机已不仅仅局限于小系统的概念，现已广泛应用于家用电器，机电产品，办公自动化用品，机器人，儿童玩具，航天器等领域。 本次课程设计，就是用单片机实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。本次采用ds18b20数字温度

14、传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。 传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点而下面利用集成温度传感器ad590设计并制作了一款基于at89c51的4位数码管显示的数字温度计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。  该数字温度计利用ad590集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器adc0804转换成单片机能够处理的数字信号，然后送到单片机at89c51中进行处理变换，最后将温度值显示在d4、d3、d2、d1共4位七段码led显示器上。系统以at89c51单片机为控制核心，加上ad590测温电

15、路、adc模数转换电路、4位温度数据显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。1.1 设计目的现代社会生活中，多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便；支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本；以美国maxim/dallas半导体公司的单总线温度传感器ds18b20为核心，以atmel公司的stc89c52为控制器设计的ds18b20温度控制器结构简单、测温准确、具有一定控制功能的智能温度控制器。 此次课程设计，就是用单片机1实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数

16、字信号才能由单片机进行处理。本次采用ds18b20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。 该数字温度计利用ad590集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器adc0804转换成单片机能够处理的数字信号，然后送到单片机stc89c52中进行处理变换，最后将温度值显示在d4、d3、d2、d1共4位七段码led显示器上。系统以at89c51单片机为控制核心，加上ad590测温电路、adc模数转换电路、4位温度数据显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。1.2 设计要求设计一个基于单片机的ds18b20数字温度计。课程设计要求： &

17、#216; (1) 5v供电； 温度采集采用ds18b20； Ø (3) 4位led显示； Ø (4) 2个按键； 设计温度控制器原理图，学习用protel画出该原理图，并用proteus进行仿真；(6) 设计和绘制软件流程图，用c语言进行程序编写；焊接硬件电路，进行调试。二 基于单片机的温度检测系统的总体方案设计2.1总体方案的思路提及到温度的检测，我们首先会考虑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都是电压，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，软件调试也复杂

18、，制作成本高。 因此，本数字温度计设计采用智能温度传感器ds18b20作为检测元件，测温范围为-55°c至+125°c，最大分辨率可达0.0625°c。ds18b20可以直接读出被测量的温度值，而采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 按照系统设计功能的要求，确定系统由三个模块组成：主控制器stc89c51，温度传感器ds18b20，驱动显示电路。总体电路框图如下： 图2.1 系统总体框图2.2总体设计方案和框图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

19、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。 所以，他的设计理论不符合本次设计的方案要求，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。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stc89c52，温度传感器采用ds18b20，用3位led数码管以串口传送数据实现温度显示。ds18b20 采用3 

20、;脚pr-35 封装或8 脚soic 封装。 图2.2 总体设计方框图主控制器：单片机at89s51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，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。 显示电路：显示电路采用3位共阳led数码管，从p3口rxd,txd串口输出段码。三 系统硬件设计与实现3.1单片机的选择3.1.1 stc89c52的特点及选择原因stc89c52作为温度测试系统设计的核心器件该器件是intel公司生产的mcs一5l系列单片机中的基础产品，采用了可靠的cmos工艺制造技术具有高性能的8位单片机

21、，属于标准的mcs一51的cmos产品。片内含8k bytes的可贩毒擦写的只读程序存储器（perom）和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件兼容标准的mcs-51指令系统。片内置通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元。结合了hmos的高速和高密度技术及chmos的低功耗特征。 其具有如下性质： （1）与mcs-51 产品指令系统完全兼容 （2）8k字节可重擦写flash闪烁存储器。（3）寿命：1000写/擦循环。 （4）数据保留时间：10年。 （5）全静态工作：0hz-24hz。

22、60;（6）三级程序存储器锁定。（7）128*8位内部ram。 （8）32可编程i/o线。 （9）三个16位定时器/计数器。（10）8个中断源。 （11）可编程串行通道。 （12）低功耗的闲置和掉电模式。 （13）片内振荡器和时钟电路。 stc89c52单片机提供以下标准功能：8k字节flash，256字节ram，32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，stc89c52 可降至0hz

23、 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 由于此设计需要编写程序，需要将程序烤入单片机中，因此单片机必须具有足够多的存储空间，其具有8k字节的flash完全满足要求。32位的i/o 口线能够使得单片机与温度显示器、温度传感器、键盘、报警电路、按键电路和指示灯连接等等变得可能。16位的定时计数器使得读取数据变得更加简单，同时其结构有利于晶振电路和复位电路的连接。最重要的是，能够在掉电状态下保

24、存ram内的数据。同时，与同类51单片机相比，stc89c52具有更强的可操作性。因此，对于本设计来说，选择stc89c52是最有利的。3.1.2 stc89c52的工作模式及注意事项stc89c52单片机有两种可用软件编程的省电模式，它们是空闲模式和掉电工作模式。这两种方式是控制专用寄存器pcon(即电源控制寄存器)中的pd（pcon1）和idl(pcon0)位来实现的。pd是掉电模式，当pd=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。idl是空闲等待方式，当idl=1，激活空闲工作模式，点偏激进入睡眠状态。如需同时进入两种工作模式，即pd和idl同时为1，则先激活掉电模式。 

25、;在空闲工作状态下，cpu保持睡眠状态而所有的片内的外设都保持激活状态，这种方式由软件产生，此时片内rm 和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并紧随rst1（中断返回）指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式的那条指令后面的一条指令。其二是通过硬件复位可以将空闲工作模式终止。需要注意的是，当由硬件复位来终止空闲工作模式时，cpu通常是从激活空闲模式那条指令的吓一跳指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期（24个时钟周期）有效，在这种情况下，

26、内部禁止cpu访问片内ram，而允许访问其他端口。为了避免可能对端口产生意外写入，激活空闲状态的那条指令后一条指令不应是一条端口或外部存储器的写入指令。在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令。片内ram和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但并没有因此改变ram中的内容，在vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。stc89c52单片机具有一些极限参数： （1）工作温度：-55摄氏度至+125摄氏度 （2）储藏温度：-65摄氏度至+150摄氏度

27、（3）任一引脚对地电压：-1.0v至+7.0v （4）最高工作电压：6.6v （5）直流输出电流：15.0ma3.2 传感器的选择3.2.1 ds18b20的特点及选择原因ds18b20是美国dallas公司继ds1820之后推出的增强型单总线数字式温度传感器，它在转换速度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较之前产品有了很大的改进，给用户带来了更方便、更令人满意的效果。dallas 最新单线数字温度传感器ds18b20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。dallas 半导体公司的数字化温度传感器 ds18b20是世界上第一片支持“

28、一线总线”接口的温度传感器。温度测量范围为-55+125 摄氏度，可编程为9位12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在eeprom 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个ds18b20可以并联到3 根或2 根线上，cpu只需一根端口线就能与诸多ds18b20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度

29、计，十分方便。 ds18b20内部结构主要由四部分组成：64位光刻rom、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存器。dq 为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源； gnd为地信号；vdd为可选择的vdd引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 在硬件上，ds18b20与单片机的连接有两种方法，一种是vcc接外部电源，gnd接地，i/o与单片机的i/o线相连；另一种是用寄生电源供电，此时udd、gnd接地，i/o接单片机i/o。无论是内部寄生电源还是外部供电，i/o口线要接5k左右的上拉电阻.

30、 ds18b20 的性能特点如下：独特的单线接口方式，ds18b20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯。ds18b20支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。ds18b20在使用中不需要任何外围元件，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。 其具有9条特点： （1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5v，在寄生电源方式下可由数据线供电。 （2）温范围55125，在-10+85时精度为±0.5。 （3）零待机功耗。 &#

31、160;（4）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。 （5）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 （6）用户可定义报警设置。 （7）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件。 （8）结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给cpu，同时可传送crc校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 3.2.2 ds18b20的测温原理ds18b20的测温原理如图3-2所示，图中低

32、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震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，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后进行计数，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 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。首先用ds1820提供的读暂存寄存器指令(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

33、整个部分t整数，然后再用beh指令读取计数器1的计数剩余值m剩余和每度计数值m每度，考虑到ds1820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t实际可用下式计算得到：t实际=(t整数0.25)+(m每度m剩余)m角度。3.3 显示器的选择由于设计中要求同时显示测试温度、温度上限、温度下限和开机时间，因此显示屏首先要能够一次性容纳这些字符。工作电压不能太高，与单片机的连接方式需要简单，显示准确。本设计中采用的是1602型lcd液晶屏能够很好的满足这些要求。 此液晶属于工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。lcd液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件

34、，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码led显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。 1602拥有很多出色的优点：  (1) 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。  (2) 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。 (3) 功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动ic上，因而耗电量比其他器件要小很

35、多。3.4 电路原理整个设计的电路包括了最小系统电路、温度控制电路、温度显示电路、按键电路和报警电路五部分电路组成。3.4.1 晶振电路与复位电路晶振电路和复位电路与单片机连接构成最小系统电路，如何选取合适的引脚，选取何种连接方式都至关重要。因此需要了解at89s52的引脚特点。在晶振电路中，主要用到了xtal1和xtal2两个引脚。  （1）xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。  （2）xtal2：来自反向振荡器的输出。 在晶振电路中，at89s52具有两种晶振方式，一种是片内时钟振荡方式，但需要在引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一

36、般取10-30pf。另一种是外部时钟方式，即将xtal1接外部时钟，xtal2脚悬空。   图 3-1 晶振电路单片机的晶振频率采用11.0592mhz，加两个30pf电容。xtal1和xtal2分别反向放大器的输入和输出，外接石英晶体和振荡电容，构成了片内时钟振荡方式。而振荡周期指的就是单片机外接石英晶体振荡器的周期。当时钟起振后，产生一定的频率的时钟信号，单片机的cpu在时钟信号的控制下能一步一步完成自己的工作，同时与整个系统相关的周期还有振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。电容c1和c2主要用于校正波形，振荡器的作用主要是产生时钟振荡。而整个电路的作用则是为了产生

37、自激振荡。对于复位电路，stc89c52有两种复位方式，分别是上点复位和按键复位。本设计采用的是按键复位，即利用一个复位电容和按键的组合使得复位变得更加直接和简单。引脚rst作用是复位输入。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。在按下按键后，系统自动复位，十分方便。在复位电路中添加按键主要是为了能够使得复位更加方便，电容主要是在复位后进行充电，而上拉电阻起到限流的作用，保护了电路。 图 3-2 复位电路3.4.2 温度采集电路温度控制电路主要运用到了ds18b20和stc89c52。如何使两者连接实现功能是温度控制电路的主要设计目的。 图3-3 ds18b20管脚图在硬件

38、上，ds18b20与单片机的连接有两种方法，一种是vcc接外部电源，gnd接地，i/o与单片机的i/o线相连；另一种是用寄生电源供电，此时udd、gnd接地，i/o接单片机i/o。内部寄生电源i/o口线要接5k左右的上拉电阻。这里采用的是第一种连接方法,如图4-5所示: 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，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，p2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。传感器数据采集电路主要指ds18b20温度传感器与单片机的接口电路。ds18b20可以采用两

39、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考虑到实际应用中寄生电源供电方式适应能力差且易损坏，此处采用电源供电方式，i/o口接单片机的p2.4口。3.4.3 显示电路液晶显示器是一种将液晶显示器件,连接器件,集成电路,pcb线路板,背光源,结构器件装配在一起的组件。 在显示电路中，vss接地，vdd接5v正电源， vee为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，为了获得最佳对比度，vee接地。 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。r

40、/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rw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。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。 rs和r/w选用不同的高低电平，将影响寄存器的选择。3.4.4 报警系统利用有源蜂鸣器进行报警输出，采用直流供电。当所测温度超过获低于所预设的温度时，数据口相应拉高电平，报警输出。而另一端则直接和单片机的p2.3a11端口相连。四 系统软件设计与实现4.1 程序流程图4.1.1 主程序 图4-1 程序框图主程序的主要功能是负责

41、温度的实时显示、读出并处理ds18b20的测量的当前温度值，温度测量每250ms进行一次。主程序的第二个功能是查询set键是否被按下，以实现设置温度上下限的功能。其程序流程见图5-1所示。由总的流程图可以分析出，在整个程序中应该包括如下几个部分：读写ds18b20子程序，温度转换子程序，处理温度数据子程序，动态数据显示子程序等。4.1.2 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出ram中的数据，在读出时需进行crc校验，校验有错时不进行温度数据的读取。其程序流程图如图所示。 图 4-2 温度显示程序cpu对ds18b20的访问流程是：先对ds18b20初始化，再进行rom操作命令，最后才能

42、对存储器操作，数据操作。ds18b20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制ds18b20完成温度转换这一过程，根据ds18b20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对ds18b20进行复位，复位成功后发送一条rom指令，最后发送ram指令，这样才能对ds18b20进行预定的操作。另外，由于ds18b20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。单总线的所有处理均从初始化开始。初始化过程是主机通过向作为从机的ds18b20芯片发一个有时间宽度要求的初始化脉冲实现的。初始化后，才可进行读写操作。rom操作命令  总线主机检测到ds18b20的存在，便可以发出rom操作命令之一。对ds18b20操作，先跳过rom，即是启动ds18b20进行温度变换，之后通过匹配rom 再逐一地读回每个ds18b20的温度数据。在ds18b20组成的测温系统中，主机在发出跳过rom命令之后，再发出统一的温度转换启动码44h，就可以实现所有ds18b20的统一转换，再经过250ms后，就可以用很少的时间去逐一读取。