温度计课程设计说明书

1、课程设计说明书基于89C51的温度计课程设计1 方案论证根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以及进行长距离传输时的串/并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器用4位共阴LED数码管以动态扫描法实现。检测范围-50摄氏度到110摄氏度。按照

2、系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。AT89C51主控制器显示电路温度传感器DS18B20扫描驱动数字温度计总体电路结构框图如图1所示。图1 数字温度计总体电路结构框图2 系统硬件电路的设计温度计电路设计原理图如图2所示，控制器使用单片机AT89C51，温度传感器使用DS18B20，用4位共阴LED数码管实现温度显示。 图2 数字温度计设计电路原理图 2.1 主控制器AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容

3、。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51外形及引脚排列如图3所示。图3 AT89C51单片机引脚图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，列扫描用P3.0P3.3口来实现，列驱动用2N2926三极管。共阴LED数码管如图4所示。图4 LED数码管驱动2N2926三极管如图5所示。图5 驱动2N2926三极管2.3 温度传感器工作原理DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新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

4、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912位的数字值读数方式。DS18B20温度传感器如图6所示。图6 温度传感器DS18B20 的性能特点如下：独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；无需外部器件；可通过数据线供电，电压范围：3.05.5V；测温范围55125，在-10+85时精度为±0.5零待机功耗温度以9或12位数字量读出；用户可定义的非易失性温度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，但不能正常工作当D

5、S18B20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1，2字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以0.062 5 /LSB形式表示。温度值格式如图7所示。图7 温度值格式这是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。图中，S表示位。对应的温度计算：当符号位S=0时，

6、表示测得的温度植为正值，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，表示测得的温度植为负值，先将补码变换为原码，再计算十进制值。例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以0.0625LSB形式表示。表1是部分温度值对应的二进制温度表示数据。表1 部分温度值DS18B20测温原理：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震荡频率明

7、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。减法计数器1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1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器 1的预置将重新被装入,减法计数器1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2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，

8、此时温度寄存器中的数值即为所测温图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0.5为分辨率

9、的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。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Ts可用下式计算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD 2.4 原理图各器件连线1） 把“单片机系统“区域中的P0.0P0.7端口用8芯排线依次连接到数码管A-DP端口上。 2)把单片机的P2.0端口接数码管的位选4，P2.1端口接数码管的位选3，P2.2端口接数码管的位选2，P2.3端口接数码管的位选1。3）电源可用外接电源（用手机充电器可做电源），

10、但必须申明电源小于+5V当然也不能太小。3 系统程序的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，报警子程序和显示数据刷新子程序等。 3.1 主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1s进行一次。主程序流程图如图8所示。 3.2 读出温度子程序读出温度子程的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不能进行温度数据的改写。读出温度子程序流程图如图9所示。 3.3 温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令。当采用12位分辨率时，转换时间约为750 ms。在本程序设

11、计中，采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如图10所示。 3.4 计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取的值进行BCD码的抓换运算，并进行温度值正负的判断。其流程图如图11所示。 3.5 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。显示数据刷新子程序流程图如图12所示。 Y发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？结束CRC校验正确？移入温度暂存器NYN初始化显示调用子程序1s到？初次上电？读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命

12、令 NY图8主程序流程图发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束图9 读出温度子程序流程图 图10 温度转换命令子程序流程图开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束置“+”标志YN图11 计算温度子程序流程图温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？百位数显示数据（不显示符号）十位数显示符号百位数不显示结束图12 显示数据刷新子程序流程图 Y NYN 4 总结和体会温度传感器DS18B20 转化温度的方法非常简洁且精度高、测试范围较广。单片机体积小重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好。因此这种温度测

13、量系统能应用于各种场合,具有很大的应用价值。数字式温度传感器DS18B20和处理芯片AT89C52，具有良好的技术指标,组成的电路系统检测准确、稳定性好、调校方便，该数字温度计完全适用于各种工作环境，达到了预期的研制目标与实用效果。通过这次小小的课程设计是我简单的掌握了protues的使用，让我对DS18B20有了进一步的熟悉，采用软件来对温度传感器的控制，在调试当中遇见很多困难，我不断的查找资料和在同学和老师的帮助下最终问题一一化解，当我的课程设计出来的时候我是多么的激动，感谢老师能给我们这样的机会希望在以后的学习和生活中有更多的锻炼机会。5 元件清单（名称、型号、数量）元件名称型号数量单片

14、机芯片89C511温度传感器DS18B201晶振12MHz1电源5V1三极管2N2926（NPN）4电容30pF21nF1排阻1K1（并联）LED数码管03641B（共阴）1电阻1K46.8K14.7K1参考文献1.李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用.清华大学出版社，2005.32.丁元杰.单片微机原理及应用（第二版）.机械工业出版社，2005.2 3.张有德，赵志英.单片微型机原理、应用于实验.复旦大学出版社，2000.4附录一 仿真结果图附录二 程序代码#include "reg51.h"char disp11=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6

15、d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40;/共阴极数码管的段码09、-char disp_dot11=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef,0xc0;/带有小数点的共阴极数码管的段码码09、-sbit DQ = P13; /定义通信端口 int flag;/晶振12MHz void delay_18B20(unsigned int i)/延迟函数while(i-); /初始化函数Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 delay_18B20(8); /稍做延

16、时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 delay_18B20(80); /精确延时 大于 480us DQ = 1; /拉高总线 delay_18B20(14); x=DQ; /稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay_18B20(20); /读一个字节 ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat>>=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(4);

17、return(dat); /写一个字节 WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay_18B20(5); DQ = 1; dat>>=1; /读取温度ReadTemperature(void)unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned int t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x

18、44); / 启动温度转换delay_18B20(100);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度a=ReadOneChar();b=ReadOneChar();/传感器返回值除16得实际温度值/为了得到2位小数位，先乘100，再除16，考虑整型数据长度，/技巧处理后先乘25，再除4，除4用右移实现if(b>127) flag=1;/定义的负值标志位 a=a+1; /以下为转换负值的函数 if(a>=0xff) b=(b)+1; else b=b; else flag=0;t =(b<<8)| a)*(0.0625*10); /保留1位小数温度return t;main()unsigned int tmp;unsigned char counter;flag=0;while(1)/温度测量频率没有必要太高，太高反而影响数码显示/所以用计数器加以控制if(counter- = 0)tmp