基于AT89S52和DS18B20的数字温度计设计

1、题目：基于AT89S52和DS18B20的数字温度计设计一 、设计要求数字式温度计要求测温范围为55125°C，精度误差在±0.5°C以内，液晶显示。二 、方案确定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AT89S52为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示功能。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把所测得的温度信号发送到AT89S52单片机上，经过

2、单片机处理，然后在1602LCD上进行显示。其温度测量及显示电路原理图如下：220V转5V电路原理图如下：2.1 元器件的介绍2.1.1 单片机的选择AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52单片机结构见图2.1：图2.1 AT89S52结构图

3、2.2.2 传感器的选择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。DS18B20的管脚排列、各种封装形式，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。2.2.3 LCD的选择此设计中采用1602

4、LCD对温度进行显示。图2.2 1602LCD实物示意图2.2 温度检测电路DS18B20 最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20 的数据I/O 均由同一条线来完成。DS18B20 的电源供电方式有2 种: 外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时, VDD 和GND 均接地, 他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用, 原理是当1 W ire 总线的信号线DQ 为高电平时, 窃取信号能量给DS18B20 供电, 同时一部分能量给内部电容充电, 当DQ为低电平时释放能量为DS18B20 供电。但寄生电源方式需要强上拉电路, 软件控制变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数据到

5、E2PROM 时) , 同时芯片的性能也有所降低。因此, 在条件允许的场合, 尽量采用外供电方式。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。外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。在开发中使用外部电源供电方式，毕竟比寄生电源方式只多接一根VCC引线。在外接电源方式下，可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点，即使电源电压VCC 降到3V 时，依然能够保证温度量精度。由于DS18B20 只有一根数据线，因此它和主机（单片机）通信是需要串行通信，而AT89S51 有两个串行端口

6、，所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DC18B20 必须遵循如下协议：初始化、ROM 操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作，一切处理均严格按照时序。三 、软件设计3.1 概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块

7、规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。3.2 程序模块主程序需要调用2子程序，各模块程序功能如下：LCD显示程序：向LCD的显示送数，控制系统的显示部分。温度测试及处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理和显示。主程序流程见图3.1。 图3.1主程序流程图 图3.2 DS18B20初始化流程3.3 各模块流程设计下面对主要子程序的流程图做介绍。3.3.1温度检测流程DS18B20在单片机控制下分三个阶段:18B20 初始化：初始化流程图见图 3.2；读18B20时序：读DS18B

8、20流程见图 3.3；写18B20时序：写DS18B20流程见图 3.4； 图3.3 读18B20流程图 图3.4 写18B20流程图3.3.2 液晶显示的设置显示模式的设置：写入指令码WriteInstruction(0x38)，设置功能16*2显示，5*7点阵，8位数据接口；显示/开关及光标设置：写入指令码WriteInstruction (0x0c)，设置开显示，不显示光标，光标不闪烁；写入指令码WriteInstruction(0x06)，设置：光标右移，字符不移；写入指令码WriteInstruction(0x01)，清屏幕指令，将以前的显示内容清除；写入指令码函数WriteInst

9、ruction( )，写指令过程:输入：RS=0，D0-D7=指令码，E=高脉冲；写入数据函数WriteData( ), 写指令过程:输入：RS=1,D0-D7=数据，E=高脉冲；数据指针设置: 指令码80H+地址码（0-27H）显示第一行的字符，指令码80H+地址码（40H-67H）显示的第二行字符。四、硬件的调试完成的硬件焊接电路见附录。在硬件调试过程中，出现了许多问题。在设计电源电路中使用了整流桥进行整流，但是在硬件焊接完毕后，测得的输出电压不正常。后来利用四个二极管搭建一个整流桥接入电路，输出的电压就正常。此外，电路中使用了78L05稳压管将从整流桥出来的电压稳在5V，可是78L05输

10、出的电压不是5V，因此自己加了了1K的可调电阻将输出的电压进行转换来给单片机供电。在焊接外围电路（1602LCD显示电路和18B20数字测温电路）之前，通过在单片的P2.7口接入一个发光二极管，来调试单片机的最小系统是否能正常工作。单片机中烧入的程序来控制LED的亮和灭。一步调试很成功。接下来自己将外围电路焊接进去，可是1602LCD不显示。经过自己对各个接口端功能的认真分析，发现自己将背光电压调的太高导致1602LCD亮度太高，所以显示的字符看不见，就误认成电路连接有误。在调低背光电压后，正常显示。最后出现的问题是在一切正常的情况下1602LCD上显示的是没有找到DS18B20传感器，请检查

11、电路。经过认真仔细检查电路后，没有发现任何错误。硬件检查没问题，只能是软件程序编写有错，经过认真查看所编程序，发现里面对DS18B20的信号输入接口设置错了。改正后，重新编译烧进单片机，电源打开后，能正常显示温度了。经过以上过程，自己设计的电路达到了开始设想的功能，课程设计圆满结束。总结和体会本设计利用AT89S52 芯片控制温度传感器DS18B20，再辅之以部分外围电路实现对环境温度的测控，性能稳定，精度教高，而且扩展性能很强大。由于DS18B20的测量精度只有±0.5 度，往往很多场合需要更加精确的温度，在所测温度精度不变的基础上必须对数据进行校正。由于DS18B20 是基于带隙

12、结构的数字式温度传感器，PN 结增量电压正比于IC 绝对温度（PTAT），它的测温精度较高,但存在着一定的误差.不过,其误差在时间和外部环境变化的条件下,保持相当高的稳定性。它充分利用监控计算机的处理能力，在监控计算机上用线性插补的数学方法对其进行误差校正补偿，能轻易地将其提高其精度。在本次设计的过程中，我发现很多的问题，这次设计真的让我长进了很多，单片机C语言课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减，感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握。五、元件清单（名称、型号、数量）元件名称型号数量单片机芯片AT89S

13、521温度传感器DS18B201晶振12MHz1220V转7.5V变压器1电容100pF222uF、0.01uF各110421000uF/25V1220uF/25VLCD16021电阻1K、4.7K各110K24701万能板1IC插座1导线若干稳压块78L051发光二极管1二极管IN40075开关1附录：程序：/DS18B20温度检测及其液晶显示#include<reg51.h> /包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h> /包含_nop_()函数定义的头文件unsigned char code digit10="0123456789&q

14、uot; /定义字符数组显示数字unsigned char code Str="Test by DS18B20" /说明显示的是温度unsigned char code Error="Error!Check!" /说明没有检测到DS18B20unsigned char code Temp="Temp:" /说明显示的是温度unsigned char code Cent="Cent" /温度单位/*以下是对液晶模块的操作程序*/sbit RS=P20; /寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚sbit RW=P21

15、; /读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚sbit E=P22; /使能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbit BF=P07; /忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚/*函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒*/void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i<4;i+) for(j=0;j<33;j+) ; /*函数功能：延时若干毫秒入口参数：n*/ void delaynms(unsigned char n) unsigned char i;for(i=0

16、;i<n;i+) delay1ms(); /*函数功能：判断液晶模块的忙碌状态返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙*/bit BusyTest(void) bit result;RS=0; /根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态 RW=1; E=1; /E=1，才允许读写 _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 result=BF; /将忙碌标志电平赋给result E=0; /将E恢复低电平 return result; /*函数功能：将模式设置指令或显示地址写

17、入液晶模块入口参数：dictate*/void WriteInstruction (unsigned char dictate) while(BusyTest()=1); /如果忙就等待 RS=0; /根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令 RW=0; E=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， / 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0" _nop_(); _nop_(); /空操作两个机器周期，给硬件反应时间 P0=dictate; /将数据送入P0口，即写入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(

18、); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; /E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 /*函数功能：指定字符显示的实际地址入口参数：x*/ void WriteAddress(unsigned char x) WriteInstruction(x|0x80); /显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x" /*函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块入口参数：y(为字符常量)*/ void WriteDat

19、a(unsigned char y) while(BusyTest()=1); RS=1; /RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据 RW=0; E=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， / 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0" P0=y; /将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; /E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; /当E由高

20、电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 /*函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置*/void LcdInitiate(void) delaynms(15); /延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间 WriteInstruction(0x38); /显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38);delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x38); /连续三次，确保初始化成功delaynms

21、(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x0c); /显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x06); /显示模式设置：光标右移，字符不移delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x01); /清屏幕指令，将以前的显示内容清除delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 /*以下是DS18B20的操作程序 */ sbit DQ=P23;unsigned char time; /设置全局变量，专门用

22、于严格延时/*函数功能：将DS18B20传感器初始化，读取应答信号出口参数：flag */bit Init_DS18B20(void) bit flag; /储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在 DQ = 1; /先将数据线拉高 for(time=0;time<2;time+) /略微延时约6微秒 ; DQ = 0; /再将数据线从高拉低，要求保持480960us for(time=0;time<200;time+) /略微延时约600微秒 ; /以向DS18B20发出一持续480960us的低电平复位脉冲 DQ = 1; /释放数据线

23、（将数据线拉高） for(time=0;time<10;time+) ; /延时约30us（释放总线后需等待1560us让DS18B20输出存在脉冲） flag=DQ; /让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在） for(time=0;time<200;time+) /延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕 ; return (flag); /返回检测成功标志/*函数功能：从DS18B20读取一个字节数据出口参数：dat*/ unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0;unsigned char dat; /储存读出的

24、一个字节数据for (i=0;i<8;i+) DQ =1; / 先将数据线拉高 _nop_(); /等待一个机器周期 DQ = 0; /单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序dat>>=1; _nop_(); /等待一个机器周期 DQ = 1; /将数据线"人为"拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备 for(time=0;time<2;time+) ; /延时约6us，使主机在15us内采样 if(DQ=1) dat|=0x80; /如果读到的数据是1，则将1存入datelsedat|=0x00;/如果读到的数据是0

25、，则将0存入dat /将单片机检测到的电平信号DQ存入ri for(time=0;time<8;time+) ; /延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期 return(dat); /返回读出的十进制数据/*函数功能：向DS18B20写入一个字节数据入口参数：dat*/ WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for (i=0; i<8; i+) DQ =1; / 先将数据线拉高 _nop_(); /等待一个机器周期 DQ=0; /将数据线从高拉低时即启动写时序 DQ=dat&0x01; /利用与运算取出

26、要写的某位二进制数据, /并将其送到数据线上等待DS18B20采样 for(time=0;time<10;time+) ;/延时约30us，DS18B20在拉低后的约1560us期间从数据线上采样 DQ=1; /释放数据线 for(time=0;time<1;time+) ;/延时3us,两个写时序间至少需要1us的恢复期 dat>>=1; /将dat中的各二进制位数据右移1位 for(time=0;time<4;time+) ; /稍作延时,给硬件一点反应时间/*以下是与温度有关的显示设置 */ /*函数功能：显示没有检测到DS18B20*/ void disp

27、lay_error(void) unsigned char i; WriteAddress(0x00); /写显示地址，将在第1行第1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示while(Errori != '0') /只要没有写到结束标志，就继续写WriteData(Errori); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符delaynms(100); /延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明while(1) /进入死循环，等待查明原因 ;/*函数功能：显示说明信息*/ void display_explain(void) unsigned char i;

28、WriteAddress(0x00); /写显示地址，将在第1行第1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示while(Stri != '0') /只要没有写到结束标志，就继续写WriteData(Stri); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符delaynms(100); /延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明/*函数功能：显示温度符号*/ void display_symbol(void) unsigned char i; WriteAddress(0x40); /写显示地址，将在第2行第1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示whil

29、e(Tempi != '0') /只要没有写到结束标志，就继续写WriteData(Tempi); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符delaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间/*函数功能：显示温度的小数点*/ void display_dot(void) WriteAddress(0x49); /写显示地址，将在第2行第10列开始显示 WriteData('.'); /将小数点的字符常量写入LCD delaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间/*函数功能：显示温度的单位(Cent)*/ void display_cen

30、t(void) unsigned char i; WriteAddress(0x4c); /写显示地址，将在第2行第13列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示 while(Centi != '0') /只要没有写到结束标志，就继续写WriteData(Centi); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符delaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间/*函数功能：显示温度的整数部分入口参数：x*/ void display_temp1(unsigned char x) unsigned char j,k,l; /j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位j=x/100; /取百位k=(x%100)/10; /取十位l=x%10; /取个位 WriteAddress(0x46); /写显示地址,将在第2行第7列开始显示WriteData(digitj); /将百位数字的字符常量写入LCDWriteData(digitk); /将十位数字的字符常量写入LCDWriteData(digitl); /将个位数字的字符常量写入LCDdelaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间 /*函数功能：显示温度的小数数部分入口参数：x*/ void display_temp2(unsigned char x) WriteAddre