基于单片机控制的数字温度计课程设计毕业设计（论文）word格式

1、微微机机 接接口口技技术术与与应应用用课课程程设设计计说说明明书书题题 目目： 单片机数字温度计 系系 部：部： 信息与控制工程学院 专专 业：业： 自动化 班班 级级： 05 级一班 学生姓名学生姓名: : 学学 号号: 指导教师指导教师: 2008 年 06 月 10 日目录1 1 设计任务与要求设计任务与要求.1设计任务.1设计要求.12 2 总体设计方案总体设计方案.2总体设计方案.2方案二的总体设计图.22.3 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路.62.4 系统整体硬件电路.73 3 系统软件算法分析系统软件算法分析.9主程序.9读出温度子程序.9温度转换命令子程序.103

2、.4 计算温度子程序.103.5 显示数据刷新子程序.114 4 调试过程调试过程.125 5 总结与体会总结与体会.131 1 设计任务与要求设计任务与要求1.11.1 设计任务设计任务1设计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。2设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 1输出温度采用数字显示，温度显示采用 3 位 LED 数码管显示，两位整数，一位小数2设计控制器使用 MCS-51 系列单片机，测温传感器使用 DS18B20，用 3 位共LED 数码管以串口传送数据。3采用数字式温度计传感器为检测器件，进行单点温度检测。4具有键盘输入上、下限功能，超过上、下限

3、温度时，进行声音报警。2 2 总体设计方案总体设计方案总体设计方案总体设计方案方案一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，感温电路比拟麻烦。 方案二 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。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比拟简单，

4、软件设计也比拟简单，故采用了方案二。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 AT89S51，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。图 1总体设计方框图主 控 制 器LED 显 示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡报警点按键调整2. 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。2. 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。温度传感器DS18B20 温度传感

5、器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器，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：1独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3无须外部器件；4可通过数据线供电，电压范围为 5.5；5零待机功耗；6温度以 9 或 12 位数字；7用户可定义报警设置；8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；9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； DS18B

6、20 采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 2 所示。C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器 TH低温触发器 TL配置存放器8 位 CRC 发生器Vdd图 2 DS18B20 内部结构64 位 ROM 的结构开始 8 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 8 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 TH 和 TL，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的

7、EERAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 3 所示。头2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节 TH 和 TL 的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第 5 个字节，为配置存放器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20 工作时存放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 5 位一直为 1，TM 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 0，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。TM R11R01111.图 3 DS18B2

8、0 字节定义由表 1 可见，DS18B20 温度转换的时间比拟长，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存未用，表现为全逻辑。第 9 字节读出前面所有温度 LSB温度 MSBTH 用户字节 1TL 用户字节 2配置存放器保存保存保存CRC8 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 1、2 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

9、以LSB形式表示。当符号位 s0 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 s1 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 是一局部温度值对应的二进制温度数据。表 1 DS18B20 温度转换时间表R0R1000101119101112分辨率/位 温度最大转向时间/ms93.75187.5375750. DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、TL 字节内容作比拟。假设 TTH 或 TTL，那么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

10、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 值作比拟，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 2 的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门翻开时，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

11、前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器 1、温度存放器中，计数器 1 和温度存放器被预置在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，温度存放器的值将加 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计数到 0 时，停止温度存放器的累加，此时温度存放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，直到温度存放器值大致被测温度值。表 2一局部温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+

12、1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H0000 0001 1001 00000191H0000 0000 1010 000100A2H0000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H1111 1111 1111 0000FFF8H1111 1111 0101 1110FF5EH1111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H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。系统对

13、 DS18B20 的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20发复位脉冲发 ROM 功能命令发存储器操作命令处理数据。DS 18B 20DS 18B 20DS 18B 204.7 KGNDGNDGNDVCCVCC单片机. 图 4 DS18B20 与单片机的接口电路2.32.3 DS18B20DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路温度传感器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

14、钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉。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。2.42.4 系统整体硬件电路系统整体硬件电路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，如图 5 所示。图 5 中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图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

15、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。图 5 中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比拟方便，在程序跑飞时，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。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拟少，只用 p3 口的 RXD,和 TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用 74LS164 右移存放器驱动，显示比拟清晰。 图 5 单片机主板电路图 6 温度显示电路3 3 系统软件算法分析系统软件算法分析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。程序的主要功能是负责温度的实时显

16、示、读出并处理 DS18B20 的测量的当前温度值，温度测量每 1s 进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图 7 所示。图 7 主程序流程图图 8 读温度流程图 读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节，在读出时需进行 CRC 校验，初始化调用显示子程序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令NYNYY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？CRC 校验正？确？移入温度暂存器结束NNY发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发温度转换开始命令 结束校验有错时不进行温

17、度数据的改写。其程序流程图如图 8 示图 9 温度转换流程图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 750ms，在本程序设计中采用 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上图，图 9 所示3.43.4 计算温度子程序计算温度子程序计算温度子程序将 RAM 中读取值进行 BCD 码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图 10 所示。图 10计算温度流程图 图 11显示数据刷新流程图3.53.5 显示数据刷新子程序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，当最高显示位为 0 时将符

18、号显示位移入下一位。程序流程图如图 11 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NY温度数据移入显示存放器十位数 0？百位数 0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据不显示符号 结束NNYY4 4 调试过程调试过程1当操作者按下或松开按键时，按键会产生机械抖动。这种抖动发生在按下或松开的瞬间，一般持续几到几十毫秒，抖动时间随按键的结构不同而不同。在扫描键盘过程中，必须想方法消除按键抖动，否那么会引起错误。 2在键盘扫描中，应当防止一次键而有多个对应键输入的情况。这种情况 的发生是由与键扫描速度和键处理速度较快，当按下的键还未松开时，键扫描程序和键处理程序已执行了多遍。这样，由于程序执行和按键动作不同步而造成按一次键有多个值输入的错误状态。为防止发生这种情况，必须保证按一次键，CPU 只对该键作一次处理。为此，在扫描程序中不仅要检测是否有按键按下，在有键按下的情况，作一次键处理，而且在键处理完毕后，还应检测按下的键是否松开，只有当按下的键松开以后，程序才往下执行。这样每按一个键，只作一个键处理，使两者到达同步，消除按一次按键有屡次键值输入的错误情况。5 5 总结与体会总结与体会 通过这