基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計.

1、單片機課程設(shè)計報告姓 名：學(xué) 號：班 級：學(xué) 院：機電學(xué)院指導(dǎo)老師：單片機課程設(shè)計報告基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計摘 要：本文介紹一種基于 AT89S51單片機的一種溫度測量電路，該電路采用DS18B20乍為溫度監(jiān)測元件，測量范圍 0 C99C,使用2位LED模塊顯示。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng) 的各部分電路，介紹了集成溫度傳感器DS18B2 0的原理，AT89S51單片機功能和應(yīng)用。該電路設(shè)計新穎、功能強大、結(jié)構(gòu)簡單。關(guān)鍵詞：溫度測量 DS18B20 AT89S52211前言32方案設(shè)計33系統(tǒng)的硬件設(shè)計43.1 主控制器43.2 顯示電路53.3 溫度傳感器工作原理63.4 溫度傳感器接口電路

2、94系統(tǒng)的軟件設(shè)計94.1 主流程圖94.2 主程序105總結(jié)16參考文獻17/、八1前言數(shù)字溫度計(Digital Thermometer )簡稱DTM它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的溫度值轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。 傳統(tǒng)的溫度 計功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字溫度計， 由于精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便得到了廣泛的應(yīng)用。溫度是 許多監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)。DS18B2直接把溫度信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信 號。數(shù)據(jù)采集、處理模塊主要由AT89S5單片機構(gòu)成，完成溫度數(shù)據(jù)的讀取和顯 示。本文將介紹智能集成溫度傳感器 DS18B20勺結(jié)

3、構(gòu)特征及控制方法，并對 AT89S51單片機為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測量裝置的工作原理及程序設(shè)計 作了詳細的介紹。2方案設(shè)計本設(shè)計主要是介紹了單片機控制下的溫度檢測系統(tǒng)，詳細介紹了其硬件和軟 件設(shè)計，并對其各功能模塊做了詳細介紹，其主要功能和指標(biāo)如下：利用溫度傳感器(DS18B20測量某一點環(huán)境溫度測量范圍為0C99C,精度為一 1C用數(shù)碼管進行實際溫度值顯示采用AT89S51單片機P3.7 口控制溫度傳感器DS18B20勺溫度測量，以兩位 數(shù)碼感形式輸出測量溫度，原理圖如下圖 2.1所示：C11 1104R11 24 7KU112J11(?ON 1L5S18B2(：r=圖2.1 DS18B20

4、與單片機接口單片機復(fù)位主控制器AT89S52LED顯示七時鐘振蕩心溫 度 倍 感 器圖2.2 總體設(shè)計方框圖3系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1主控制器AT89S51是一種低功耗、 高性能CMOS位微控制器，具有4K在系統(tǒng)可 編程Flash存儲器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造， 與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、 超有效的解決方案。AT89S51具有以下標(biāo)準功能：4k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM 32位I/O

5、 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S51可降至OHz靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存， 振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷為止。8位微控制器4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S51圖3.1時鐘電路3.2顯示電路顯示采用2位數(shù)碼管，圖3.2.1為數(shù)碼管段驅(qū)動，圖3.2.2為數(shù)碼管位驅(qū)動，圖3.2.3為溫度顯示電路圖321數(shù)碼管段驅(qū)動圖3.2.3溫度顯示電

6、路3.3溫度傳感器工作原理DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能 溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比， 它能直接讀出被測溫度，并且 可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20勺性能特點如下：?獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊?簡單的多點分布應(yīng)用?無需外部器件?可通過數(shù)據(jù)線供電?零待機功耗?溫度以9位數(shù)字量讀出?溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms （典型值）DS18B2內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的 溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B2的管腳排列、各種封裝形式如圖 3.3.1

7、所示，DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生 電源下，也可以向器件提供電源；GN為地信號；VD為可選擇的VD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。其電路圖 3.3.2所示。NCNCBOTTOM VIEWNC 一i8NC |27Vdd C36DQ45DS18B2DZ8-PIN SOIC (150lMIL)NCGN-oauuozc圖331外部封裝形式圖3.3.2傳感器電路圖DS18B2C的測溫原理如圖3.3.3所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫 度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)

8、器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B2C就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的 時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩 器來決定，每次測量前，首先將-55 C所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1和溫 度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 C所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù) 器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1,減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝 入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循 環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中

9、 的數(shù)值即為所測溫圖2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其 輸出用，于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程， 直 至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是 DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B2C單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因 此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20勺各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為： 初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）一發(fā)ROM功能命令-發(fā)存儲器操作命令一處理數(shù) 據(jù)。圖3.3.3 DS18B20測溫原理圖在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5 C,可采用下述方法獲得高 分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS18

10、20提供的讀暫存器指令(BEH讀出以0.5 C 為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位 (LSE),得到所測 實際溫度的整數(shù)部分Tz,然后再用BEH指令取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值Cs和每度 計數(shù)值CD考慮到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25 C、0.75 C為進位界限的關(guān)系，實際溫度Ts可用下式計算：Ts=(Tz-0.25 C) + (CD-CS /CD3.4溫度傳感器接口電路11三h圖3.4.1溫度傳感器接口電路4系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1主流程圖主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理測量的當(dāng)前溫度值,其程序流程見圖.圖4.1.2讀溫度流程圖圖4.1.1主程序流程圖4.

11、2主程序#in elude #defi ne ulong un sig ned long#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charuchar code led= 0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e,0x02,0x00 ; / 數(shù)碼管碼表uchar disp4=1,2,3,4; /數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)/數(shù)碼管位選P1低四位，段選P0sbit L0CK=PM4; 74573鎖存端sbit DQ=P3A5;

12、/DS18B20 數(shù)據(jù)端 uchar templow; /溫度值低字節(jié)uchar temphigh; /溫度值高字節(jié)char tempzhe ng; /溫度值整數(shù)void Delay( uint x);void Display。；void TxReset();void RxWait();bit RdBit();uchar RdByte();void WrBit(bit b);void WrByte(uchar d);void Conv ert();void RdTemp();sbit ACC0 = ACCA0;sbit ACC7 = ACCA7;/* 主函數(shù)*/void mai n()whil

13、e(1)Co nvert(); /調(diào)用啟動溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)RdTemp(); / 調(diào)用讀取溫度值函數(shù)/* 初始化 DS18B20*/void TxReset()uint i;DQ=O; /發(fā)送復(fù)位脈沖i=100;while(i0) i-; / 拉低 900usDQ=1; /釋放總線i=4;while(i0) i-;/* 等待 DS18B20應(yīng)答*/void RxWait()uint i;while(DQ); / 等待 15-60uswhile(DQ); /DS18B20 發(fā)出存在脈沖 60-240usi=4;while(i0) i-;/* 讀取一位數(shù)據(jù)*/bit RdBit()uchar i;bi

14、t b;DQ = 0; / 讀開始 1usi+;DQ = 1; / 產(chǎn)生讀時間隙15usi+;i+;b = DQ; / 讀位i = 8;while(i0) i-; / 等待 60usDQ = 1; /釋放總線return b;/* 讀取字節(jié)數(shù)據(jù)uchar RdByte()uchar i,j,d;d=0;for(i=0;i8;i+) / 各位由低向高讀出j=RdBit();d=(j1);return d;/* 寫入字節(jié)數(shù)據(jù)void WrByte(uchar d)uint i;uchar j;bit btmp;for(j=0;j1;if(btmp) / 寫 1*/DS18B20*/DS18B20D

15、Q=O; / 延時 15usi+；i+；DQ=1; /寫1時隙不低于60ui=8;while(i0) i-;else / 寫 0DQ=O;i=8;while(i0) i-; /保持低電平 60us 到 120usDQ=1; /釋放總線i+;i+;/* 啟動溫度轉(zhuǎn)換*/void Conv ert()uint i;Delay(125); / 延時 1msTxReset(); / 初始化 DS18B20RxWait(); / 等待 DS18B20應(yīng)答Delay(125); / 延時WrByte(0xcc); / 跳過 ROM命令WrByte(0x44); /溫度轉(zhuǎn)換命令for(i=0;i250;i+

16、) /延時 1sDisplay。；/* 讀取溫度值*/void RdTemp(void)short int temp;uint x;bit flag = 1;TxReset(); / 初始化 DS18B20RxWait(); /等待 DS18B20答Delay(125); / 延時WrByte(0xcc); /跳過 ROM命令WrByte(0xbe); /讀暫存存儲器命令temphigh = RdByte(); / 溫度值高字節(jié)temp = (temphigh 8) | templow; /溫度為 16 位補碼if(temp 4; / 溫度值整數(shù)x = temp & 0x000f;if(fla

17、g)disp0 = tempzhe ng/100; / 百位elsedisp0 = 16;disp1 = (tempzhe ng%100)/10; / 十位disp2 = tempzhe ng%10; / 個位/* 延時*/void Delay( uint x)uint i;for(i=x;i0;i-);/* 數(shù)碼管顯示*/void Display()uchar i,j;j=0x08;for(i=0;i1; / 調(diào)整位碼Delay(125);P0=0x00;5總結(jié)通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè) 計方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的

18、思考， 一遍又一遍所在，課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的越來越快，單片機已經(jīng)成為當(dāng)今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng) 域,在生活中可以說無出不在，因此學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 回顧起此次課程設(shè)計，至今我仍然感觸良多，的確，從理論到實踐，在整整一個 星期里，可以說苦多甜少，但是我卻學(xué)到了很多很多的東西， 同時還鞏固了學(xué)的 知識，通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論和實踐相結(jié)合很重要的道理，只有理論是遠遠不夠的，只有把理論知識和實踐結(jié)合起來， 從實踐中得出理論知識，才能 真正為社會服務(wù)，從而提高至今的實際的動手能力和獨立思考能力。 在設(shè)計的過 程中遇到的問題，可以說是困難重重，在做的過程中難免會遇到各種各樣的問題， 同時在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)