課程設(shè)計(jì)（論文）基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)

1、 題目：基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 班級(jí)：自動(dòng)化083班學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師： 2011年12月26日 基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)摘要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作的方方面面。單片機(jī)已經(jīng)走進(jìn)了我們的生活，并有了不可替代的地位。而在工業(yè)五大基本參數(shù)中，溫度的測(cè)量尤其廣泛，可見(jiàn)精確的溫度對(duì)于工業(yè)發(fā)展來(lái)看有多大的作用。本文將介紹一種基于單片機(jī)的簡(jiǎn)單數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)可以畢竟精確地測(cè)量并顯示溫度，并實(shí)現(xiàn)上下限的報(bào)警功能。關(guān)鍵字：at89c2051單片機(jī) ds18b20 溫度測(cè)量 報(bào)警正文：第一章 緒論 溫度計(jì)這個(gè)詞對(duì)于我們來(lái)說(shuō)應(yīng)該都算是家喻戶曉了，即使在我們

2、孩提時(shí)，溫度計(jì)也是屢見(jiàn)不鮮。那時(shí)候我們見(jiàn)得最多的就當(dāng)體溫計(jì)了，每次感冒生病了，量體溫是必不可少的，再后來(lái)我們又見(jiàn)到了氣溫計(jì)等一系列的溫度計(jì)。但是，這些溫度計(jì)總的來(lái)說(shuō)都是模擬的，在數(shù)字化越來(lái)越普及的當(dāng)代，數(shù)字產(chǎn)品的有點(diǎn)已被我們沒(méi)個(gè)人知曉。和傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。在一些需要對(duì)溫度有準(zhǔn)確測(cè)量的場(chǎng)所，數(shù)字溫度計(jì)有傳統(tǒng)溫度計(jì)無(wú)法替代的作用。在社會(huì)發(fā)展的方向來(lái)看，數(shù)字式儀表也是科技發(fā)展的潮流。該設(shè)計(jì)是以at89c2051單片機(jī)為控制器，ds18b20為溫度傳感器，三位共陰極led數(shù)碼管為顯示單元，發(fā)光二極管當(dāng)報(bào)警裝置的數(shù)字溫度計(jì)，基本能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

3、 目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ate)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(mcu)。社會(huì)的發(fā)展使人們對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹智能集成溫度傳感器ds18b20的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對(duì)以此傳感器，89c51單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測(cè)量裝置的工作原理及程

4、序設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫要求比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用atmel公司的at89c51單片機(jī)，測(cè)溫傳感器使用dallas公司ds18b20，用液晶來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。第二章 總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)方案 方案的選擇主要在于溫度檢測(cè)方面的選擇，其它方面基本上都差不多。2.1.1 方案一 設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)溫電路，包括溫度傳感器，溫度變送器，a/d轉(zhuǎn)換電路。具體流程為溫度傳感器測(cè)量溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)溫度變送器變換為電流信號(hào)，再通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理，再在數(shù)碼管上顯示。 采用熱

5、電偶溫差電路測(cè)溫，溫度檢測(cè)部分可以使用低溫?zé)崤?，熱電偶由兩個(gè)焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成（熱電偶的構(gòu)成如圖 2.1），熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種金屬的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成。通過(guò)將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測(cè)量該電壓，便可推斷出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有a/d 通道的單片機(jī)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來(lái)自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)需要用到a/d 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩

6、。圖 2.1熱電偶電路圖2.1.2 方案二 溫度測(cè)量上使用集成芯片ds18b20，實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量并輸出數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)接收。該系統(tǒng)利用at89c51芯片控制溫度傳感器ds18b20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計(jì)中加入時(shí)鐘芯片ds1302以獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時(shí)顯示時(shí)間，并可以利用at24c16芯片作為存儲(chǔ)器件，以此來(lái)對(duì)某些時(shí)間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用鍵盤來(lái)進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過(guò)max232芯片與計(jì)算機(jī)的rs232接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時(shí)間溫度數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)框圖如圖 2-1-2

7、所示圖 2-1-2 ds18b20溫度測(cè)溫系統(tǒng)框圖2.1.3 方案選擇 根據(jù)上述兩種方案的設(shè)計(jì)思路可以看出來(lái)方案二更加容易實(shí)現(xiàn)和操作，而且電路相對(duì)簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，所以應(yīng)選擇方案二。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)硬件設(shè)計(jì)思路而得系統(tǒng)的硬件應(yīng)由一系列的模塊組成，根據(jù)本設(shè)計(jì)可以把此數(shù)字溫度計(jì)分解成以下5個(gè)基本模塊：溫度采集模塊、數(shù)值顯示模塊、報(bào)警模塊、單片機(jī)模塊、外存模塊，系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)模塊框圖3.1 溫度采集模塊 溫度測(cè)量模塊是選用集成芯片ds18b20作為溫度的測(cè)量和変送，輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。ds18b20采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸，可以直接通過(guò)一個(gè)i/o口向單片機(jī)

8、接收設(shè)置信號(hào)和向單片機(jī)發(fā)送溫度的測(cè)量值。3.1.1 ds18b20的結(jié)構(gòu)ds18b20有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用的封裝為pr-35,其引腳圖如3-1-1-1。由圖所示，ds18b20只有三個(gè)引腳，兩邊的引腳為電源的正于地，中間的信號(hào)引腳可以直接于單片機(jī)的i/o相連，這就大大簡(jiǎn)化了溫度測(cè)量模塊的硬件電路。從圖3-1-1-2我們可以看出ds18b20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(bào)警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。 圖3-1-1-1 ds18b20引腳圖 圖3-1-1-2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-1-2 ds18b20的工作

9、步驟 根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)ds18b20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條rom指令，最后發(fā)送ram指令，這樣才能對(duì)ds18b20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主cpu將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，ds18b20收到信號(hào)后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。3-1-3 ds18b20于單片機(jī)的硬件連接因?yàn)閐s18b20可以于單片機(jī)直接連接，所以連接的硬件電路圖非常簡(jiǎn)單，硬件電路如圖3-1-3-1所示。圖3-1-3-1 ds18b20于單片機(jī)的硬件連接圖3.2 數(shù)值顯示模

10、塊 數(shù)值顯示模塊由三個(gè)帶有小數(shù)點(diǎn)的七段數(shù)碼管為主體，外加上拉電阻組成，硬件電路如圖3-2-1。增加的上拉電阻是為了提高數(shù)碼管的電流，依據(jù)此圖，可以得知顯示的范圍為0999。由于只能顯示三位，所以精確都也不恒定，由0.01變化到1。圖3.2.1 數(shù)值顯示模塊圖3.3 報(bào)警模塊 報(bào)警模塊由5個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，當(dāng)測(cè)量到的溫度值小于報(bào)警下限或大于報(bào)警上限，發(fā)光二極管發(fā)光。也可以通過(guò)5個(gè)發(fā)光二極管的發(fā)光情況判斷報(bào)警的是上限報(bào)警還是下限報(bào)警，報(bào)警電路的觸發(fā)信號(hào)是由單片機(jī)的p37引腳發(fā)出的。報(bào)警模塊的硬件電路如圖3-3-1所示。圖3-3-1 報(bào)警模塊電路圖3.4 單片機(jī)模塊 單片機(jī)模塊是系統(tǒng)的控制單元主要復(fù)

11、雜系統(tǒng)的調(diào)控，如接收溫度模塊的信號(hào)，處理并為顯示模塊，報(bào)警模塊等模塊提供信號(hào)。單片機(jī)模塊是以at89c2051為基礎(chǔ)外加單片機(jī)的外圍電路構(gòu)成，外圍電路如晶振電路，復(fù)位電路，按鍵等。3.4.1 晶振電路 晶振電路由一個(gè)12m的晶振和兩個(gè)電容構(gòu)成的一個(gè)無(wú)輸入，而輸出電路，其硬件電路如圖3-4-1-1所示。 圖3-4-1-1 晶振電路圖 圖3-4-2-1 復(fù)位電路圖3-4-2 復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)采用基本的復(fù)位電路，硬件電路如圖3-4-2-1。3.5 外存模塊 外存模塊是由24c08為基礎(chǔ)組成了，24c08是8k位串行總線eeprom，采用10248bit的組織結(jié)構(gòu)以及兩線串行接口，具有頁(yè)寫能力。引腳排

12、列和模塊電路如圖3-5-1。圖3-5-1 24c08的引腳圖和外存模塊的硬件圖外存模塊是為了保存一定時(shí)間段一定時(shí)刻的溫度值，用來(lái)統(tǒng)計(jì)溫度在這段時(shí)間之中的變化情況。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 在一個(gè)加工程序中，如果其中有些加工內(nèi)容完全相同或相似，為了簡(jiǎn)化程序，可以把這些重復(fù)的程序段單獨(dú)列出，并按一定的格式編寫成子程序。主程序在執(zhí)行過(guò)程中如果需要某一子程序，通過(guò)調(diào)用指令來(lái)調(diào)用該子程序，子程序執(zhí)行完后又返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序段。 為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化程序，可以讓子程序調(diào)用另一個(gè)子程序，這種程序的結(jié)構(gòu)稱為子程序嵌套。在編程中使用較多的是二重嵌套。 系統(tǒng)的軟件主要有下列子程序：溫度采集于處理子程序、顯示

13、數(shù)據(jù)子程序、報(bào)警子程序、外存存儲(chǔ)子程序等，主程序主要是根據(jù)實(shí)際情況把子程序進(jìn)行合理的安排運(yùn)行。4.1 主程序 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示，讀出并處理溫度采集模塊測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量沒(méi)1s進(jìn)行一次。這樣可以在1s之內(nèi)處理完一個(gè)采集周期內(nèi)的其他事情，主程序的流程見(jiàn)圖4-1-1。圖4-1-1 主程序流程圖沒(méi)一秒中采集并刷新顯示一次溫度值，沒(méi)五分鐘保存一次溫度值。4.2 顯示子程序 顯示子程序就是把經(jīng)過(guò)處理過(guò)的溫度值通過(guò)三個(gè)數(shù)碼管顯示出來(lái)，讓我們能夠容易而明白地知道即時(shí)的溫度值。顯示子程序先要判斷溫度值的正負(fù)大小來(lái)決定三個(gè)數(shù)碼管的分工，通過(guò)判斷正負(fù)來(lái)決定第一個(gè)數(shù)碼管顯示的是負(fù)號(hào)還是作為

14、數(shù)據(jù)，通過(guò)判斷數(shù)據(jù)的大小來(lái)決定小數(shù)點(diǎn)的位置，總共編輯了5種顯示方案。顯示子程序的流程圖如圖4-2-1所示。圖4-2-1 顯示子程序流程圖4.3 報(bào)警子程序 報(bào)警子程序是在溫度超過(guò)上、下限時(shí)啟動(dòng)報(bào)警，程序流程圖如圖4-3-1。4.4 外存存儲(chǔ)子程序 外存存儲(chǔ)子程序所要實(shí)現(xiàn)的就是沒(méi)5分鐘外存空間存儲(chǔ)一次溫度值，程序流程圖如圖4-4-1。 圖4-3-1 報(bào)警子程序程序流程圖 圖4-4-1 外存存儲(chǔ)子程序流程圖第五章 總結(jié) 該系統(tǒng)硬件電路比較簡(jiǎn)單明了，主要是由集成芯片和一些電阻電容組成，關(guān)鍵的還是在系統(tǒng)軟件方面。系統(tǒng)溫度測(cè)量范圍廣，顯示范圍可以從-99到999。當(dāng)然數(shù)字溫度計(jì)的測(cè)量范圍不會(huì)這么大，但因

15、小數(shù)點(diǎn)位置變化而引起顯示情況的增加，就造成程序的復(fù)雜性增加了。此系統(tǒng)是一個(gè)基礎(chǔ)的數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)，技術(shù)含量不是非常高，只是由一些基本的電路，子程序組成，但是組成系統(tǒng)的子程序比較多，這就在我們做系統(tǒng)時(shí)的細(xì)心是個(gè)考驗(yàn)。經(jīng)過(guò)調(diào)試，本系統(tǒng)基本能滿足設(shè)計(jì)要求。 從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。 最后，還要感謝我的指導(dǎo)老師和熱心的同學(xué)，在他們的幫助下我的課程設(shè)計(jì)才能順利完成，謝謝你們！附錄一：系統(tǒng)原理圖附錄二：系統(tǒng)pcb圖附錄三：系統(tǒng)3d

16、仿真圖附錄四：系統(tǒng)元器件清單at89c2051、24c08、ds18b20、晶振、4.7k電阻、10k電阻、電解電容各一個(gè)，按鍵兩個(gè)，1k電阻8個(gè)，發(fā)光二極管5個(gè)，100pf電容兩個(gè)附錄五：部分程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dq=p14;/ds18b20與單片機(jī)連接口unsigned char code str=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x39;/共陰數(shù)碼管字碼表unsigned char code str1=0x0

17、bf,0x86,0x0db,0x0cf,0x0e6,0x0ed,0x0fd,0x87,0x0ff,0x0ef,0x39;/個(gè)位帶小數(shù)點(diǎn)字碼表unsigned char code wei=0x0fe,0x0fd,0x0fb,0x0f7;uchar data disdata5;uint tvalue;/溫度值uchar tflag;/溫度正負(fù)標(biāo)志/*ds1820程*/void delay_18b20(unsigned int i)/延時(shí)1微秒 while(i-);void ds1820rst()/*ds1820復(fù)位*/ unsigned char x=0;dq = 1; /dq復(fù)位delay_18

18、b20(4); /延時(shí)dq = 0; /dq拉低delay_18b20(100); /精確延時(shí)大于480usdq = 1; /拉高delay_18b20(40);uchar ds1820rd()/*讀數(shù)據(jù)*/ unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i0;i-) dq = 0; /給脈沖信號(hào) dat=1; dq = 1; /給脈沖信號(hào) if(dq) dat|=0x80; delay_18b20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/unsigned char i=0; for

19、 (i=8; i0; i-) dq = 0; dq = wdata&0x01; delay_18b20(10); dq = 1; wdata=1; read_temp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/uchar a,b;ds1820rst();ds1820wr(0xcc);/*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ds1820wr(0x44);/*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/ds1820rst();ds1820wr(0xcc);/*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ds1820wr(0xbe);/*讀取溫度*/a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue0x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴(kuò)大10倍，精確到1位小數(shù)return(tvalue);/*/void ds1820disp()/溫度值顯示 uchar flagdat; uchar i; disdata0=tvalue/1000;/百位數(shù) disdata1=tvalue%1000/