數(shù)字溫度傳感器課程設計論文

1、目錄課題要求：41.原理分析42.方案選擇43.元器件選擇53.1單片機53.2溫度傳感器73.3 顯示屏83.4 蜂鳴器93.5其他元件94.proteus原理圖繪制94.1設計步驟94.2 設計過程94.2.1單片機系統(tǒng)模塊104.2.2晶體振蕩模塊104.2.3揚聲器報警模塊114.2.4溫度傳感器模塊124.2.5液晶顯示模塊135.綜合調試166.總結17附錄118附錄221附錄323附錄424基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計設計報告課題要求： 利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20與單片機結合來測量溫度。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度信號，計算后在LED數(shù)碼管上顯示相應的溫度值。

2、其溫度測量范圍為55125，精確到0.5。數(shù)字溫度計所測量的溫度采用數(shù)字顯示，控制器使用單片機AT89C51，測溫傳感器使用DS18B20，實現(xiàn)溫度顯示。1. 原理分析（劉星）采用AT89C51單片機作為控制核心對溫度傳感器DS18B20控制，讀取溫度信號并進行計算處理，并送數(shù)碼管顯示。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計 DS18B20

3、和微控制芯片AT89C51 構成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號，可直接與計算機連接。這樣，測溫系統(tǒng)的結構就比較簡單，體積也不大。采用AT89C51 單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術算法和邏輯控制而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。用 AT89C51 芯 片 控 制 溫 度 傳 感 器DS18B20 進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度。該系統(tǒng)擴展性非常強，它可以在設計中加入時鐘芯片 DS1302以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間，并可以利用 AT24C16 芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點的溫度數(shù)據(jù)進行

4、存儲，利用鍵盤來進行調時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過 MAX232 芯片與計算機的 RS232 接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。 方案選擇（劉星） 按照系統(tǒng)設計功能的要求，確定系統(tǒng)由3個大的模塊組成：主控制器、測溫電路和顯示電路。由AT89C51單片機組成硬件設計，AT89C51的EA接高電平，其外圍電路提供能使之工作的晶振脈沖、復位按鍵，四個I/O分別接8路的單列IP座方便與外圍設備連接。 當AT89C51芯片接到來自溫度傳感器的信號時，其內部程序將根據(jù)信號的類型進行處理，并且將處理的結果送到顯示模塊，發(fā)送控制信號控制各模塊。 元器件選擇（黃學然）3.1單片機AT89C51

5、芯片：AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4K的可反復擦寫的FLASH只讀存儲器和128 BYTES的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口。AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。內置功能強大的微型計算機的AT89C51

6、提供了高性價比的解決方案。 主要特性：·與MCS-51 兼容·4K字節(jié)可編程FLASH存儲器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級程序存儲器鎖定·128×8位內部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內振蕩器和時鐘電路管腳說明：VCC： 供電電壓。GND： 接地。P0： P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1

7、口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上

8、拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0 RXD（串

9、行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。/EA/VPP: 當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放

10、大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.2溫度傳感器DS18B20： DS18B20 封裝圖 DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠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

11、的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75 ms和750 ms內完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 以下是DS18B20的特點： (1)獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 (2)在使用中

12、不需要任何外圍元件。 (3)可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0 +5.5 V。 (4)測溫范圍：-55 - +125 。固有測溫分辨率為0.5 。 (5)過編程可實現(xiàn)9-12位的數(shù)字讀數(shù)方式。 (6)用戶可自設定非易失性的報警上下限值。 (7)支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 (8)負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。3.3 顯示屏 LCD1602液晶顯示屏：同時顯示攝氏溫度與華氏溫度。管腳分布：LCD1602模塊的管腳分布功能管腳號 管腳名稱狀態(tài)管腳功能1Vss電源地2Vdd電源正極3V0液晶顯示偏壓信號4RS輸入寄存器

13、選著5RW輸入讀、寫操作6E輸入使能信號7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)總線0（LSB）8DB1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9DB2三態(tài)數(shù)據(jù)總線10DB3三態(tài)數(shù)據(jù)總線11DB4三態(tài)數(shù)據(jù)總線12DB5三態(tài)數(shù)據(jù)總線13DB6三態(tài)數(shù)據(jù)總線14DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（MSB）15LEDA輸入背光+5V16LEDK輸入背光地3.4 蜂鳴器實現(xiàn)報警振鈴音。3.5其他元件電容（30pf，10uf）、電阻（4.7k，8.2k）、三極管（8550）、晶振（12MHZ）、按鍵、杜邦線、排針若干，萬能板。 proteus原理圖繪制（余琳玲）4.1設計步驟1.使用proteus 軟件畫出原理圖2.使用keil軟件1）建立工程2）為工程選擇目標器件3）設

14、置工程的配置參數(shù)4) 打開程序文件5）編輯和鏈接工程6）糾正程序中的書寫和錯誤并重新建立鏈接7）生成hex文件3.使用proteus軟件進行仿真4.2 設計過程硬件接線圖見附錄44.2.1單片機系統(tǒng)模塊4.2.2晶體振蕩模塊晶振電路是提供系統(tǒng)時鐘信號。為了各部分的同步應當引入公用的外部脈沖信號作為振蕩脈沖。電容選擇在1030pF之間，因為電容的大小影響振蕩器振蕩的穩(wěn)定性和起振的速度。電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，晶振CYS的振蕩頻率取12MHZ。89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生，外部時鐘和內部時鐘方式，如下圖所示：4.2.3揚聲器報警模塊系統(tǒng)設有一定的溫度范圍，當系統(tǒng)檢

15、測到的溫度不在預設的范圍時，則需發(fā)出報警，警報系統(tǒng)由PNP三極管和蜂鳴器組成。4.2.4溫度傳感器模塊DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導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。 4.2.5液晶顯示模塊硬件連線圖：指令：1）Clear display 清顯示指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000000001清顯示指令將空位字符碼20H 送入全部DDRAM 地址中，使DDRAM 中的內容全部清除，顯示消失；地址計數(shù)器AC=0，自動增1

16、 模式；顯示歸位，光標或者閃爍回到原點（顯示屏左上角）；但并不改變移位設置模式。2）Return home 歸位指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000000001*歸位指令置地址計數(shù)器AC=0；將光標及光標所在位的字符回原點；但DDRAM 中的內容并不改變。3）Entry mode set 設置輸入模式指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000001I/DSI/D：字符碼寫入或者讀出DDRAM 后DDRAM 地址指針AC變化方向標志：I/D=1，完成一個字符碼傳送后，光標右移，AC自動加1；I/D=0，完成一個字符碼傳送后，光

17、標左移，AC自動減1；S：顯示移位標志：S=1，將全部顯示向右（I/D=0）或者向左（I/D=1）移位；S=0，顯示不發(fā)生移位；S=1 時，顯示移位時，光標似乎并不移位；此外，讀DDRAM 操作以及對CGRAM 的訪問，不發(fā)生顯示移位。4）Display on/off control 顯示開/關控制指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000001DCBD：顯示開/關控制標志：D=1，開顯示；D=0，關顯示；關顯示后，顯示數(shù)據(jù)仍保持在DDRAM中，立即開顯示可以再現(xiàn)；C：光標顯示控制標志：C=1，光標顯示；C=0，光標不顯示；不顯示光標并不影響模塊其它顯示功能；顯

18、示5X8 點陣字符時，光標在第八行顯示，顯示5X10 點陣字符時，光標在第十一行顯示；B：閃爍顯示控制標志：B=1，光標所指位置上，交替顯示全黑點陣和顯示字符，產(chǎn)生閃爍效果，F(xiàn)osc=250kHz時，閃爍頻率為0.4ms左右；通過設置，光標可以與其所指位置的字符一起閃爍。5）Cursor or display shift 光標或顯示移位指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000001S/CR/L*光標或顯示移位指令可使光標或顯示在沒有讀寫顯示數(shù)據(jù)的情況下，向左或向右移動；運用此指令可以實現(xiàn)顯示的查找或替換；在雙行顯示方式下，第一行和第二行會同時移位；當移位越過第一

19、行第四十位時，光標會從第一行跳到第二行，但顯示數(shù)據(jù)只在本行內水平移位，第二行的顯示決不會移進第一行；倘若僅執(zhí)行移位操作，地址計數(shù)器AC的內容不會發(fā)生改變。S/CR/L說明00光標向左移動，AC自動減101光標向右移動，AC自動加110光標和顯示一起向左移動，AC值不變11光標和顯示一起向右移動，AC值不變6）Function set 功能設置指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000001DLNF*功能設置指令設置模塊數(shù)據(jù)接口寬度和LCD 顯示屏顯示方式，即MPU 與模塊接口數(shù)據(jù)總線為4 位或者是8位、LCD 顯示行數(shù)和顯示字符點陣規(guī)格；所以建議用戶最好在執(zhí)行其它指

20、令設置（讀忙標志指令除外）之前，在程序的開始，進行功能設置指令的執(zhí)行；DL：數(shù)據(jù)接口寬度標志：DL=1，8 位數(shù)據(jù)總線DB7DB0；DL=0，4 位數(shù)據(jù)總線DB7DB4，DB3DB0 不用，使用此方式傳送數(shù)據(jù)，需分兩次進行；N：顯示行數(shù)標志：N=1，兩行顯示模式；N=0，單行顯示模式；F：顯示字符點陣字體標志：F=1：5X10點陣光標顯示模式；F=0：5X7 點陣光標顯示模式。7）Set CGRAM address CGRAM地址設置指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00001ACG5ACG4ACG3ACG2ACG1ACG0CGRAM 地址設置指令設置CGRAM地

21、址指針，它將CGRAM存儲用戶自定義顯示字符的字模數(shù)據(jù)的首地址ACG5ACG0送入AC中，于是用戶自定義字符字模就可以寫入CGRAM 中或者從CGRAM中讀出。8）Set DDRAM address DDRAM地址設置指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001ADD6ADD5ADD4ADD3ADD2ADD1ADD0DDRAM 地址設置指令設置DDRAM 地址指針，它將DDRAM 存儲顯示字符的字符碼的首地址ADD6ADD0送入AC中，于是顯示字符的字符碼就可以寫入DDRAM 中或者從DDRAM 中讀出；值得一提的是：在LCD 顯示屏一行顯示方式下，DDRAM 的地

22、址范圍為：00H4FH；兩行顯示方式下，DDRAM的地址范圍為：第一行00H27H，第二行40H67H。9） Read busy flag and address 讀忙標志BF和AC指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB001BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0當RS=0 和R/W=1 時，在E 信號高電平的作用下，BF和AC6AC0被讀到數(shù)據(jù)總線DB7DB0的相應位；BF：內部操作忙標志，BF=1，表示模塊正在進行內部操作，此時模塊不接收任何外部指令和數(shù)據(jù)，直到BF=0為止；AC6AC0：地址計數(shù)器AC 內的當前內容，由于地址計數(shù)器AC 被CGROM、CG

23、RAM和DDRAM的公用指針，因此當前AC 內容所指區(qū)域由前一條指令操作區(qū)域決定；同時，只有BF=0 時，送到DB7DB0 的數(shù)據(jù)AC6AC0才有效。10）Write data to CGRAM or DDRAM 寫數(shù)據(jù)到CGRAM或DDRAM指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB010D7D6D5D4D3D2D1D0寫數(shù)據(jù)到CGRAM 或DDRAM 指令，是將用戶自定義字符的字模數(shù)據(jù)寫到已經(jīng)設置好的CGRAM 的地址中，或者是將欲顯示字符的字符碼寫到DDRAM 中；欲寫入的數(shù)據(jù)D7D0 首先暫存在DR 中，再由模塊的內部操作自動寫入地址指針所指定的CGRAM 單元或

24、者DDRAM單元中。11） Read data from CGRAM or DDRAM 從CGRAM或DDRAM中讀數(shù)據(jù)指令碼：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB011D7D6D5D4D3D2D1D0從CGRAM 或DDRAM 中讀數(shù)據(jù)指令，是從地址計數(shù)器AC指定的CGRAM或者DDRAM單元中，讀出數(shù)據(jù)D7D0；讀出的數(shù)據(jù)D7D0 暫存在DR中，再由模塊的內部操作送到數(shù)據(jù)總線DB7DB0 上。 5.綜合調試（劉星、余琳玲、黃學然） 系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉換子程序、計算溫度 子程序、顯示等等，由余琳玲同學編寫。程序于附錄硬件方面主要由黃學然和劉星調

25、試焊接，一開始存在少許不易發(fā)現(xiàn)的焊點虛焊漏焊現(xiàn)象，導致顯示屏無顯示，后改正后可以得出正常顯示溫度，證明我們的課程設計實驗初步取得成功。6.總結（劉星、余琳玲、黃學然）本次課程設計經(jīng)過我們小組三個同學的齊心協(xié)力最終獲得了成功，此次實驗中我們還有不少需要改善的地方，比如這個溫度計不能快速的反應溫度變化，不能做到接觸測量（由于DS18B20焊接在電路板上），同時焊接技藝還沒有達到極致，美觀上略有欠缺。我們在仿真調試中也獲得不少感悟：畫圖的時候應仔細連線，線一旦連錯，程序無法正常運行。程序燒寫到單片機，實物運行不能顯示正常結果，要認真檢查仿真圖的連線正確與否以及焊接電路是否出現(xiàn)虛焊、漏焊，元器件是否錯

26、放。附錄1C語言程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include"18b20.h" /18b20頭文件#include"1602.h" /18b20頭文件/宏定義#define uchar unsigned char #define uint unsigned int/定義變量uint bw,sw,gw;uchar table="0123456789"uchar alarm=" Alarm "uchar j; /1602顯示的字符個數(shù)long in

27、t tem,tem1; /tem為攝氏溫度，tem1為華氏溫度，baojing為警報溫度值long int baojing=38; sbit speaker=P10;void beep(); /函數(shù)聲明蜂鳴器函數(shù) void display(void)/18b20顯示攝氏溫度 EX0=0; tem=duqu_wendu(); if(tem>baojing) beep(); bw=tem/10;sw=tem%10; write1602(0x80+0x00);read1602(tablebw);write1602(0x80+0x01); read1602(tablesw);write1602(

28、0x80+0x02);read1602(0xdf);write1602(0x80+0x03);read1602('C'); write1602(0x80+0x04); read1602(' '); EX0=1; void display1(void)/18b20顯示華氏溫度 EX0=0; tem1=duqu_wendu()*1.8+32; if(tem1>(baojing*1.8+32) beep(); bw=tem1/100;sw=(tem1%100)/10;gw=tem1%10; write1602(0x80+0x0b); read1602(table

29、bw);write1602(0x80+0x0c); read1602(tablesw);write1602(0x80+0x0d); read1602(tablegw);write1602(0x80+0x0e); read1602(0xdf);write1602(0x80+0x0f); read1602('F'); EX0=1; void displaybaojing(void)/顯示報警溫度值 bw=baojing/100;sw=baojing/10;gw=baojing%10; write1602(0x80+0x4b); read1602(tablebw);write1602

30、(0x80+0x4c); read1602(tablesw);write1602(0x80+0x4d); read1602(tablegw);write1602(0x80+0x4e); read1602(0xdf);write1602(0x80+0x4f); read1602('C'); void xianshi() /1602顯示 alarm int i; write1602(0x80+0x40); for(i=0;i<=9;i+) read1602(alarmi); delayms(5); void beep(void) /蜂鳴器子程序 uchar i; for(i=

31、0;i<=100;i+) speaker=1; delayus(80); speaker=0; delayus(80); void startinterrupt(void) TMOD=0x01; /T0模式1定時TH0=0xD8; /裝入初值，定時20msTL0=0xF0;IT0=1; /外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式EA=1; /中斷允許總控制位EX0=1; /外部中斷0允許EX1=1;ET0=1; /定時器0允許中斷ET1=1;TR0=1; /啟動定時器0 void main() inte1602();/1602初始化 xianshi();displaybaojing(); delayms

32、(1000);startinterrupt(); while(1)void timeer(void) interrupt 1 /定時器0處理函數(shù) TR0=0;TH0=0xD8; /裝入初值，定時20ms TL0=0xF0;display();/18B20顯示 display1(); TR0=1; /啟動定時器計數(shù)附錄2 /*18b20時序*/#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P36;uint temp;float f_temp;/單精度實行/延時函數(shù)void delayus(uint us) while(us-);/18B20初始化void inte_18b20(void) unsigned char x=0; DQ=1; delayus(8); DQ=0; delayus(80); DQ=1; delayus(14); x=DQ; delayus(20)