溫度傳感器實驗設(shè)計

成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科課程設(shè)計報告PAGE20成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計報告數(shù)字溫度計設(shè)計摘要在這個信息化高速發(fā)展的時代，單片機(jī)作為一種最經(jīng)典的微控制器，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)，作為自動化專業(yè)的學(xué)生，我們學(xué)習(xí)了單片機(jī)，就應(yīng)該把它熟練應(yīng)用到生活之中來。本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設(shè)置上下報警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時，可以報警。本文設(shè)計的數(shù)字溫度計具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，數(shù)字控制，數(shù)碼管顯示，溫度計，DS18B20，AT89S52。目錄1概述 41.1設(shè)計目的 41.2設(shè)計原理 41.3設(shè)計難點 42系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 42.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證 52.2.1主控制器 52.4系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計 73系統(tǒng)軟件設(shè)計 83.1初始化程序 83.2讀出溫度子程序 93.3讀、寫時序子程序 103.4溫度處理子程序 113.5顯示程序 124Proteus軟件仿真 135硬件實物 146課程設(shè)計體會…………………...15附錄1： 16附錄2:………………..211概述1.1設(shè)計目的隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。

本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實驗室使用，可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫、溫室大棚等需要控制溫度的地方。目前,該產(chǎn)品已在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。1.2設(shè)計原理本系統(tǒng)是一個基于單片機(jī)AT89S52的數(shù)字溫度計的設(shè)計，用來測量環(huán)境溫度，測量范圍為-50℃—110℃度。整個設(shè)計系統(tǒng)分為4部分：單片機(jī)控制、溫度傳感器、數(shù)碼顯示以及鍵盤控制電路。整個設(shè)計是以AT89S52為核心，通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A/D轉(zhuǎn)換，同時因其輸出為數(shù)字形式，且為串行輸出，這就方便了單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，但同時也對編程提出了更高的要求。單片機(jī)把采集到的溫度進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后，使之能夠方便地在數(shù)碼管上輸出。LED采用三位一體共陽的數(shù)碼管。1.3設(shè)計難點此設(shè)計的重點在于編程，程序要實現(xiàn)溫度的采集、轉(zhuǎn)換、顯示和上下限溫度報警，其外圍電路所用器件較少，相對簡單，實現(xiàn)容易。2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證

由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，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，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。

2.2總體設(shè)計框圖

溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，用3位共陰LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。晶振電晶振電路AT89S52單片機(jī)主控電路三位LED顯示電路溫度檢測電路DS18B20復(fù)位溫度檢測電路DS18B20復(fù)位電路圖1總體設(shè)計框圖2.2.1主控制器

單片機(jī)AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用。AT89S52單片機(jī)芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引腳與Intel公司的8052兼容；2）4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程FLASH程序存儲器；3）時鐘頻率為0~33MHZ；4）128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）；5）6個中斷源，2級優(yōu)先級；6）2個16位定時/記數(shù)器；7）全雙工串行通信接口；8）監(jiān)視定時器；9）兩個數(shù)據(jù)指針；

2.2.2顯示電路

2.2.3溫度傳感器

DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)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)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：1.全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。2.先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。3.最高12為\位分辨率，精度可達(dá)±0.5攝氏度。4.12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。5.可選擇寄生工作方式。6.檢測溫度范圍為+55℃~+125℃（-67℉~+257℉）。7.內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。8.64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機(jī)鏈接。9.多樣封裝形式，便于不同硬件系統(tǒng)。若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲器操作指令、等待500uS溫度轉(zhuǎn)換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行讀RAM的存儲器操作指令、讀數(shù)據(jù)2.3DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路2.4系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計

2.4.1主板電路

系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，單片機(jī)主板電路如圖5所示：圖5單片機(jī)主板電路

2.4.2顯示電路

圖6溫度顯示電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。3.1初始化程序復(fù)位：首先我們必須對DS18B20芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號。當(dāng)18B20接到此復(fù)位信號后則會在15~60uS后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。

結(jié)束釋放總線發(fā)出存在脈沖，低電平持續(xù)120us釋放總線延遲發(fā)出復(fù)位脈沖保持500us結(jié)束釋放總線發(fā)出存在脈沖，低電平持續(xù)120us釋放總線延遲發(fā)出復(fù)位脈沖保持500us等待100us釋放總線釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)DSl820在檢測到總線的上升沿之后等待30us 圖7初始化程序流程圖3.2讀出溫度子程序讀時間隙時控制時的采樣時間應(yīng)該更加的精確才行，讀時間隙時也是必須先由主機(jī)產(chǎn)生至少1us的低電平，表示讀時間的起始。隨后在總線被釋放后的15us中DS18B20會發(fā)送內(nèi)部數(shù)據(jù)位，這時控制如果發(fā)現(xiàn)總線為高電平表示讀出“1”，如果總線為低電平則表示讀出數(shù)據(jù)“0”。每一位的讀取之前都由控制器加一個起始信號。讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的2字節(jié)，讀出溫度的低八位和高八位，在讀出時需進(jìn)行CRC校驗，校驗有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖8示發(fā)出18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令發(fā)出18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令2字節(jié)是否讀完？YN移入溫度暫存器圖8讀溫度程序流程圖3.3讀、寫時序子程序讀寫的程序是本次設(shè)計中的重點和難點，通過我們對其時序的分析，從而寫出高效的程序。等待設(shè)置讀位數(shù)R5NR5-1=0?

C清零，把A環(huán)移給C設(shè)置寫位數(shù)R5C=1?釋放總線延遲等待設(shè)置讀位數(shù)R5NR5-1=0?C清零，把A環(huán)移給C設(shè)置寫位數(shù)R5C=1?釋放總線延遲寫0復(fù)位Y寫1N釋放總線總線上的數(shù)給CY總線上的數(shù)給CY延遲結(jié)束延遲結(jié)束NR5-1=0?NR5-1=0?寫時序子程序流程圖YY結(jié)束結(jié)束讀時序子程序流程圖3.4溫度處理子程序

計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖11所示取30H的高4位位溫度低4位取30H的高4位位溫度低4位取31H的低4位位溫度高4位高低4位組合成溫度溫度除以10余數(shù)為溫度個位放42H商再除以10余數(shù)為溫度十位放43H結(jié)束取30H的低4位為溫度小數(shù)經(jīng)查表得，放于41H結(jié)束取30H的低4位為溫度小數(shù)經(jīng)查表得，放于41H圖11溫度處理程序流程圖3.5顯示程序

此函數(shù)實現(xiàn)的對數(shù)碼管顯示的處理，其亮點在于可以直接對數(shù)碼管進(jìn)行操作，其本身是個兩變量函數(shù)，第一個變量是要開通的位選，第二個變量是要顯示的數(shù)據(jù)，這樣我們可以直接方便而又簡單直觀的對數(shù)碼管進(jìn)行操作。程序流程圖如圖12。22H取反21H取反21H=1?22H=1?開始22H取反21H取反21H=1?22H=1?開始選中各位小數(shù)點點亮選中小數(shù)位小數(shù)點不亮選中十位小數(shù)點不亮YNYN結(jié)束4Proteus軟件仿真

6課程設(shè)計體會通過為時2周的單片機(jī)課程設(shè)計，在老師的知道和幫助下我我和我的搭檔共同完成數(shù)值溫度級的設(shè)計學(xué)習(xí)。其中包擴(kuò)了程序的學(xué)習(xí)與修改，程序的仿真，電路的仿真以及實體電路的搭建，使之可以初略的讀出溫度值。通過這次課程設(shè)計我學(xué)到了許多的知識，了解了DS18B20的使用和接線的方法，了解了數(shù)碼管的顯示原理。學(xué)會了單片機(jī)程序?qū)懭氲姆椒?，更加熟悉了單片機(jī)的一些常用管腳的功能。同時，在課程設(shè)計的過程中，我也發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足之處，一些單片機(jī)用到的匯編指令不熟悉。也暴露了在單片機(jī)理論課上學(xué)到的知識掌握的不好。還有一點就是理論與實際的聯(lián)系對我們學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)是非常有幫助的。參考文獻(xiàn)[1]DS18b20數(shù)據(jù)手冊。[2]求是科技編著8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計完全手冊北京:人民郵電出版社,2006[3]余發(fā)山，王福忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003附錄1：程序DQBITP3.7;1wirelineDPBITP2.0swpHequ0d2HswpLequ0ffHWDLSBDATA30H;WDMSBDATA31H;;***************************************************************ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPTMR0;Timer0isr;********************************************************;Timer0InterruptServiceRoutineTMR0:MOVTH0,#swpH ;輪流送溫度值的高低兩位到數(shù)碼管.swph為0d2HMOVTL0,#swpLJB21H,DSLJB22H,DSL1MOVP0,43H ORLP0,#01000000B;十位位選SETBP2.0;小數(shù)點不亮SJMPEXITDSL:MOVP0,42H ORLP0,#00100000B;個位位選 CPLP2.0 ;個位后面小數(shù)位亮 SJMPEXIT1DSL1: MOVP0,41H ORLP0,#00010000B;小數(shù)位位選 SETBP2.0 ;小數(shù)點不亮 SJMPEXIT2;DSL2:;MOVP0,40H ;ORLP0,#10000000B ;SETBP2.0 ;SJMPEXIT3EXIT:CPL21H ;21h取反，即21h=1RETIEXIT1:CPL22H ;22h=1CPL21H ;21h=0RETIEXIT2:;CPL23H ; CPL22H;22h=0RETI;MainprogramMAIN:TOINIT:CLREAMOVTMOD,#01HMOVTH0,#swpHMOVTL0,#swpLSETBEASETBET0SETBTR0;***********************************************************;41H-43H清零MOVR2,#3MOVR0,#41HOVER:MOV@R0,#00HINCR0DJNZR2,OVER;OVER執(zhí)行完LOOP:LCALLDSWDSJMPLOOP;**********************************************************;ReadatemperaturefromtheDS18B20DSWD:LCALLRSTSNR;InitoftheDS18B20JNBF0,KENDMOVR0,#0CCH;要寫的數(shù)給R0LCALLSEND_BYTE;調(diào)用寫程序MOVR0,#44HLCALLSEND_BYTE;SendaConvertCommand（送一個溫度轉(zhuǎn)換指令）SETBEA;延遲 MOV48H,#1;1usSS2:MOV49H,#255;1usSS1:MOV4AH,#255;1usSS0:DJNZ4AH,SS0;2us/次，255*2DJNZ49H,SS1;2us/次，255次DJNZ48H,SS2;2us總時間1+1+（1+255*2+2）*255+2CLREA ;進(jìn)入讀時序禁用任何中斷LCALLRSTSNRJNBF0,KENDMOVR0,#0CCHLCALLSEND_BYTEMOVR0,#0BEHLCALLSEND_BYTE;SendReadScratchpadcommandLCALLREAD_BYTE;ReadthelowbytefromscratchpadMOVWDLSB,A;Savethetemperature(lowbyte)LCALLREAD_BYTE;ReadthehighbytefromscratchpadMOVWDMSB,A;Savethetemperature(highbyte)LCALLTRANS12KEND:SETBEARET;**********************************************************;TRANS12:MOVA,30H ;30H存從1820取的溫度值A(chǔ)NLA,#0F0H;取WDLSB高4為（低位置0）MOV3AH,AMOVA,31HANLA,#0FH;取WDMSB的低4位（高位置0）ORLA,3AH;將WDLSB的高4為與WDMSB的低4位組合SWAPA;高低位互換A溫度MOVB,#10 ;轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制DIVAB;A/BA為商B為余數(shù)MOV42H,B;B為個位42H中放個位MOVb,#10DIVabMOV43H,B;43十位MOVA,30HANLA,#0FHMOVDPTR,#tab1MOVCA,@a+DPTRMOV41H,ARET;*************************************************;Sendabytetothe1wireline寫SEND_BYTE:;MOVA,R0MOVR5,#8;設(shè)置寫位個數(shù)SEN3:CLRCRRCA;把一個字節(jié)data(A)分成8個bit環(huán)移給CJCSEN1LCALLWRITE_0;等待60usSJMPSEN2SEN1:LCALLWRITE_1SEN2:DJNZR5,SEN3;寫下一位RET;*************************************************;Readabytefromthe1wireline讀READ_BYTE:MOVR5,#8READ1:LCALLREADRRCADJNZR5,READ1MOVR0,ARET;*************************************************;Reset1wireline初始化RSTSNR:SETBDQNOPNOPCLRDQ;發(fā)送一復(fù)位脈沖MOVR6,#250DJNZR6,$;保持低電平500usMOVR6,#50DJNZR6,$SETBDQ;釋放總線MOVR6,#15DJNZR6,$;釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)DSl820在檢測到總線的上升沿之后等待30usCALLCHCK;MOVR6,#60DJNZR6,$;發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)120us)SETBDQRET;*************************************************;lowlevelsubroutines判斷DQ位是否被拉高，如已經(jīng)拉高，則l低，否則，將其拉高CHCK:MOVC,DQJCRST0SETBF0;SJMPCHCK0RST0:CLRF0;CHCK0:RET;***********************