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1、山東建筑大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)書1 設(shè)計(jì)目的基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，通過此設(shè)計(jì)深入了解單片機(jī)的原理及應(yīng)用，鞏固所學(xué)知識(shí)，提高對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。2 設(shè)計(jì)要求數(shù)字式溫度計(jì)要求測(cè)溫范圍為55125C，精度誤差在0.1C以內(nèi)，LED數(shù)碼管直讀顯示。選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機(jī)AT89C51為測(cè)控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警等功能。 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1方案設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機(jī)AT89C51為測(cè)控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警等功能。選用數(shù)字溫度

2、傳感器DS18B20，省卻了采樣/保持電路、運(yùn)放、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的串/并轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時(shí)間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測(cè)得的溫度發(fā)送到AT89C51單片機(jī)上，經(jīng)過51單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器用4位共陽LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)范圍-55攝氏度到125攝氏度。1、主控制器AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多

3、功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2、顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管，從P0口輸出段碼，列掃描用P3.0P3.3口來實(shí)現(xiàn)。3、溫度傳感器工作原理DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20 的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口方式僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無需

4、外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.05.5V；測(cè)溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5零待機(jī)功耗溫度以9或12位數(shù)字量讀出；用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作DS18B20的測(cè)溫原理如下圖所示：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(hào)送給減法計(jì)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(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)

5、，進(jìn)而完成溫度測(cè)量.計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)

6、上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是DS18B20的測(cè)溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。在正常測(cè)溫情況下，DS1820的測(cè)溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)

7、數(shù)值CD?？紤]到DS1820測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度Ts可用下式計(jì)算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD 3.2器件選型主要的元器件型號(hào)如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片：89C51溫度傳感器：DS18B20晶振：12MHZ電源：5V電容：30pF,10uF三極管：8550（PNP）電阻、導(dǎo)線等若干3.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)算溫度子程序，報(bào)警子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。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DS18B20的測(cè)量溫度值。溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。主程序流程圖如下圖所示：初始化

8、顯示調(diào)用子程序1s到？初次上電？讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 2、讀出溫度子程序讀出溫度子程的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時(shí)須進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不能進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。讀出溫度子程序流程圖如下圖所示：Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗(yàn)9字節(jié)完？結(jié)束CRC校驗(yàn)正確？移入溫度暫存器NYN3、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令。當(dāng)采用12位分辨率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750 ms。在本程序設(shè)計(jì)中，采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如下圖所示：發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳

9、過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束 4、 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取的值進(jìn)行BCD碼的抓換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判斷。其流程圖如下圖所示：開始溫度零下?溫度值取補(bǔ)碼置“”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值結(jié)束置“+”標(biāo)志YN5、 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高數(shù)據(jù)顯示位為0時(shí)，將符號(hào)顯示位移入下一位。顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖如下圖所示：溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？數(shù)0？百位數(shù)0？百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)）十位數(shù)顯示符號(hào)百位數(shù)不顯示結(jié)束Y NYN 3.4匯編程序;=;DS18B20溫度計(jì);采用4位LED

10、共陽顯示器顯示測(cè)溫值，顯示精度0.1，測(cè)溫范圍-55+125;用AT89C51單片機(jī)，12MHz晶振;=常數(shù)定義=TIMELEQU 0E0H ;20ms，定時(shí)器0時(shí)間常數(shù)TIMEHEQU 0B1HTEMPHEAD EQU 36H;=工作內(nèi)存定義=BITST DATA 20HTIME1SOK BIT BITST.1TEMPONEOKBIT BITST.2TEMPL DATA 26HTEMPH DATA 27HTEMPHC DATA 28HTEMPLC DATA 29H;= 引腳定義=TEMPDIN BIT P3.7;= 中斷向量區(qū)=ORG 0000HLJMP STARTORG 00BHLJMP

11、T0IT;=系統(tǒng)初始化=ORG100HSTART: MOVSP,#60HCLSMEM: MOV R0,#20HMOV R1,#60HCLSMEM1:MOV R0,#00HINC R0DJNZ R1,CLSMEM1MOV TMOD,#00100001B ;定時(shí)器0工作方式1（16BIT）MOVTH0,#TIMELMOV TL0,#TIMEH ;20msSJMPINITERROR:NOPLJMP STARTNOPINIT:NOPSETB ET0SETB TR0SETBEAMOV PSW,#00HCLR TEMPONEOKLJMP MAIN;= 定時(shí)器0中斷服務(wù)程序=T0IT:PUSH PSWMOV

12、 PSW,#10HMOV TH0,#TIMEHMOV TL0,#TIMELINC R7CJNE R7,#32H,T0IT1MOV R7,#00HSETB TIME1SOK ;1s定時(shí)到標(biāo)志T0IT1:POP PSWRETI;= 主程序=MAIN:LCALL DISP1 ;調(diào)用顯示子程序JNB TIME1SOK,MAINCLR TIME1SOK ;測(cè)溫每1s一次JNB TEMPONEOK,MAIN2 ;上電時(shí)先溫度轉(zhuǎn)換一次LCALL READTEMP1;讀出溫度值子程序LCALL CONVTEMP ;溫度BCD碼計(jì)算處理子程序LCALL DISPBCD ;顯示區(qū)BCD碼溫度值刷新子程序LCALL

13、 DISP1 ;消閃爍，顯示一次MAIN2: LCALLREADTEMP ;溫度轉(zhuǎn)換開始SETB TEMPONEOKLJMP MAIN;= 子程序區(qū)=;RESET DS18B20;=INITDS1820:SETB TEMPDINNOPNOPCLR TEMPDINMOV R6,#0A0H ;DELAY 480usDJNZ R6,$MOV R6,#0A0HDJNZ R6,$SETB TEMPDINMOV R6,#32H ;DELAY 70usDJNZ R6,$MOVR6,#3CHLOOP1820:MOV C,TEMPDINJC INITDS1820OUTDJNZ R6,LOOP1820MOV R6

14、,#064HDJNZ R6,$SJMP INITDS1820RETINITDS1820OUT:SETB TEMPDINRET;= 讀DS18B20的程序，從DS18B20中讀出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)=READDS1820:MOV R7,#08HSETB TEMPDINNOPNOPREADDS1820LOOP:CLR TEMPDINNOPNOPNOPSETB TEMPDINMOV R6,#07H ;DELAY 15usDJNZ R6,$MOV C,TEMPDINMOV R6,#3CH ;DELAY 120usDJNZ R6,$RRC ASETB TEMPDINDJNZ R7,READDS1820LOOP

15、MOV R6,#3CH ;DELAY 120 usDJNZ R6,$RET;= 寫DS18B20的程序，從DS18B20中寫一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)=WRITEDS1820:MOV R7,#08HSETB TEMPDINNOPNOPWRITEDS1820LOP:CLR TEMPDINMOV R6,#07H ;DELAY 15usDJNZ R6,$RRC AMOV TEMPDIN,CMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$SETB TEMPDINDJNZ R7,WRITEDS1820LOPRET;= READ TEMP =READTEMP:LCALL INITDS1820MOV

16、A,#0CCHLCALL WRITEDS1820 ;SKIP ROMMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$MOV A,#44HLCALL WRITEDS1820 ;START CONVERSIONMOV R6,#34H ;DELAY 104DJNZ R6,$RETREADTEMP1:LCALLINITDS1820MOV A,#0CCHLCALL WRITEDS1820;SKIP ROMMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$MOV A,#0BEHLCALL WRITEDS1820 ;SCRATCHPADMOV R6,#34H ;DELAY

17、104usDJNZ R6,$MOV R5,#09HMOV R0,#TEMPHEADMOV B,#00HREADTEMP2:LCALL READDS1820MOV R0,AINC R0READTEMP21:LCALL CRC8CALDJNZ R5,READTEMP2MOV A,BJNZ READTEMPOUTMOV A,TEMPHEAD+0MOV TEMPL,AMOV A,TEMPHEAD+1MOV TEMPH,AREADTEMPOUT:RET;= 處理溫度BCD碼子程序=CONVTEMP:MOV A,TEMPHANL A,#80HJZ TEMPC1CLR CMOV A,TEMPLCPL AAD

18、D A,#01HMOV TEMPL,AMOV A,TEMPH ;-CPL AADDC A,#00HMOV TEMPH,A ;TEMPHC HI=符號(hào)位MOV TEMPHC,#0BHSJMP TEMPC11TEMPC1:MOV TEMPHC,#0AH ;+TEMPC11:MOV A,TEMPHCSWAP AMOV TEMPHC,AMOV A,TEMPLANL A,#0FH ;乘0.0625MOV DPTR,#TEMPDOTTABMOVC A,A+DPTRMOV TEMPLC,A ;TEMPLC LOW=小數(shù)部分BCDMOV A,TEMPL ;整數(shù)部分ANL A,#0F0HSWAP AMOV TE

19、MPL,AMOV A,TEMPHANL A,#0FHSWAP AORL A,TEMPLLCALL HEX2BCD1MOV TEMPL,AANL A,#0F0HSWAP AORL A,TEMPHC ;TEMPHC LOW=十位數(shù)BCDMOV TEMPHC,AMOV A,TEMPLANL A,#0FHSWAP A ;TEMPLC HI=個(gè)位數(shù)BCDORL A,TEMPLCMOV TEMPLC,AMOV A,R7JZ TEMPC12ANL A,#0FHSWAP AMOV R7,AMOV A,TEMPHC ;TEMPLC HI=百位數(shù)BCDANL A,#0FHORL A,R7MOV TEMPHC,AT

20、EMPC12:RET;= 小數(shù)部分碼表=TEMPDOTTAB:DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06HDB 06H,07H,08H,08H,09H,09H;= 顯示區(qū)BCD碼溫度值刷新子程序=DISPBCD:MOV A,TEMPLCANL A,#0FHMOV 70H,AMOV A,TEMPLCSWAP AANL A,#0FHMOV 71H,AMOV A,TEMPHCANL A,#0FHMOV 72H,AMOV A,TEMPHCSWAPAANL A,#0FHMOV 73H,AMOV A,TEMPHCANL A,#0F0HCJNE A,#010H,DIS

21、PBCD0SJMP DISPBCD2DISPBCD0:MOV A,TEMPHCANL A,#0FHJNZ DISPBCD2;十位數(shù)是0MOV A,TEMPHCSWAP AANL A,#0FHMOV 73H,#0AH;符號(hào)位不顯示MOV 72H,A;十位數(shù)顯示符號(hào)DISPBCD2:RET;= 顯示子程序=;顯示數(shù)據(jù)在70H73H單元內(nèi)，用4位LED共陽數(shù)碼管顯示，P1口輸出段碼數(shù)據(jù)，;P3口做掃描控制，每個(gè)LED數(shù)碼管亮1ms時(shí)間再逐位循環(huán)。DISP1:MOV R1,#70H;指向顯示數(shù)據(jù)首址MOV R5,#0FEH;掃描控制字初值PLAY:MOV P0,#0FFHMOV A,R5;掃描字放入A

22、MOV P3,A;從P3口輸出MOV A,R1;取顯示數(shù)據(jù)到AMOV DPTR,#TAB;取段碼表地址MOVC A,A+DPTR;查顯示數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)段碼MOV P0,A;段碼放入P0口MOV A,R5JB ACC.1,LOOP5;小數(shù)點(diǎn)處理CLR P0.7LOOP5:LCALL DL1MS;顯示1msINC R1;指向下一地址MOV A,R5;掃描控制字放入AJNB ACC.3,ENDOUT;ACC.3=0時(shí)一次顯示結(jié)束RL A;A中數(shù)據(jù)循環(huán)左移MOVR5,A;放回R5內(nèi)AJMP PLAY;跳回PLAY循環(huán)ENDOUT:MOV P0,#0FFH;一次顯示結(jié)束，P0口復(fù)位MOV P3,#0FFH;P

23、3口復(fù)位RET;子程序返回TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH;共陽段碼表 “0”“1”“2”“3”“4”“5”“6”“7”“8”“9”“不亮”“-”DL1MS:MOV R6,#14H;1ms延時(shí)程序，LED顯示程序用DL1:MOV R7,#19HDL2:DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET;= 單字節(jié)十六進(jìn)制轉(zhuǎn)BCD =HEX2BCD1:MOV B,#064H;十六進(jìn)制-BCDDIV AB;B=A%100MOV R7,A;R7=百位數(shù)MOV A,#0AHXCH A,BDIV AB;B=A%BS

24、WAP AORL A,BRET;=;Calculate CRC-8Values. Uses The CCITT-8Polynomial,Expressed As;X8+X5+X4+1;=CRC8CAL:PUSH ACCMOV R7,#08H;Number Bits In ByteCRC8LOOP1:XRL A,B;Calculte CRCRRC A;Move To CarryMOV A,B;Get The Last CRC ValueJNC CRC8LOOP2;Skip If Data=0XRL A,#18H;Updata The New CRCCRC8LOOP2:RRC A;Position

25、 The New CRCMOV B,A;Store The New CRCPOP ACC;Get The Remaining BitsRR A;Position The Next BitPUSH ACC;Save The Remaining BitsDJNZ R7,CRC8LOOP1;Repeat For 8 BitsPOP ACCRETEND總結(jié)與致謝本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過對(duì)芯片、器件型號(hào)的選擇，使其相對(duì)方便、簡(jiǎn)單，同時(shí)我也相信還有一些可以改進(jìn)的地方。本次課程設(shè)計(jì)鞏固了我在學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程時(shí)所學(xué)的基本理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，使我對(duì)該課程有了更深的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我對(duì)所學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的

26、興趣，提升了自己的能力。在設(shè)計(jì)的過程和設(shè)計(jì)說明書的撰寫過程中，高煥兵老師、張君捧老師、胡秀蒙都給予了我熱心的幫助和大力的支持，給我提了諸多的寶貴意見，拓寬了我的思路。在此我向老師們致以崇高的敬意和衷心的感謝！在我的學(xué)習(xí)過程中，石家川老師等其他老師也給了我耐心的指導(dǎo)和幫助。我在此對(duì)各位老師表示誠(chéng)摯的感謝！參考文獻(xiàn)1孫育才.單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用.東南大學(xué)出版社.20042沈德金 陳粵初.單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?北京航天航空大學(xué)出版社.1990. 3潘新民 王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).電子工業(yè)出版社2003 4李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，19985王勇 葉敦范.基于AT89C51 的便攜式實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)儀J.選自儀表技術(shù)與傳感器.2006附錄電路原理圖：23