數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)目 錄第一節(jié) 引言.3 1.1 DS18B20引腳功能.4第二節(jié) DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).52.1 總體設(shè)計(jì)框圖.5 2.1.1 主控制器.52.1.2 顯示電路.52.1.3 溫度傳感器.52.2 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的借口電路.62.3 系統(tǒng)整體硬件電路.7 2.3.1 主板電路.7 2.3.2 系統(tǒng)板上硬件連接.7第三節(jié) 軟件設(shè)計(jì).83.1 主程序.83.2 讀出溫度子程序.83.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序.9 3.4 計(jì)算溫度子程序.93.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序.10第四節(jié) 總結(jié)與體會(huì).10致謝.10參考文獻(xiàn).11附錄 匯編源程序代碼.12DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)摘 要 ： 本論文介紹了一種以單片機(jī)為主要控制器件，以DS18B20為溫度傳感器的新型數(shù)字溫度計(jì)。主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。硬件電路主要包括主控制器，測(cè)溫電路和顯示電路等，主控制器采用單片機(jī)AT89C2051，溫度傳感器采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20，顯示電路采用4位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法直讀顯示。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，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。此外，還介紹了系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析。由于采用了改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，本數(shù)字溫度計(jì)減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。DS18B20溫度計(jì)還可以在高溫報(bào)警、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)溫控制等方面進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，主控制器，溫度傳感器，DS18B20，AT89C51, 顯示電路,數(shù)字溫度計(jì)第一節(jié) 引言隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已深入的滲透到我們的生活中，就51系列而言，由于Intel公司將其內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售的形式轉(zhuǎn)給世界許多著名IC制造商，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)測(cè)量控制領(lǐng)域內(nèi)單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。同時(shí)，隨著超大規(guī)模集成電路工藝和集成制造技術(shù)的不斷完善，單片機(jī)的硬件集成度也不斷提高，已經(jīng)出現(xiàn)了能滿足各種不同需求、具有各種特殊功能的單片機(jī)，這類單片機(jī)具有集成度高、性能價(jià)格比優(yōu)越、貨源充足等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)獲得了極為廣泛的應(yīng)用價(jià)值。溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度。在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎80%的工業(yè)部門(mén)都不得不考慮著溫度的因素。溫度對(duì)于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。本應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識(shí)，以及查閱資料，培養(yǎng)一種自學(xué)的能力。并且引導(dǎo)一種創(chuàng)新的思維，把學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運(yùn)用科學(xué)的分析問(wèn)題的方法解決遇到的困難，掌握單片機(jī)系統(tǒng)一般的開(kāi)發(fā)流程，學(xué)會(huì)對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題的處理方法，積累設(shè)計(jì)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。全能提高個(gè)人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的綜合能力，開(kāi)拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課題研究的內(nèi)容就是以單片機(jī)為主要控制元件，通過(guò)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量，并通過(guò)數(shù)碼管直接顯示所測(cè)溫度。由于本人所學(xué)知識(shí)有限，設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，還請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。1.1 DS18B20引腳功能TO92封裝的DS18B20的引腳排列見(jiàn)圖1，其引腳功能描述見(jiàn)表1。 （底視圖）圖1 表1DS18B20詳細(xì)引腳功能描述 序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開(kāi)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。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。第2節(jié) DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)框圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖2所示，控制器采用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20,用LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 圖2 總體設(shè)計(jì)方框圖2.1.1 主控制器單片機(jī)AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。2.1.2 顯示電路 顯示電路采用共陽(yáng)LED數(shù)碼管，從P1.0P1.7串口輸出段碼。2.1.3 溫度傳感器 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(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：（1）、只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信；（2）、在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)；（3）、實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫；（4）、測(cè)量溫度范圍在55。C到125。C之間；（5）、數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇；（6）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置； DS18B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。 圖3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的借口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳座位信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效地DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電源，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us.采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 圖4 DS18B20與單片機(jī)的接口電路2.3 系統(tǒng)整體硬件電路2.3.1 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，單片機(jī)主板電路等，如圖5所示。2.3.2 系統(tǒng)板上硬件連接（1） .把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0-P0.7用8芯排線連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端子上。（2） .把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0-P2.7用8芯排線連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的 S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。（3） .把DS18B20芯片插入“四路單總線”區(qū)域中的任一個(gè)插座中，注意電源與地信號(hào)不要接反。（4） .把“四路單總線”區(qū)域中的對(duì)應(yīng)的DQ端子連接到“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.7/RD端子上。第3節(jié) 軟件系統(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，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。3.1 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)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖6所示。 圖6 主程序流程圖 圖7 讀溫度流程圖3.2 讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。其程序流程圖如圖7所示。圖8 溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，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上圖8所示。3.4 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖9所示。圖9 計(jì)算溫度流程圖 圖10 顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖3.5 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)現(xiàn)實(shí)緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖10所示。第4節(jié) 總結(jié)與體會(huì) 經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的努力，終于完成了我的DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說(shuō)，還是非常開(kāi)心的，高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題，雖然以前也做過(guò)這樣類似的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙地程序算法，雖然以前寫(xiě)過(guò)幾次程序，但我覺(jué)得寫(xiě)好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事。舉個(gè)例子，以前寫(xiě)的那幾次，數(shù)據(jù)加減時(shí)我用的都是BCD碼，這一次，我全部用的都是16進(jìn)制的數(shù)直接加減，顯示處理時(shí)在用除法去刪分，感覺(jué)效果比較好，有好多的東西，只要我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更說(shuō)不上掌握。從這次的設(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)單片機(jī)更應(yīng)該這樣，程序只有在經(jīng)常地寫(xiě)與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次設(shè)計(jì)中的最大收獲。參考文獻(xiàn)1 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，19982 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19943 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京：高等教育出版社，19894 廖常初.現(xiàn)場(chǎng)總線概述J.電工技術(shù)，19995 張靖武，周靈彬.單片機(jī)原理、應(yīng)用與PROTEUS仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2007附錄 匯編源程序代碼ORG 00H TMPL EQU 29H ;用于保存讀出溫度的低8位 TMPH EQU 28H ;用于保存讀出溫度的高8位 FLAG1 EQU 38H ;是否檢測(cè)到DS18B20標(biāo)志位27H.0 DATAIN BIT P3.7MAIN: LCALL GET_TEMPER ;調(diào)用讀溫度子程序 LCALL CVTTMP LCALL DISP1 AJMP MAIN ;DS18B20復(fù)位初始化子程序INIT_1820: SETB DATAIN NOP CLR DATAIN ;主機(jī)發(fā)出延時(shí)537ms的復(fù)位低脈沖 MOV R1,#3TSR1: MOV R0,#107 DJNZ R0,$ DJNZ R1,TSR1 SETB DATAIN ;然后拉高數(shù)據(jù)線 NOP NOP NOP MOV R0,#25HTSR2: JNB DATAIN,TSR3 ;等待DS18B20回應(yīng) DJNZ R0,TSR2 CLR FLAG1 ;清標(biāo)志位，表示DS18B20不存在 SJMP TSR7TSR3: SETB FLAG1 ;置標(biāo)志位，表示DS18B20存在 CLR P1.7 ;檢測(cè)到DS18B20就點(diǎn)亮P1.7LED MOV R0,#117TSR6: DJNZ R0,$ ;時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間TSR7: SETB DATAIN RET ;讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER:SETB DATAIN LCALL INIT_1820 ;先復(fù)位DS18B20 JB FLAG1,TSS2 NOP RET ;判斷DS18B20是否存在？若DS18B20不存在，則返回TSS2: MOV A,#0CCH ;跳過(guò)ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820 ACALL DISP1 LCALL INIT_1820 ;準(zhǔn)備讀溫度前先復(fù)位 MOV A,#0CCH ;跳過(guò)ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 ;將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35H/36H RET ;寫(xiě)DS18B20的子程序（有具體的時(shí)序要求）WRITE_1820:MOV R2,#8 ;一共8位數(shù)據(jù) CLR CWR1: CLR DATAIN MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV DATAIN,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB DATAIN NOP DJNZ R2,WR1 SETB DATAIN RET ;讀DS18B20的程序，從DS18B20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)READ_18200:MOV R4,#2 ;將溫度高位和低位從DS18B20中讀出 MOV R1,#29H ;低位存入29H(TEMP_L)中，高位存入28H(TEMPH)中RE00: MOV R2,#8 ;數(shù)據(jù)一共有8位RE01: CLR C SETB DATAIN NOP NOP CLR DATAIN NOP NOP NOP SETB DATAIN MOV R3,#9RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,DATAIN MOV R3,#23RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RETCVTTMP: MOV A,TMPH ANL A,#80H JZ TMPC1 CLR C MOV A,TMPL CPL A ADD A,#1 MOV TMPL,A MOV A,TMPH CPL A ADDC A,#0 MOV TMPH,A MOV 73H,#0BH ;顯示負(fù)號(hào)”-“ SJMP TMPC11 TMPC1: MOV 73H,#0AH ;正數(shù)符號(hào)不顯示TMPC11: MOV A,TMPL ANL A,#0FH MOV DPTR,#TMPTAB MOVC A,A+DPTR MOV 70H,A ;小數(shù)部分 MOV A,TMPL ANL A,#0F0H SWAP A MOV TMPL,A MOV A,TMPH ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TMPLH2BCD: MOV B,#100 DIV AB JZ B2BCD1 MOV 73H,A ;百位不等于0時(shí)，保存B2BCD1: MOV A,#10 XCH A,B DIV AB MOV 72H,A ;十位 MOV 71H,B ;個(gè)位TMPC12: NOPDISBCD: MOV A,73H ANL A,#0FH CJNE A,#1,DISBCD0 SJMP DISBCD1 ;百位為1，個(gè)位、十位不管是不是0，都要顯示DISBCD0: MOV A,72H ;百位不為1，就是0A不顯示，0B為負(fù)號(hào) ANL A,#0FH ;十位是0時(shí)，正數(shù)只顯示個(gè)位 JNZ DISBCD1 ;十位是0時(shí)，負(fù)數(shù)的負(fù)號(hào)移到十位的位置上 MOV A,73H ;此時(shí)百位不顯示，為0BH MOV 72H,A MOV 73H,#0AHDISBCD1: RETTMPTAB: DB 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9DISP1: MOV R1,#70H MOV R5,#0FEHPLAY: MOV P1,#0FFH MOV A,R5 MOV P2,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A MOV A,R5 JB ACC.1,LOOP1 CLR P1.7 ;顯示小數(shù)點(diǎn)LOOP1: LCALL DL1MS INC R1 MOV A,R5 JNB ACC.3,ENDOUT RL A MOV R5,A SJMP PLAYENDOUT: MOV P1,#0FFH ;關(guān)顯示，消串影 MOV P2,#0FFH RETTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFHDL1MS: MOV R6,#14HDL1: MOV R7,#100 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL1 RET END