河南理工大學(xué)單片機課程設(shè)計報告數(shù)字溫度計姓 名： 崔學(xué)營 王從金 學(xué) 號：310608020515 310608020519專業(yè)班級： 自動化06-5 指導(dǎo)老師： 所在學(xué)院：電氣工程與自動化學(xué)院2009年 6月 14日摘要隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(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), 本文主要介紹了一個基于89S51單片機的測溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，特別是數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)采集過程。對各部分的電路也一一進行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報警溫度，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89C51結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞： 單片機 DS18B20 溫度傳感器 數(shù)字溫度計 AT89S52目錄1 概述41.1 課程設(shè)計的意義41.2 設(shè)計的任務(wù)和要求42系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計52.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證52.1.1方案一52.1.2 方案二52.2系統(tǒng)總體設(shè)計62.3系統(tǒng)模塊72.3.1 主控制器72.3.2 顯示電路82.3.3溫度傳感器82.3.4報警溫度調(diào)整按鍵93系統(tǒng)軟件算法分析103.1主程序流程圖103.2讀出溫度子程序103.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序113.4 計算溫度子程序113.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序113.6按鍵掃描處理子程序124 實驗仿真135 總結(jié)與體會14查考文獻15附1 源程序代碼161 概述1.1 課程設(shè)計的意義 本次課程設(shè)計是在我們學(xué)過單片機后的一次實習(xí)，可增加我們的動手能力。特別是對單片機的系統(tǒng)設(shè)計有很大幫助。本課程設(shè)計由兩個人共同完成，在鍛煉了自己的同時也增強了自己的團隊意識和團隊合作精神。1.2 設(shè)計的任務(wù)和要求1、基本范圍-50-1102、精度誤差小于0.53、LED數(shù)碼直讀顯示4、可以任意設(shè)定溫度的上下限報警功能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2.1.1方案一由于本設(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，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(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，其中還涉及到電阻與溫度的對應(yīng)值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。2.1.2 方案二 進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(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，進行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設(shè)計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費用較低，可靠性高，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機AT89S51，溫度傳感器采用DS18B20，用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。 AT89S51LED顯示DS18B20溫 度 傳 感 器單片機復(fù)位時鐘振蕩報警溫度調(diào)整鍵蜂鳴器，指示燈圖2.21總體設(shè)計方框圖圖2.22系統(tǒng)仿真圖2.3系統(tǒng)模塊系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。2.3.1 主控制器單片機AT89S51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，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。晶振采用12MHZ。復(fù)位電路采用上電加按鈕復(fù)位。圖2.3.11晶振電路圖2.3.12復(fù)位電路2.3.2 顯示電路顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管，P0口由上拉電阻提高驅(qū)動能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動。P2口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動態(tài)掃描的方式顯示。圖2.3.2 數(shù)碼管顯示電路2.3.3溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)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)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：1、獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；2、多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能3、無須外部器件；4、可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5；5、零待機功耗；6、溫度以或位數(shù)字；7、用戶可定義報警設(shè)置；8、報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；9、負(fù)電壓特性，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；DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時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2.3.3 溫度傳感器與單片機的連接2.3.4報警溫度調(diào)整按鍵本系統(tǒng)設(shè)計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設(shè)置報警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個分別用于設(shè)置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。圖2.3.4 按鍵電路3系統(tǒng)軟件算法分析系統(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，按鍵掃描處理子程序等。3.1主程序流程圖主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖3.1所示。初始化讀取溫度SET鍵是否按下讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令NY調(diào)用顯示子程序設(shè)置報警溫度圖3.1 主程序流程圖 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)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3.2示3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束溫度轉(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位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖3.3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9字節(jié)完？CRC校驗正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNY 圖3.3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖圖3.2 讀溫度流程圖3.4 計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖3.4所示。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分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為1時將符號顯示位移入第一位。程序流程圖如圖3.5。 開始溫度零下?溫度值取補碼置“1”標(biāo)志計算小數(shù)位溫度BCD值 計算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束置“0”標(biāo)志NY溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器分離顯示溫度NY標(biāo)志位為1？Y最高位顯示“”最高為顯示分理出的數(shù)據(jù) 結(jié)束 圖3.4計算溫度流程圖 圖3.5顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖3.6按鍵掃描處理子程序按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為1時，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。如下圖3.6示。SET鍵按下ADD鍵是否按下DEC鍵是否按下顯示切換標(biāo)志位是否為“0”調(diào)用顯示子程序報警溫度加1報警溫度減1YNYNYN圖3.6 按鍵掃描處理子程序4 實驗仿真進入protuse后，連接好電路，并將程序下載進去。將DS18B20的改為0.1，數(shù)碼管顯示溫度與傳感器的溫度相同。圖41 溫度顯示仿真當(dāng)按下SET鍵一次時，進入溫度報警上線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置的溫度報警上線，按ADD或DEC分別對報警溫度進行加一或減一。當(dāng)再次按下SET鍵時，進入溫度報警下線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置的溫度報警下線，按ADD或DEC分別對報警溫度進行加一或減一。圖42 溫度調(diào)試仿真當(dāng)?shù)谌伟聪耂ET鍵時，退出溫度報警線設(shè)置。顯示當(dāng)前溫度。5 總結(jié)與體會通過這次對數(shù)字溫度計的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字溫度計的原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際操作才會有深刻理解。在焊接過程中我曾將溫度傳感器的電源、地焊反啦，導(dǎo)致溫度傳感器急劇發(fā)熱，后經(jīng)觀察和查詢資料才得以改正。從這次的課程設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。查考文獻【1】馬忠梅，張凱，等. 單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(第四版) 北京航空航天大學(xué)出版社 【2】薛慶軍，張秀娟，等.單片機原理實驗教程 北京航天航空大學(xué)出版社【3】廖常初.現(xiàn)場總線概述J.電工技術(shù)，1999.附1 源程序代碼 /DS18B20的讀寫程序,數(shù)據(jù)腳P2.7 /溫度傳感器18B20匯編程序,采用器件默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)化 /最大轉(zhuǎn)化時間750微秒,顯示溫度-55到+125度,顯示精度 /為0.1度，顯示采用4位LED共陽顯示測溫值 /P0口為段碼輸入,P34P37為位選 /*/#include "reg51.h"#include "intrins.h" /_nop_();延時函數(shù)用#define dm P0 /段碼輸出口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P27; /溫度輸入口sbit w0=P20; /數(shù)碼管4sbit w1=P21;/數(shù)碼管3sbit w2=P22;/數(shù)碼管2sbit w3=P23; /數(shù)碼管1sbit beep=P17; /蜂鳴器和指示燈sbit set=P26; /溫度設(shè)置切換鍵 sbit add=P24; /溫度加sbit dec=P25; /溫度減int temp1=0; /顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度的標(biāo)志位為0時顯示當(dāng)前溫度uint h; uint temp;uchar r;uchar high=35,low=20;uchar sign;uchar q=0;uchar tt=0;uchar scale;/*溫度小數(shù)部分用查表法*/uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09; /小數(shù)斷碼表uchar code table_dm12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40;/共陰LED段碼表 "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-" uchar table_dm1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /個位帶小數(shù)點的斷碼表 uchar data temp_data2=0x00,0x00; /讀出溫度暫放uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /顯示單元數(shù)據(jù)，共4個數(shù)據(jù)和一個運算暫用/*11us延時函數(shù)*/void delay(uint t) for (;t>0;t-);void scan()int j;for(j=0;j<4;j+)switch (j)case 0: dm=table_dmdisplay0;w0=0;delay(50);w0=1;/xiaoshu case 1: 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/總線復(fù)位 delay(200); write_byte(0xcc); /發(fā)命令 write_byte(0x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令 ow_reset(); delay(1); write_byte(0xcc); /發(fā)命令 write_byte(0xbe); temp_data0=read_byte(); /讀溫度值的第字節(jié) temp_data1=read_byte(); /讀溫度值的高字節(jié) temp=temp_data1; temp<<=8; temp=temp|temp_data0; / 兩字節(jié)合成一個整型變量。return temp; /返回溫度值/*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/二進制高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一字節(jié),這個/字節(jié)的二進制轉(zhuǎn)換為十進制后,就是溫度值的百、十、個位值,而剩/下的低字節(jié)的低半字節(jié)轉(zhuǎn)化成十進制后,就是溫度值的小數(shù)部分/*/work_temp(uint tem)uchar n=0;if(tem>6348) / 溫度值正負(fù)判斷 tem=65536-tem;n=1; / 負(fù)溫度求補碼,標(biāo)志位置1 display4=tem&0x0f; / 取小數(shù)部分的值 display0=ditabdisplay4; / 存入小數(shù)部分顯示值 display4=tem>>4; / 取中間八位,即整數(shù)部分的值display3=display4/100; / 取百位數(shù)據(jù)暫存 display1=display4%100; / 取后兩位數(shù)據(jù)暫存 display2=display1/10; / 取十位數(shù)據(jù)暫存 display1=display1%10; /個位數(shù)據(jù) r=display1+display2*10+display3*100;/符號位顯示判斷/ if(!display3) display3=0x0a; /最高位為0時不顯示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位為0時不顯示 if(n)display3=0x0b; /負(fù)溫度時最高位顯示"-"void BEEP()if(r>=high&&r<129)|r<low)beep=!beep;elsebeep=0;/*設(shè)置溫度顯示轉(zhuǎn)換*/void xianshi(int horl)int n=0;if(horl>128)horl=256-horl;n=1;display3=horl/100;display3=display3&0x0f;display2=horl%100/10;display1=horl%10;display0=0;if(!display3) display3=0x0a; /最高位為0時不顯示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位為0時不顯示 if(n) display3=0x0b; /負(fù)溫度時最高位顯示"-" /*按鍵查詢程序*/void keyscan()int temp1; /最高溫度和最低溫度標(biāo)志位if(set=0)while(1)delay(500);/消抖if(set=0)temp1+;while(!set)scan();if(temp1=1)xianshi(high);scan();if(add=0)while(!add)scan();high+=1;if(dec=0)while(!dec)scan();high-=1;if(temp1=2)xianshi(low);if(add=0)while(!add)scan();low+=1;if(dec=0)while(!dec)scan();low-=1;scan();if(temp1>=3)temp1=0;break;/*主函數(shù)*/void main() dm=0x00; /初始化端口 w0=0; w1=0; w2=0; w3=0; for(h=0;h<4;h+) /開機顯示"0000" displayh=0; ow_reset(); /開機先轉(zhuǎn)換一次 write_byte(0xcc); /Skip ROM write_byte(0x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令 for(h=0;h<100;h+) /開機顯示"0000" scan(); while(1) if (temp1=0) 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