單片機實驗報告溫度計.docx

1、 成績： 濱江學(xué)院 單片機原理及應(yīng)用實驗項目 溫度計DS18B20 院 系 濱江學(xué)院電子工程系 專 業(yè) 信息工程 學(xué)生姓名 馬駿 學(xué) 號 20142309029 二零一七年十一月十八日一、實驗?zāi)康?.1實驗意義在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持。其缺點如下： 硬件電路復(fù)雜； 軟件調(diào)試復(fù)雜； 制作成本高。本數(shù)字溫度計設(shè)計采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，測溫范圍為-55125，最高分辨率可達0.

2、0625。DS18B20可以直接讀出被測溫度值，而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的熱點。1.2功能要求設(shè)計出的DS18B20數(shù)字溫度計測溫范圍在-55125，誤差在0.5以內(nèi)，采用LED數(shù)碼管直接讀顯示。二、實驗硬件2.1方案設(shè)計按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定系統(tǒng)由3個模塊組成：主控制器、測溫電路和顯示電路。數(shù)字溫度計總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：AT89C2051主控制器DS18B20顯示電路掃描驅(qū)動2.2硬件設(shè)計溫度計電路設(shè)計原理圖如下圖所示，控制器使用單片機AT89C2051，溫度傳感器使用DS18B20，使用四位共陽LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)溫度顯示2.

3、3主控制器 單片機AT89C2051具有低電壓供電和小體積等特點，兩個端口剛好滿足電路系統(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)可用兩節(jié)電池供電。AT89C2051的引腳圖如下圖所示：1、VCC：電源電壓。2、GND：地。 3、P1口：P1口是一個8位雙向I/O口?？谝_P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收 20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當P1口引腳寫入“1”時，其可用作輸入端，當引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因

4、內(nèi)部的寫入“1”時，其可用作輸入端。當引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。 4、P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，被外部拉低的P3口腳將用上拉電阻而流出電流。 5、RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平所有的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當振蕩器正在運行時，持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機器周期需1

5、2個振蕩器或時鐘周期。 6、XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 7、XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 2.4總線驅(qū)動器 74LS24474LS244為3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動器。引腳圖如下圖。2.5顯示電路 顯示電路采用4位共陽極LED數(shù)碼管，從P1口輸出段碼，列掃描用P3.0P3.3口來實現(xiàn)，列驅(qū)動用8055三極管。2.6溫度傳感器 DS18B20DS18B20的性能特點：1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 2、獨特的單線接口方式，DS18B20在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DS18B2

6、0的雙向通訊。 3、 DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 5、溫范圍55+125，在-10+85時精度為0.5。 6、可編程 的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。 7、在9位分辨率時最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗

7、碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。9、負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。DS18B20與單片機的接口電路（引腳圖見右圖）DS18B20可以采用電源供電方式，此時DS18B20的第1 腳接地，第2腳作為信號線，第3腳接電源。三、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、計算溫度子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 3.1 主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量溫度值。溫度測量每1s進行一次。主程序流程圖如圖所示。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)。在讀出時必須進行CRC校驗，校驗

8、有錯時不能進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。讀出溫度子程序流程圖如下圖所示：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)。在讀出時須進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。得出溫度子程序流程圖如下圖所示。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發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令。當采用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下圖所示。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，并進行溫度值正負的判定。計算溫度子程序流程圖如下左圖所示.現(xiàn)實數(shù)據(jù)刷新子程序 現(xiàn)實數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示

9、緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高數(shù)據(jù)顯示位為0時，將符號顯示位移入下一位?，F(xiàn)實數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖如下右圖所示.四、實驗操作過程系統(tǒng)的調(diào)試以程序調(diào)試為主。硬件調(diào)試比較簡單，首先檢查電感的焊接是否正確，然后可用萬用表測試或通電檢測。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進行硬件的正確性檢驗，然后分別進行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計算溫度子程序和現(xiàn)實數(shù)據(jù)刷新子程序等的編程及調(diào)試由于DS18B20與單片機采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對DS18B20進行讀/寫編程時必須嚴格地保證讀/寫時序；否則將無法讀取測量結(jié)果。本程序采用單片機匯編或C語言編寫用Wave3.2或Keil C51編譯器編程調(diào)

10、試。軟件調(diào)試到能顯示溫度值，并且在有溫度變化時顯示溫度能改變，救基本完成。56.性能測試可用制作的溫度機和已有的成品溫度計同時進行測量比較。由于DS18B20的精度很高，所以誤差指標可以限制在0.5以內(nèi)。另外，-55+125的測溫范圍使得該溫度計完全適合一般的應(yīng)用場合，其低電壓供電特性可做成用電池供電的手持溫度計。DS18B20溫度計還可以在高低溫報警、遠距離多點測溫控制等方面進行應(yīng)用開發(fā)，但在實際設(shè)計中應(yīng)注意以下問題；1、DS18B20工作時電流高大1.5mA，總線上掛接點數(shù)較多且同時進行轉(zhuǎn)換時要考慮增加總線驅(qū)動，可用單片機端口在溫度轉(zhuǎn)換時導(dǎo)通一個MOSFET供電。2、連接DS18B20的總

11、線電纜是有長度限制的，因此在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配等問題。3、在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號。一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時要給予一定的重視。五、實驗現(xiàn)象六、實驗總結(jié)本次課程設(shè)計即將進入尾聲，回想這兩周來的電子設(shè)計制作經(jīng)歷，我感觸甚是深刻。通過本次課程設(shè)計，使我對電子設(shè)計及制作產(chǎn)生了較為濃厚的興趣，這不僅加強了自己對理論知識的理解和鞏固，還能提高自己的動手能力，

12、可以說受益匪淺。當然更重要的是，激起了我學(xué)好單片機的斗志。本次課程設(shè)計主要分為四部分：設(shè)計、仿真、調(diào)試。這三個步驟在整個課程設(shè)計過程中起著重要的作用。本次畢業(yè)設(shè)計是針對MCS-52系列的單片機芯片STC89C52來設(shè)計一個數(shù)字溫度計，該設(shè)計充分利用了溫度傳感器DS18B20功能強大的優(yōu)點，如DS18B20可以直接讀出被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換；而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點，大大簡化了硬件電路，也使得該數(shù)字溫度計不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、精確度較高、反應(yīng)速度較快、數(shù)字化顯示和不易損壞等特點，而且性能穩(wěn)定，適用范圍廣，因此特別適用于對測溫要求比較準確的場所

13、。附錄：程序代碼#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DS=P22; uint temp; uchar flag1; sbit dula=P26;sbit wela=P27;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;unsigned char code table1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd

14、, 0x87,0xff,0xef;void delay(uint count) uint i; while(count)i=200; while(i0) i-; count-; void dsreset(void) uint i; DS=0; i=103; while(i0)i-; DS=1; i=4; while(i0)i-;bit tmpreadbit(void) uint i; bit dat; DS=0;i+; DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tmpreadbit();dat=(j1); return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1;if(testb) DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i0)i-; else DS=0; i=8;while(i0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void)