畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題 目： 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)班 級(jí)：姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 評(píng)語(yǔ)：成績(jī)目錄一、引言(2)二、概述(2)1.課程設(shè)計(jì)的意義(2)2.設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求(2)三、設(shè)計(jì)方案及原理(2)1. 設(shè)計(jì)方案(2)2. 原理(2)四、硬件設(shè)計(jì)(3)1. 系統(tǒng)模塊(3)2. 主控制器(3)3. 顯示電路(3)4.溫度傳感器(4)五、軟件設(shè)計(jì)(6)1. 系統(tǒng)程序(6)2.主程序流程圖(6)六、總結(jié)(7)七、參考文獻(xiàn)(8)八、附錄(8)1.仿真圖 (8)2. 源程序 (8)1、引言隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文

2、主要介紹了一個(gè)基于89S51單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開(kāi)發(fā)測(cè)溫系統(tǒng)的過(guò)程，重點(diǎn)對(duì)傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)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(guò)程。對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)實(shí)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(bào)警溫度，它使用起來(lái)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(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)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(kuò)展。DS18B20與AT89C51結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干

3、擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，有廣泛的應(yīng)用前景。2、概述2.1課程設(shè)計(jì)的意義本次課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)過(guò)單片機(jī)后的一次實(shí)習(xí)，可增加我們的動(dòng)手能力。特別是對(duì)單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大幫助。本課程設(shè)計(jì)由兩個(gè)人共同完成，在鍛煉了自己的同時(shí)也增強(qiáng)了自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神。2.2設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求（1）基本范圍-50-110（2）精度誤差小于0.5（3）LED數(shù)碼直讀顯示（4）可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能3、設(shè)計(jì)方案及原理3.1設(shè)計(jì)方案由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)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

4、感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電路簡(jiǎn)單，精度高，軟硬件都以實(shí)現(xiàn)，而且使用單片機(jī)的接口便于系統(tǒng)的再擴(kuò)展，滿足設(shè)計(jì)要求。3.2原理溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。AT89C51LED顯示DS18B20溫 度 傳 感 器復(fù)位電路時(shí)鐘振蕩報(bào)警溫度調(diào)整鍵蜂鳴器，指示燈圖1 總體設(shè)計(jì)框圖4、硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)模塊系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。4.2主控制器單片機(jī)AT89C51具有低電壓供電和小體積等特點(diǎn)，兩個(gè)端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。4.3顯示

5、電路圖2 數(shù)碼管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(dòng)能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。P2口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示。4.4溫度傳感器（1）DS18B20的性能特點(diǎn)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:.獨(dú)特的單線接口僅需要一個(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;.不需要外部器件;.可通過(guò)數(shù)據(jù)線

6、供電，電壓范圍為3.0-5.5 V;.零待機(jī)功耗;.溫度以912位數(shù)字量讀出;.用戶(hù)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(guò)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，只是不能正常工作。（2）DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3腳PR一35封裝或8腳SOIL封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。64位ROM和 單線接口存儲(chǔ)器與控制邏輯高速緩存溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器8位CRC發(fā)生器VDDCI/O圖3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4位ROM的位結(jié)構(gòu)如圖4所示。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào);接著是每個(gè)器件的唯一的

7、序號(hào)，共有48位;最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用單線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)人用戶(hù)報(bào)警上下限數(shù)據(jù)。8位檢驗(yàn)CRC48位序列號(hào)8位工廠代碼（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖4 64位ROM結(jié)構(gòu)框圖（3）DS18B20測(cè)溫原理圖5所示，圖中低溫度系數(shù)振蕩器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)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸人。預(yù)置斜率累加器計(jì)數(shù)比較器減法計(jì)數(shù)器1低溫度系數(shù)振蕩器預(yù)置減到0高溫度系數(shù)振蕩器減法計(jì)數(shù)器2

8、減到0溫度寄存器停增圖5 DS18B20的測(cè)溫原理圖圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)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)振蕩器產(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。時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝人，并重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(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，

9、此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖4.8中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線形性，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(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀/寫(xiě)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)。（4）DS18B20與單片機(jī)的接口電路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的第1腳接單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)地，第2腳作為信號(hào)線，第3腳接電源;

10、另一種是寄生電源供電方式，如圖6所示。單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18 B20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)間最長(zhǎng)為500 ms。采用寄生電源供電方式時(shí)，VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。單 片 機(jī)4.7kVccVccDS18B20DS18B20DS18B20圖6 DS18B20采用寄生電源的電路圖（5）測(cè)溫系統(tǒng)的硬件工作原理對(duì)DS18B20初始化后，主機(jī)發(fā)出SKIP ROM命令，此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作命令將對(duì)所在線的

11、DS18B20，在發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換啟動(dòng)碼（44H），等待750ms后，先發(fā)出匹配ROM命令（55H）緊接著主機(jī)提供一片DS18B20的64位序列號(hào)，讀取其溫度存儲(chǔ)器值，存入數(shù)據(jù)緩存。5、軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)程序系統(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，按鍵掃描處理子程序等。5.2主程序流程圖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7所示，各模塊功能如下：讀出溫度子程序：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

12、溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序：發(fā)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。計(jì)算溫度子程序：將RAM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。顯示數(shù)據(jù)刷新子程序：主要是對(duì)分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為1時(shí)將符號(hào)顯示位移入第一位。按鍵掃描處理子程序：按鍵采用掃描查詢(xún)方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為1時(shí)，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。初始化讀取溫度SET鍵是否按下讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令NY調(diào)用顯示子程序設(shè)置報(bào)警溫度圖7 主程序流程圖6、總結(jié)通過(guò)這次對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

13、與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字溫度計(jì)的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)椋賹?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無(wú)法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒ΑＫ?，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。從這次的課程設(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)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序

14、只有在經(jīng)常的寫(xiě)與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。7、參考文獻(xiàn)1馬忠梅，張凱，等. 單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)(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(jī)原理實(shí)驗(yàn)教程. 北京航天航空大學(xué)出版社.3 劉和平，劉躍.單片機(jī)原理及應(yīng)用.重慶：重慶大學(xué)出版社.4 楊西明，朱騏.單片機(jī)編程與入門(mén).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.8、附錄8.1仿真圖8.2源程序#include "reg51.h"#include "intrins.h" /_nop_();延時(shí)函數(shù)用#define dm P0 /段碼輸出口#define uchar

15、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(shí)顯示當(dāng)前溫度uint h; uint temp;uchar r;uchar high=35,low=20;uchar

16、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&

17、quot; "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-" uchar table_dm1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /個(gè)位帶小數(shù)點(diǎn)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(gè)數(shù)據(jù)和一個(gè)運(yùn)

18、算暫用/*11us延時(shí)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: dm=table_dm1display1;w1=0;delay(50);w1=1;/gewei case 2: dm=table_dmdisplay2;w2=0;delay(50);w2=1;/shiwei case 3: dm=table_dmdisplay3;w3=0;de

19、lay(50);w3=1;/baiwei /elsedm=table_dmb3;w3=0;delay(50);w3=1;/*DS18B20復(fù)位函數(shù)*/ow_reset(void)char presence=1;while(presence) while(presence) DQ=1;_nop_();_nop_();/從高拉倒低DQ=0; delay(50); /550 usDQ=1; delay(6); /66 uspresence=DQ; /presence=0 復(fù)位成功,繼續(xù)下一步 delay(45); /延時(shí)500 us presence=DQ; DQ=1; /拉高電平/*DS18B20

20、寫(xiě)命令函數(shù)*/向1-WIRE 總線上寫(xiě)1個(gè)字節(jié)void write_byte(uchar val) uchar i; for(i=8;i>0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); /從高拉倒低 DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /5 us DQ=val&0x01; /最低位移出 delay(6); /66 us val=val/2; /右移1位 DQ=1; delay(1);/*DS18B20讀1字節(jié)函數(shù)*/從總線上取1個(gè)字節(jié)uchar read_byte(void)uchar i;uchar value=0;for(i=8

21、;i>0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); value>>=1; DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 us DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 us if(DQ)value|=0x80; delay(6); /66 usDQ=1;return(value);/*讀出溫度函數(shù)*/read_temp() ow_reset(); /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_rese

22、t(); 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(gè)整型變量。return temp; /返回溫度值/*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/二進(jìn)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(gè)/字節(jié)的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制后,就是溫度值的百、十、個(gè)位值,而剩/下的低字節(jié)的低半字節(jié)轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制

23、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(bǔ)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;

24、/ 取十位數(shù)據(jù)暫存 display1=display1%10; /個(gè)位數(shù)據(jù) r=display1+display2*10+display3*100;/符號(hào)位顯示判斷/ if(!display3) display3=0x0a; /最高位為0時(shí)不顯示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位為0時(shí)不顯示 if(n)display3=0x0b; /負(fù)溫度時(shí)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