基于C51單片機數(shù)字溫度計設計制作

1、摘 要隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術基本已經普及到我們的生活中，越來越多的工作，科研和各個領域都涉及到單片機的應用，單片機已經成為了一項比較成熟的技術。在此我將為大家介紹一項基于C51單片機的設計數(shù)字溫度計，這種溫度計是一種新型產品，它具有多種功能，例如它可以設置上下報警溫度，當溫度不在設置范圍內時，它就會發(fā)出報警信號隨著人們生活水平不斷的提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它給人生活上帶來的方便也是不可否認的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求也越來越高，要為現(xiàn)代人生活，工作，科研提供更好更方便的設施就需要從單片機技術入手，一切向著數(shù)字化，智能化控制方向發(fā)展。本設計所

2、介紹的數(shù)字溫度計和傳統(tǒng)溫度計相比，具有度數(shù)方便，測數(shù)范圍廣，測溫更準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用等該設計控制器使用單片機AT89C51，測溫傳感器使用DS18B20，采用3位共陽極LED數(shù)碼管以串行口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示和準確度要求。關 鍵 詞： 數(shù)字溫度計 AT89C51 DS18B20 報警AbstractWith the arrival of the "information age", as a means of obtaining information sensor technology had been sign

3、ificant progress, its application field, more and more widely, the demand is higher and higher. This paper USES singlechip combined with the sensor technology development and design, this paper the sensor theory and single-chip microcomputer application organically, and detailed description of the t

4、emperature sensor DS18B20 measurement environment temperature, at the same time, 51 SCM in modern electronic products is widely used and its technology has very mature, can be read out directly measured DS18B20 temperature, and the use of three wire and single-chip microcomputer is linked together,

5、reduce the external hardware circuit, with low cost and easy to use features. Specific using single chip computer AT89C51 as a controller, and temperature sensor DS18B20 as temperature collector, design a kind of digital thermometer. The thermometer can measure-55.5-+ 125 temperature between. Good u

6、pper button, after 18 B20 directly read temperature being measured, data transfer, real time monitoring the current temperature is beyond the set range, and realize the alarm function. With a total of three Yang digital tube to serial data transmission, and realize the temperature display.KEY WORD ：

7、digital thermometer DS18B20 AT89C51 alarm目 錄第一章 緒言1第一節(jié) 前言1第二章 總體設計方案2第一節(jié) 數(shù)字溫度計方案2第二節(jié) 總體設計方案及框圖2第三章 系統(tǒng)組成及工作原理4第一節(jié) 單片機的選擇4第二節(jié) 數(shù)字溫度傳感器DS18B206第三節(jié) 復位電路的設計8第四節(jié) 功能鍵9第五節(jié) 數(shù)碼管串口顯示9第四章 系統(tǒng)軟件設計12第一節(jié) 軟件設計流程12結 論14參考文獻15附錄A 源程序16附錄B 簡易數(shù)字溫度計原理總圖22第一章 緒言第一節(jié) 前言現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準確度和精確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代

8、信息基礎的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術)、信息傳輸(通信技術)和信息處理(計算機技術)中，傳感器屬于信息技術的前沿尖端產品，尤其是溫度傳感器技術，在我國各領域已經引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產過程中需要實時測量溫度，在農業(yè)生產中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經歷了三個發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的，它是微電子技術、計算機技術和自動測試

9、技術(ATE)的結晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會的發(fā)展使人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機的基礎上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結構特征及控制方法，并對以此傳感器，89S51單片機為控制器構成的數(shù)字溫度測量裝置的工作原理及程序設計作了詳細的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計相比，其具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對

10、測溫要求比較準確的場所，或科研實驗室使用。第二章 總體設計方案第一節(jié) 數(shù)字溫度計方案本實驗系統(tǒng)主要由溫度采集、按鍵設置、溫度報警、溫度顯示四部分電路組成。其中溫度采集實現(xiàn)的方法有很多種，以下列出一種在日常生活中和工農業(yè)生產中經常用到的實現(xiàn)方案。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度，測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率0.5。DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和

11、微控制器AT89C51構成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結構就比較簡單,體積也不大。采用51單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多DS18B20控制工作，還可以與PC 機通信上傳數(shù)據(jù)。另外AT89S51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應用，編程技術及外圍功能電路的配合使用都很成熟。第二節(jié) 總體設計方案及框圖該系統(tǒng)利用AT89S51芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度。該系統(tǒng)擴展性非常強，它

12、可以在設計中加入時鐘芯片DS1302以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間，并可以利用AT24C16芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點的溫度數(shù)據(jù)進行存儲，利用鍵盤來進行調時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過MAX232芯片與計算機的RS232接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)總體設計方框圖如圖2.1所示，控制器采用單片機AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，利用按鍵進行溫度的上下限范圍設置，范圍可設置位-99.999.9數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)并進行顯示，當設置錯誤時，即上限溫度小于下限溫度，黃色Led發(fā)光進行警告。按下確定鍵后，數(shù)碼管顯示當前溫度，當溫度超出設定范圍時，紅

13、色Led發(fā)光進行報警。圖2.1 總體設計方框圖14第三章 系統(tǒng)組成及工作原理第一節(jié) 單片機的選擇對于單片機的選擇，可以考慮使用8031與8051系列，由于8031沒有內部RAM，系統(tǒng)又需要大量內存存儲數(shù)據(jù)，因而不適用。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技

14、術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。一、 AT89C51主要特性：與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128×8位內部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源。二、 AT89C51引腳功能介紹其引腳排列如圖3.1所示：各引腳功

15、能簡單介紹如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2

16、口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內

17、部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表3-1 P3口特殊功能介紹口管腳備選功能P3.0 RXD串行輸入口P3.1 TXD串行輸出口P3.2 /INT0外部中斷0P3.3 /INT1外部中斷1P3.4 T0記時器0外部輸入P3.5 T1記時器1外部輸入P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問

18、外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這

19、兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。第二節(jié) 數(shù)字溫度傳感器DS18B20一、DS18B20的主要特性適應電壓范圍更寬，電壓范圍為3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條

20、口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。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。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。溫范圍55125，在-10+85時精度為±0.5?？删幊?的分辨率為912位，對應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。在9位分辨率時最多在 93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快。測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳

21、送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。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。二、DS18B20的內部結構圖3-2為DS18B20的內部結構圖，表示出了 DS1820 的主要部件。DS1820 有三個主要數(shù)字部件：1）64 位激光 ROM，2）溫度傳感器，3）非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號線處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。DS1820 也可用外部 5V 電源供電源供電。三、DS18B20工作原理低溫度系數(shù)

22、晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。第三節(jié) 復位電路的設計單片機的復位電路如圖3-

23、3所示。該復位電路采用手動復位與上電復位相結合的方式。當按下按鍵S1時，VCC通過R2電阻給復位輸入端口一個高電平，實現(xiàn)復位功能，即手動復位。上電復位就是VCC通過電阻R2和電容C構成回路，該回路是一個對電容C1充電和放電的電路，所以復位端口得到一個周期性變化的電壓值，并且有一定時間的電壓值高于CPU復位電壓，實現(xiàn)上電復位功能。圖3-3單片機的復位電路第四節(jié) 功能鍵上電后,進入上限值設置,此時D4燈發(fā)光，通過加減、切換位和負號鍵可以設置溫度值，設置好后按確定鍵進入下限設置，下限設置好之后按下確定鍵進入溫度采集部分，并顯示當前溫度，此過程中，再次按下確定鍵可進入設置環(huán)境。功能鍵部分連接圖如圖3-

24、4所示：圖3-4 功能鍵部分連接圖第五節(jié) 數(shù)碼管串口顯示此次的設計要求數(shù)碼管采用串口進行數(shù)據(jù)傳輸，所以使單片機串口工作在方式0，即8位移位寄存器輸入輸出方式，外接移位寄存器74LS164以擴展IO端口。方式 0的輸出是8位串行數(shù)據(jù)，通過移位寄存器可將8位串行數(shù)據(jù)變成8位并行數(shù)據(jù)輸出，引腳RXDP30和TXDP31分別作74ls164的數(shù)據(jù)輸入端和同步時鐘脈沖輸入端。每一個時鐘信號的上升沿加到74LS164的CP端時，移位寄存器將串口輸出的數(shù)據(jù)移入一位，8個時鐘脈沖過后串口輸出的8位二進制數(shù)全部移入第一片74LS164，通過Q0-Q7并行輸出。使用這種方法單片機中CPU的開銷小。通過串口外接串并

25、轉換器74LS164，擴展并行的IO口。需要幾個數(shù)碼管就擴展幾個并行接口，74L164的13（Q7）接下一位移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端即可。管腳數(shù)碼管直接接在74LS164的輸出腳上，單片機通過串口將要顯示數(shù)據(jù)的字形碼逐一的串行移出至74LS164的輸出腳上數(shù)碼管就可以顯示相應的數(shù)字。對于單片機，當發(fā)送完一個字節(jié)后，TI會置位，開始發(fā)送下一個字節(jié)必須將TI清零。部分程序如下：/* 名稱 : void Display(uchar *T,uchar N)* 功能 : 串口發(fā)送并顯示* 輸入 : *T：所要顯示的數(shù)據(jù)數(shù)組；N：所要顯示的數(shù)據(jù)符號位* 輸出 : 無*/void Display(uchar

26、*T,uchar N)uchar Num;Num=0;while(Num<=2) /連續(xù)發(fā)送3個字節(jié) if(N=1) SBUF=tabTNum&0x7f; /負值顯示負號 else SBUF=tabTNum; while (!TI); /沒發(fā)送完一個字節(jié)，則清中斷標志 Num+;TI=0; ; TI=0;/發(fā)送完畢，清中斷標志74LS164硬件連接圖如圖3-5所示：圖3-5 74LS164硬件連接圖第四章 系統(tǒng)軟件設計第一節(jié) 軟件設計流程程序開始對串口和單片機各個端口等進行設置，之后進入溫度上下限設置，并進行判斷是否設置正確，若正確則進行溫度采集，并進行判斷是否超出設置范圍，若超

27、出則紅色LED發(fā)光報警。具體流程圖如圖4-1所示：圖4-1軟件設計流程圖硬件實物連接圖如圖5-3所示：圖5-3 硬件實物連接圖結 論本次畢業(yè)設計基于MCS-51系列的單片機芯片STC89C51來設計一個數(shù)字溫度計，該設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，具有低成本與易使用的特點，大大減少了硬件電路，也使得該數(shù)字溫度計具有結構簡單、成本低廉、精確度較高、反應速度較快、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。參考文獻1 李建忠單片

28、機原理及應用第二版M 西安:西安電子科技大學出版社 ,2008.5。2 何立民單片機應用技術大全M 北京:北京航空航天大學出版社,1994。3 袁希光傳感器技術手冊M 北京:國防工業(yè)出版社，1986。4 馮英傳感器電路原理與制作M 成都:成都科技大學出版社,1997。5 張有德,趙志英.單片微型機原理、應用于實驗.復旦大學出版社,2000.4。6 趙新民,王祁.智能儀器設計基礎.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1999。7 黃亮基于AT89C2051串口的LED數(shù)碼管顯示電路J電子制作,2006,第08期。8truelmz,DS18B20工作原理9 yh3099 ,DS18B20,附錄A 源程序

29、#include<reg52.h>#include<intrins.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int#include"18B20.h"#include"1602.h"unsigned char code digit10="0123456789" /定義字符數(shù)組顯示數(shù)字 unsigned char code Str="Test by DS18B20" /說明顯示的是溫度unsigned char code Erro

30、r="Error!Check!" /說明沒有檢測到DS18B20unsigned char code Temp="Temp:" /說明顯示的是溫度unsigned char code Cent="Cent" /溫度單位uchar time;/*函數(shù)功能：顯示沒有檢測到DS18B20*/void display_error(void) uchar i; WriteAddress(0x00);/顯示的數(shù)據(jù)是在第一行第一列 i = 0; while(Errori != '0') lcd_wdat(Errori); i+; d

31、elay_ms(100); while(1) ;/*函數(shù)功能：顯示說明信息*/void display_explain(void) uchar i; WriteAddress(0x00);/顯示的數(shù)據(jù)是在第一行第一列 i = 0; while(Stri != '0') lcd_wdat(Stri); i+; delay_ms(100); /*顯示溫度Temp符號*/void display_symbol(void)uchar i; WriteAddress(0x40); /寫顯示地址，將在第2行第1列開始顯示i = 0 ;while(Tempi != '0')

32、lcd_wdat(Tempi); i+; delay_ms(50); /*顯示小數(shù)點符號*/void display_dot(void) WriteAddress(0x49);/寫顯示地址，將在第二行第十列顯示lcd_wdat('.');delay_ms(50);/*溫度單位函數(shù)功能：顯示溫度的單位(Cent)*/void display_cent (void)uchar i;WriteAddress(0x4c);/顯示地址從第二行的第十三列開始i = 0 ;while(Centi != '0') lcd_wdat(Centi); i+; delay_ms(50);/*函數(shù)功能：顯示溫度的整數(shù)部分*/void display_temp1(unsigned char x)unsigned char j,k,l; /j,k,l分別儲存溫度的百位、十位和個位j=x/100; /取百位k=(x%100)/10; /取十位l=x%10; /取個位 WriteAddress(0x46); /寫顯示地址,將在第2行第7列開始顯示 lcd_wdat(digitj); /將百位數(shù)