1、. . . 摘要溫度的檢測與控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中比較典型的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為核心，采用DS18B20溫度傳感器檢測溫度，由溫度采集、溫度顯示,溫度報(bào)警等功能模塊組成。基于題目基本要求，本系統(tǒng)對溫度采集和溫度顯示系統(tǒng)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)大部分功能能由軟件實(shí)現(xiàn)，吸收了硬件軟件化的思想。實(shí)際操作時(shí)，各功能在開發(fā)板上也能完美實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了要求的基本功能，其余發(fā)揮部分也能實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵字：AT89C52單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、數(shù)碼管顯示、溫度采集目錄一緒論二設(shè)計(jì)目的三設(shè)計(jì)要求四設(shè)計(jì)思路五系統(tǒng)的硬件構(gòu)成與功能5.1主控制器5.2顯示電路5.3溫度傳感器六系統(tǒng)整體硬件電路七系統(tǒng)程

2、序設(shè)計(jì)八測量與其結(jié)果分析九設(shè)計(jì)心得體會十參考文獻(xiàn)附錄1 源程序附錄2 元件清單與PCB圖一緒論隨著時(shí)代的發(fā)展，控制智能化，儀器小型化，功耗微量化得到廣泛關(guān)注。單片機(jī)控制系統(tǒng)無疑在這些忙面起到了舉足輕重的作用。單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)業(yè)已成為新的技術(shù)熱點(diǎn)，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子。 人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)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

3、器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)與相關(guān)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(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性與安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其具有讀數(shù)方便，測溫圍廣，測溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫要求比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用ATMEL公司的AT89C52單片

4、機(jī)，測溫傳感器使用DALLAS公司DS18B20，用數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)溫度顯示。二設(shè)計(jì)目的1.理解掌握MCS-51系列單片機(jī)的功能和實(shí)際應(yīng)用。2.掌握仿真開發(fā)軟件的使用。3.掌握數(shù)字式溫度計(jì)電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。三設(shè)計(jì)要求1.以MCS-51系列單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)數(shù)字式溫度計(jì)。2.采用數(shù)字式溫度傳感器為檢測器件，進(jìn)行單點(diǎn)溫度檢測，檢測精度為0.53.溫度顯示采用4位LED數(shù)碼管顯示，三位整數(shù)，一位小數(shù)。4.具有鍵盤輸入上下限功能，超過上下限溫度時(shí)，進(jìn)行聲音報(bào)警。四設(shè)計(jì)思路1根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選擇AT89C52單片機(jī)為核心器件。2.溫度檢測器件采用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。與單片機(jī)的接口

5、為P3.6引腳。3.鍵盤采用獨(dú)立式按鍵，由三個(gè)按鍵組成，分別是：設(shè)置鍵（SET）,加（+1），確認(rèn)鍵（RET）。SET鍵（上下限溫度設(shè)置鍵）：當(dāng)該鍵按下時(shí)，進(jìn)入上下限溫度設(shè)置功能。通過P3.1引腳接入。+1鍵（加一調(diào)整鍵）：在輸入上下限溫度時(shí)，該鍵按下一次，被調(diào)整位加一。通過P3.2引腳接入。RET鍵（確認(rèn)鍵）:當(dāng)該鍵按下時(shí)，指向下一個(gè)要調(diào)整的位。通過P3.3引腳接入。4.聲音報(bào)警蜂鳴器通過P1.7引腳接入。硬件電路設(shè)計(jì)總體框圖為圖4.1：3位LED顯示器LED顯示器驅(qū)動電路單片機(jī)按鍵輸入電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路溫度檢測蜂鳴器電路 圖4.1五、系統(tǒng)的硬件構(gòu)成與功能1.主控制器 單片機(jī)AT89S52

6、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，使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。 AT89S52在仿真軟件中的圖像為圖5.1 圖5.1 2.顯示電路 顯示電路采用四位共陽LED數(shù)碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。 LED數(shù)碼管在仿真軟件中如圖5.2 圖5.2 3.溫度傳感器 DS18B20是美國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)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可

7、根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊簡單的多點(diǎn)分布應(yīng)用無需外部器件可通過數(shù)據(jù)線供電零待機(jī)功耗測溫圍-55+125，以0.5遞增。華氏器件-67+2570F，以0.90F 遞增溫度以9 位數(shù)字量讀出溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值）用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件。DS18B20部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖3.3.1所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/

8、輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。其電路圖如圖5.3.1所示.。 圖5.3.1外部封裝形式 在仿真軟件中如圖5.3.2所示 圖5.3.2DS18B20的測溫原理如圖5.3.3所示，圖中低溫度系數(shù)晶振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送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量.計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)

9、間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應(yīng)的基數(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 所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(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0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(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，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖5.3.3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)

10、到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。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，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對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)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖5.3.3 在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)數(shù)值CD。考慮到

11、DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度Ts可用下式計(jì)算： 表1.部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 010

12、1 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H六系統(tǒng)整體硬件電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖6.1所示，在仿真軟件Proteus上完成。其中LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示，由四個(gè)PNP型晶體管Q2，Q3，Q4，Q5和八個(gè)電阻組成，基極與單片機(jī)的P1.0，P1.1,P1.2連接。DS18B20的數(shù)據(jù)I/O端與單片機(jī)P3.6引腳連接。外部晶振為12MHz。蜂鳴器通過Q1放大后與引腳P1.7相連。圖中有三個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計(jì)的上下限報(bào)警設(shè)置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限

13、圍時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音，同時(shí)LED數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上下限，從而測出被測的溫度值。圖中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。圖6.1系統(tǒng)總體硬件電路七系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)數(shù)字式溫度計(jì)的應(yīng)用程序主要包括主程序，溫度檢測程序，溫度轉(zhuǎn)換程序， LED顯示程序等。系統(tǒng)的主程序主要用來初始化一些系統(tǒng)參數(shù)，對DS18B20的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的設(shè)定。溫度檢測程序是對DS18B20的狀態(tài)不斷地查詢，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，讀取當(dāng)前的溫度值后，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)

14、化程序，對溫度符號處理和溫度值的BCD碼處理，進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，將其段碼送至顯示緩沖區(qū)，以備定時(shí)掃描服務(wù)程序處理。LED顯示程序主要對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)，將符號顯示位移入下一位。總程序程序代碼見附錄一開始顯示緩沖區(qū)初始化復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令延時(shí)復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀存儲器命令讀溫度數(shù)據(jù)溫度符號判定將溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼更新顯示緩沖區(qū)八測量與其結(jié)果分析1.Proteus仿真結(jié)果軟件方面，在Proteus編譯下進(jìn)行，源程序編譯與仿真調(diào)試。在軟件中選定傳感器后可對其進(jìn)行環(huán)境溫度設(shè)置，如圖8.1.1，將環(huán)境溫度設(shè)為34.

15、9。圖8.1.1然后點(diǎn)擊軟件執(zhí)行鍵，按操作步驟實(shí)施后，觀察LED數(shù)碼管示數(shù)，此時(shí)示數(shù)如圖8.1.2。圖8.1.2可見本次軟件測試結(jié)果良好。2硬件測試結(jié)果在硬件測試方面，檢查電路板與焊接的質(zhì)量情況，在檢查無誤后通電檢查LED顯示器。其中 DS18B20實(shí)物圖為8.2.1在室溫下，LED顯示器示數(shù)如圖8.2.2，為26.4攝氏度 圖8.2.2用手蓋住溫度傳感器后，LED顯示器示數(shù)如圖8.2.3，為29.7攝氏度。比較可知，硬件調(diào)試結(jié)果也達(dá)到了要求。九設(shè)計(jì)心得體會本次課設(shè)對我來說是一次難得的經(jīng)歷，首先是第一次接觸了仿真軟件Proteus，在使用時(shí)經(jīng)歷了很多次失敗，因?yàn)檫@款軟件與以前使用的各種軟件有很

16、多不同，使用時(shí)不停出錯(cuò)，接線時(shí)由于元件放置不合理而接的雜亂無章；輸入源程序時(shí)還較為順利，顯示結(jié)果比較滿意。其次是程序設(shè)計(jì)，我們在參考別人成功先例的基礎(chǔ)上根據(jù)自己設(shè)計(jì)的需要編制程序，其中歷經(jīng)不少曲折，最后我的收獲是，編程一定要細(xì)心，針對每一個(gè)細(xì)節(jié)，稍有疏忽，程序就不能正常工作。最后是單片機(jī)實(shí)踐操作，由于我自己已買了一塊開發(fā)板，所以硬件調(diào)試比較順利，效果也不錯(cuò)，就是DS18B20溫度傳感器靈敏度不太高，示數(shù)變化不大。另外，我前期花了一些時(shí)間專門學(xué)習(xí)這塊芯片，了解了DS18B20的工作原理的時(shí)序圖。在這次的實(shí)踐與學(xué)習(xí)中，盡管期間困難重重，但我還是從中學(xué)習(xí)了不少新的知識與技能和解決困難的方法，也終于體

17、驗(yàn)到了經(jīng)歷困難到最終獲得成功的那種無以言表的喜悅之情，總之，本次課設(shè)是我收獲最多的一次，也希望自己在以后的各項(xiàng)研究活動中能堅(jiān)持這種精神。十參考文獻(xiàn)1單片機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）牛昱光 曉林 電子工業(yè). 2010.72單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例. 志軍 機(jī)械工業(yè). 2009.103DS18B20數(shù)據(jù)手冊附錄一 源程序#include <AT89X52.h>#include "DS18B20.h" #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義#define SET P3_1 /定義調(diào)整鍵#defi

18、ne DEC P3_2 /定義減少鍵#define ADD P3_3 /定義增加鍵#define BEEP P3_7 /定義蜂鳴器bit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit DIAN = P27; /小數(shù)點(diǎn)uchar x=0; /計(jì)數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志signed char shangxian=38; /上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為38signed char xiaxian=15; /下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為5uchar code LEDDa

19、ta=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/*延時(shí)子程序*/void Delay(uint num) while( -num );/*初始化定時(shí)器0*/void InitTimer(void) TMOD=0x1; TH0=0x4c; TL0=0x00; /50ms（晶振12M）/*定時(shí)器0中斷服務(wù)程序*/void timer0(void) interrupt 1 TH0=0x4c; TL0=0x00; x+;/*外部中斷0服務(wù)程序*/void int0(void) interrupt 0 EX0=0; /關(guān)外部中斷0 if(DEC

20、=0&&set_st=1) shangxian-; if(shangxian<xiaxian)shangxian=xiaxian; else if(DEC=0&&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian<0)xiaxian=0; /*外部中斷1服務(wù)程序*/void int1(void) interrupt 2 EX1=0; /關(guān)外部中斷1 if(ADD=0&&set_st=1) shangxian+; if(shangxian>99)shangxian=99; else if(ADD=0&&s

21、et_st=2) xiaxian+; if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian; /*讀取溫度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=ReadTemperature()-5; /獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差 a=c/100; /計(jì)算得到十位數(shù)字 b=c/10-a*10; /計(jì)算得到個(gè)位數(shù)字 m=c/10; /計(jì)算得到整數(shù)位 n=c-a*100-b*10; /計(jì)算得到小數(shù)位 if(m<0)m=0;n=0; /設(shè)置溫度顯示上限 if(m>99)m=99;n=9; /設(shè)置溫度顯示上限 /*顯示開機(jī)

22、初始化等待畫面*/Disp_init() P2=0xbf; P1=0xfe; Delay(200); P2=0xbf; P1=0xfd; Delay(200); P2=0xbf; P1=0xfb; Delay(200); P2=0xbf; P1=0xf7; /第四 Delay(200); P1=0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/Disp_Temperature() /顯示溫度 P2=0xc6; /顯示C P1=0xf7; / Delay(300); P2=LEDDatan; /顯示個(gè)位 P1=0xfb; / Delay(300); P2=LEDDatam%10; /顯示小數(shù)點(diǎn) DIA

23、N=0; P1=0xfd; Delay(300); P2=LEDDatam/10; /顯示百位 P1=0xfe; Delay(300); P1=0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示報(bào)警溫度子程序*/Disp_alarm(uchar baojing) P2=0xc6; /顯示C P1=0xf7; Delay(200); P2=LEDDatabaojing%10; /顯示十位 P1=0xfb; Delay(200); P2=LEDDatabaojing/10; /顯示百位 P1=0xfd; Delay(200); if(set_st=1)P2=0x89; else if(set_st=2)P2=0xc7

24、; /上限H、下限L標(biāo)示 P1=0xfe; Delay(200); P1=0xff;/*報(bào)警子程序*/void Alarm() if(x>=10)beep_st=beep_st;x=0; if(m>=shangxian&&beep_st=1)|(m<xiaxian&&beep_st=1)BEEP=0; else BEEP=1;/*主函數(shù)*/void main(void) uint z; InitTimer(); /初始化定時(shí)器 EA=1; /全局中斷開關(guān) TR0=1; ET0=1; /開啟定時(shí)器0 IT0=1; IT1=1; check_wen

25、du(); check_wendu(); for(z=0;z<300;z+) Disp_init(); while(1) if(SET=0) Delay(2000); dowhile(SET=0); set_st+;x=0;shanshuo_st=1; if(set_st>2)set_st=0; if(set_st=0) EX0=0; /關(guān)閉外部中斷0 EX1=0; /關(guān)閉外部中斷1 check_wendu(); Disp_Temperature(); Alarm(); /報(bào)警檢測 else if(set_st=1) BEEP=1; /關(guān)閉蜂鳴器 EX0=1; /開啟外部中斷0 E

26、X1=1; /開啟外部中斷1 if(x>=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0; if(shanshuo_st) Disp_alarm(shangxian); else if(set_st=2) BEEP=1; /關(guān)閉蜂鳴器 EX0=1; /開啟外部中斷0 EX1=1; /開啟外部中斷1 if(x>=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0; if(shanshuo_st) Disp_alarm(xiaxian); /*END*/DS18B20.h:#include <AT89X52.h>#define DQ P3_6 /定義DS18B20總線I/O/*延時(shí)子程序*/void Delay_DS18B20(int num) while(num-) ;/*初始化DS18B20*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ復(fù)位 Delay_DS18B20(8); /稍做延時(shí) DQ = 0; /單片機(jī)將DQ拉低 Delay_DS18B20(80); /精確延時(shí)，大于480us DQ = 1; /拉高總線 Delay_DS18B20