1、目 錄一 摘要1二 設計目的與意義1三 方案論證與確定23.1系統方案的確定.23.2傳感器方案的確定.33.3測量顯示方案的確定3四 系統工作原理分析4五 電路制作與調試六 附錄七 參考文獻一摘 要在現今科技高速發展的時代，各行各業對控制和測量的要求越來越高，其中，溫度測量和控制在很多行業中都有比較重要的應用，尤其在工業上，如煉鋼時對溫度高低的控制。要控制好溫度，測量是前提，測量的精度影響著后續工序的進行，因此溫度測量的方法和選取就顯得相當重要了。針對各種溫度測量方案的討論分析后，我們組決定以AT89S52為核心，采用DS18B20溫度傳感器進行溫度信號的檢測，并通過LCD液晶顯示測量所得溫

2、度，外加紅外遙控調節設置溫度測量的上下限數值（默認溫度上下限為1024），在所測溫度到達所設上下限數值時，蜂鳴器啟動報警提示。本報告是我們組所設計的數字溫度計的說明書，包括方案論證選取、工作原理、所用元件介紹和設計電路原理圖、調試程序等。2 設計目的與意義隨著電子技術的高速發展，對電子方面人才的要求越來越高，不僅要求其具備相關的專業理論知識，還要求其具有較強的設計、制作等實踐動手能力。此次課程設計無疑是對從事測控專業的人的一次很好的鍛煉和考驗，是培養測控技術的人才的一次良好的機會，為其提供了一個理論知識與實踐相結合的平臺。通過本次課程設計，引導學生結合所學的測控電路理論知識，思考設計方案，以小

3、組合作方式，分工完成各個部分，從而掌握相關的測量顯示電路的設計和調試技術，一方面提高了學生的實踐動手和協作能力，另一方面培養了學生綜合運用所學理論知識進行工程設計的能力。通過此次課程設計，可以培養學生的工程設計能力，包括動手能力、獨立思考設計能力、解決實際設計過程中遇到的問題以及團隊協作能力等，為今后的專業學習和工程實踐打下堅實的基礎。3 方案論證與確定3.1系統方案的確定3.1.1方案一該方案利用AVR單片機對輸入信號進行模數轉換輸出數字信號控制數碼管顯示溫度值。并且可以通過編寫程序對輸入信號進行分段線性化處理，使得測量精度大大提高，而且該電路無須外接譯碼器，結構簡單。工作框圖如圖1所示：圖

4、1 方案一工作框圖3.1.2方案二該方案以AT89S52為控制器，采用DS18B20溫度傳感器檢測溫度信號，利用紅外遙控設置溫度測量的上下限數值，并通過LCD液晶顯示。工作框圖如圖2所示：圖2 方案二工作框圖經過綜合研究分析，考慮整個設計和成本，方案三成本低，測量溫度方便簡單，故此次數字溫度計課程設計選取方案三。3.2傳感器方案的確定方案一該方案采用AD590。AD590擁有良好的線性關系，靈敏度較高、使用簡單方便。但是這種傳感器的價格比其他的兩種都貴很多。故不選用。方案二：DS18B20數字溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS半導體公司智能溫度傳感器，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據實

5、際要求通過簡單的編程實現912位的數字值讀數方式從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數據總線，使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面擁有很大優勢，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。經過上述二種方案的論證比較，綜合考慮成本、性能等因素，最終選取方案二。3.3測量顯示方案的確定方案一該方案采用LED顯示。LED數碼顯示中每一個像素單元就是一個發光二極管，如果是單色，一般是紅色發光二級管。如果是彩色，一般是三個三原色小二極管組成的一個大二級管。這些二級管組成的矩陣由

6、數碼控制實時顯示文字或者圖像，造價相對低廉，組成的顯像面積大。方案二該方案采用LCD液晶顯示。液晶顯示器是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發光，而是利用液晶經過處理后能改變光線通過方向的特性，而達到白底黑字或黑底白字顯示的目的。LCD液晶的像素單元是整合在同一塊液晶版當中分隔出來的小方格。通過數碼控制這些極小的方格進行顯像。造價高但是顯示非常細膩。經過研究分析，選擇方案二。4 系統工作原理分析本系統由溫度傳感器DS18B20、AT89S52、LCD顯示電路、軟件構成。DS18B20輸出表示攝氏溫度的數字量，然后用51單片機進行數據處理、譯碼、顯示、報警等，系統框圖如圖3所示：圖3 系統框圖4

7、.1微控制器原理AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含8K Bytes ISP的可反復擦寫100000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，其具有如下特點：40個引腳，8K Bytes Flash片內程序存儲器，256 bytes的隨機存取數據存儲器，32個外部雙向輸入/輸出口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，看門狗電路，片內時鐘振蕩器。單片機引腳如圖4所示：圖4 單

8、片機引腳圖4.2傳感器原理DS18B20簡介DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現位的數字值讀數方式。DS18B20元件圖如圖5所示：DS18B20的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；無須外部器件；可通過數據線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機功耗；溫度以或位數字；用戶可定義報警設置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 圖5 DS18B20元件圖

9、負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20內部結構DS18B20采用腳PR35封裝或腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖所示。C64 位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發器TH低溫觸發器TL配置寄存器8位CRC發生器Vdd 64位ROM的結構開始位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發器和，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。

10、高速暫存RAM的結構為字節的存儲器，結構如圖7所示。頭個字節包含測得的溫度信息，第和第字節和的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第個字節，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。該字節各位的定義如圖3所示。低位一直為，是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為，用戶要去改動，R1和0決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。溫度 LSB溫度 MSBTH用戶字節1TL用戶字節2配置寄存器保留保留保留CRC圖7 DS18B20字定義由表1可見，DS18B20溫度轉換的時間

11、比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。表1 DS18B20溫度轉換時間表高速暫存的第、字節保留未用，表現為全邏輯。第字節讀出前面所有字節的CRC碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。當DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第、字節。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以0.0625LSB形式表示。當符號位時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位時，表示測得的溫度值為負值，要先

12、將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表2是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。溫度/二進制表示十六進制表示+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 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0

13、110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H表2一部分溫度對應值表 DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、T字節內容作比較。若TH或TTL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位ROM的最高有效字節中存儲有循環冗余檢驗碼（CRC）。主機ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的

14、脈沖信號送給減法計數器；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應的一個基數分別置入減法計數器、溫度寄存器中，計數器和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數值。減法計數器對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器的預置值減到時，溫度寄存器的值將加，減法計數器的預置將重新被裝入，減法計數器重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器計數到

15、時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對DS18B20的各種操作按協議進行。操作協議為：初使化DS18B20（發復位脈沖）發ROM功能命令發存儲器操作命令處理數據。DS18B20測溫原理DS18B20低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。當計數

16、門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應的基數分別置入減法計數器1和溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置在-55 所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。此外，用斜率累加器補償和修正測溫過程中的

17、非線性，其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，4.3溫度數值分析利用的單片機的一個IO口，讀取DS18B20的溫度高位，溫度低位。由上面的分析可知：溫度高位的高5位的符號位、低3位是整數部分的高四位（整數部分的最高位永遠為0），溫度低溫的高四位為整數部分的低四位，溫度地位的低四位是小數部分用以下公式計算： 整數部分溫度低位/16溫度高位×16 小數部分十分位(溫度低位&0x0f)×10/16由于DS18B30的集成度很高，使得設計的原理還是比較簡單，設計的關鍵是了解DS18B20的時序，準確地獲得溫度高位

18、和溫度低位。5 電路制作與軟件調試5.1硬件制作本次設計應用Protel DXP繪制電路原理圖，生成PCB圖，然后用雕刻機刻板，焊接電路元件，最后用程序調試系統功能。硬件電路主要由單片機最小系統、DS18B20為核心的傳感器電路、液晶顯示電路、報警電路、紅外遙控電路和供電電路組成。單片機最小系統：提供一個上電復位高電平，和12MHZ時鐘振蕩。DS18B20傳感器電路：加電即可工作，DATA端加4.7K電阻作上拉電阻保證有足夠大的灌拉電流。液晶顯示電路：報警電路：利用5V蜂鳴器作報警提示。供電電路：利用7805組成線性穩壓電源為整個系統供電。具體電路連接見附錄SCH電路原理圖，硬件接線正確，單片

19、機能構正常工作，硬件調試成功。5.2軟件調試首先用Proteus進行仿真，調試程序，然后在制作好的電路板上調試程序。測溫精度可取到小數點后三位。主程序流程主程序說明：小于10度，亮黃色LED，表示較涼，開蜂鳴器； 大于24度，亮綠色LED，表示溫度較熱，開蜂鳴器； 遙控遠程控制，改變上下限報警溫度。主程序流程圖如圖8所示： 開始溫度讀取數值送顯示判定按鍵攝氏變華氏< 10度開黃燈報警> 24度遙控信號初始化開綠燈報警改變上下限溫度是否是是否否圖8 主程序流程圖 子程序流程DS18B20工作流程圖如圖9所示；計算溫度流程圖如圖10、圖11所示；溫度讀取流程圖如圖12所示。Y發DS18

20、B20復位命令發跳過ROM命令發讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節完？CRC校驗正？確？移入溫度暫存器結束NNY初始化調用顯示子程序0.5 S到？初次上電讀出溫度值溫度計算處理顯示數據刷新發溫度轉換開始命令NYNY圖9 DS18B20工作流程圖 開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標志計算小數位溫度BCD值 計算整數位溫度BCD值 結束置“+”標志NY 圖10 計算溫度流程圖溫度數據移入顯示寄存器十位數0？百位數0？十位數顯示符號百位數不顯示百位數顯示數據（不顯示符號） 結束NNYY圖11 顯示數據刷新流程圖圖12 溫度讀取流程圖溫度讀取程序開始復位DS18B20，等待大于480us發送避開R

21、OM信息指令發送轉換命令，開始轉換延時等待轉換完成發送讀取指令開始讀取溫度，保存溫度進制處理，化為十進制溫度讀取程序結束6 附錄6.1課程設計心得體會本次課程設計，我們組成功完成了數字溫度計的設計、制作與調試。三天的時間里，我們分工合作，組長全瑞負責寫程序，我和景存負責電路部分（主要繪制電路、焊接電路），安榮負責刻板、包裝。最后的調試工作我們共同參與，遇到了不少問題，大家從電路、程序中尋找出錯的原因（負責檢查自己負責的那部分，并作相應修改），經過討論、思考找到解決的方法，使得最終用程序調試電路顯示成功。在這里，很感謝與我共同奮斗的我們組的成員，尤其是景存，在我繪制電路原理圖和PCB圖時給予我很

22、多幫助。這次課程設計，我嘗試用Protel DXP繪制電路圖，因為我們在討論方案是確定了電路制作方面采用刻板方式。雖然以前有學過Protel 99，但從未接觸過DXP，所以還是去圖書館借了相關的書籍，邊學邊繪制。這次用DXP而不用99，主要是考慮到對以后學習FPGA等會有更大的幫助。繪制電路圖的過程中，的確遇到了不少問題。雖然這次設計的電路并不復雜，（主要由單片機最小系統、DS18B20測溫電路、液晶顯示電路、紅外遙控電路、報警電路和供電電路組成），但里面的元件查找和封裝很繁瑣，導入PCB后有些封裝太大，要做相應的替換。通過這次繪制電路，認識了不少元件的各種封裝，更學會了刻板時用到的相關參數的

23、設置，例如焊盤、布線等參數的設置。因為是第一次刻板，在設置這些參數時還請教了我們513實驗室的師兄，在這里非常感謝他們給予的幫助。導入PCB后，更頭痛的是布局。剛開始嘗試用自動布局功能，但是出來的效果不是很理想，有不少跳線，所以還是用手動布局。對應著電路原理圖，初步調整元件的位置，在盡量避免線路的交叉。在布局過程中，景存和我一起思考討論布局方案，可是第一次自動布線后，還是有不少跳線。我們研究自動布線時線路的走向，討論怎樣移動一下元件的位置能讓這里的跳線消除，讓線路有空間繞過去而不必跳線。另外結合刻板的實際（例如雕刻機的刀有些鈍），線的大小和焊盤孔徑的大小的修改也相當考驗我。當安榮把第一塊板刻出

24、來時，發現線太細，有些幾乎要斷了，孔徑太小，根本無法鉆孔。就這樣，我結合師兄給予的建議和實際出來的效果修改了相關參數，最后終于有所成效。出來自己負責的繪制電路原理圖和PCB圖外，我還學會了雕刻電路板（例如如何定位雕刻刀、如何調整進刀的大小等），在電路調試中更是深有感慨。一個作品無論大小、復雜或簡單，在軟硬件相結合的過程中總會出現一些問題，要我們去調試，去檢查，才能使結果更精確。而且調試時讓我著實體會到前期電路制作部分很重要，電路制作得好，會減少調試中出現問題的可能性。這次課程設計我受益匪淺，也是進實驗室以來的又一次不錯的經歷。團隊協作做出來的作品，每一部分都不可或缺，既要分工又要合作，這樣才能

25、有更佳的效果。6.2系統電路原理圖 6.5程序代碼*LCD1602模塊*/#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P27;/液晶使能端口sbit rw=P26;sbit e=P25;sbit P3_6=P36;sbit P1_0=P10;sbit P1_1=P11;/sbit P1_0 = P10;/sbit P1_1 = P11;void delay_ms(uchar ms) /延時 uint i,j; for(i=0;i<ms;i+) for(j=0;j&l

26、t;120;j+);void lcd_wcmd(uchar cmd) /液晶寫指令rs=0;rw=0;e=0;P0=cmd;e=1;e=0;delay_ms(5);void lcd_wdat(uchar dat) /液晶寫數據rs=1;rw=0;e=0;P0=dat;e=1;e=0;delay_ms(5);void lcd_dis(uchar post,uchar *p)lcd_wcmd(0x80 | post);/設置數據地址指針顯示while(*p!='0')lcd_wdat(*p+);uchar code def_char0=0x10,0x06,0x09,0x08,0x0

27、8,0x09,0x06,0x00; /字符void lcd_wcgram(uchar adress,uchar tmp)uchar i;for(i=0;i<8;i+)lcd_wcmd(adress+i);lcd_wdat(tmpi);void lcd_inti()delay_ms(15);lcd_wcmd(0x38);/16X2字符，5X7點陣，8位數據接口lcd_wcmd(0x38);lcd_wcmd(0x08);/關閉顯示lcd_wcmd(0x01);/清屏lcd_wcmd(0x06);/設置光標工作方式lcd_wcmd(0x0c);/開顯示，設置光標顯示方式lcd_wcgram(0

28、x48,def_char0); /載入用戶自定義字符sbit DQ=P37; /18B20數據管腳/*ds18b20延遲子函數（晶振12MHz ）*/ void delay_18B20(unsigned int i)while(i-);void reset() uchar x=0; DQ = 1; /DQ復位 delay_18B20(8); /稍做延時 DQ = 0; /單片機將DQ拉低 delay_18B20(80); /精確延時 大于 480us DQ = 1; /拉高總線 delay_18B20(14); x=DQ; /稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗 delay_

29、18B20(20); unsigned char rbyte()uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat>>=1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(4); return(dat); void wbyte(uchar dat) uchar i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay_18B20(5); DQ = 1; dat>>=1; uchar rTe

30、mpetuare(uchar tmp)uchar a=0,b=0,temp,decimal;uint uival;reset();wbyte(0xCC); /跳過讀序號列號的操作wbyte(0x44); /啟動溫度轉?reset();wbyte(0xCC); /跳過讀序號列號的操作wbyte(0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度a=rbyte(); /讀取溫度值低位b=rbyte(); /讀取溫度值高位temp=b;temp&=0xf0;if(temp) /負溫if(a=0)a=a+1; /bit7向bit8位產生進位b=b+1; else a=a+1;

31、 b=b;tmp0='-'elsetmp0=' 'temp=(b<<4)|(a>>4); /組合decimal=a&0x0f; /將小數點后的數據提取出來uival=decimal*625; tmp0='T'tmp1='='tmp2=0x20; /空格 tmp3=temp/100 | 0x30; /取百位tmp4=temp%100/10 | 0x30; /取十位tmp5=temp%100%10 | 0x30; /取個位tmp6=0x2e; /小數點tmp7=uival/1000 | 0x30; /十

32、分位tmp8=uival%1000/100 | 0x30; /百分位tmp9=uival%1000%100/10 | 0x30; /千分位tmp10=uival%1000%100%10 | 0x30; /萬分位tmp11=0x20; /空格tmp12=0x01; /字符tmp13='0'return temp; /十進制溫度/*紅外解碼模塊*/#define c(x) (x*110592/120000)sbit Ir_Pin=P32; /紅外數據管腳unsigned char Ir_Buf4; /用于保存解碼結果/=unsigned int Ir_Get_Low() /計數器1

33、，用于解碼延時TL1=0;TH1=0;TR1=1;while(!Ir_Pin && (TH1&0x80)=0);TR1=0;return TH1*256+TL1;/=unsigned int Ir_Get_High() /計數器1，用于解碼延時TL1=0;TH1=0;TR1=1;while(Ir_Pin && (TH1&0x80)=0);TR1=0;return TH1*256+TL1;char jianche() /解碼程序char i,j;uint temp;restart:while(Ir_Pin);temp=Ir_Get_Low();if

34、(temp<c(8500) | temp>c(9500) goto restart;/引導脈沖低電平9000temp=Ir_Get_High();if(temp<c(4000) | temp>c(5000) goto restart;/引導脈沖高電平4500for(i=0;i<4;i+) /4個字節for(j=0;j<8;j+) /每個字節8位temp=Ir_Get_Low();if(temp<c(200) | temp>c(800) goto restart;temp=Ir_Get_High(); if(temp<c(200) | temp>c(2000) goto restart;Ir_Bufi>>=1;if(temp>c(1120) Ir_Bufi|=0x80;return Ir_Buf2&0x0f; /所得碼/*時鐘模塊*/extern uchar minTX; /最小報警溫度extern uchar maxTX; /最大報警溫度uchar storeT14; /實際溫度