1、單片機課程設計題 目： 數字溫度計設計班 級：姓 名： 學 號： 指導教師： 設計時間： 評語：成績目錄一、引言(2)二、概述(2)1.課程設計的意義(2)2.設計的任務和要求(2)三、設計方案及原理(2)1. 設計方案(2)2. 原理(2)四、硬件設計(3)1. 系統模塊(3)2. 主控制器(3)3. 顯示電路(3)4.溫度傳感器(4)五、軟件設計(6)1. 系統程序(6)2.主程序流程圖(6)六、總結(7)七、參考文獻(8)八、附錄(8)1.仿真圖 (8)2. 源程序 (8)1、引言隨著時代的進步和發展，單片機技術已經普及到我們生活、工作、科研、各個領域，已經成為一種比較成熟的技術, 本文

2、主要介紹了一個基于89S51單片機的測溫系統，詳細描述了利用數字溫度傳感器DS18B20開發測溫系統的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統流程進行了詳盡分析，特別是數字溫度傳感器DS18B20的數據采集過程。對各部分的電路也一一進行了介紹,該系統可以方便的實現實現溫度采集和顯示，并可根據需要任意設定上下限報警溫度，它使用起來相當方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優點，適合于我們日常生活和工、農業生產中的溫度測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統中，作為其他主系統的輔助擴展。DS18B20與AT89C51結合實現最簡溫度檢測系統，該系統結構簡單，抗干

3、擾能力強，適合于惡劣環境下進行現場溫度測量，有廣泛的應用前景。2、概述2.1課程設計的意義本次課程設計是在我們學過單片機后的一次實習，可增加我們的動手能力。特別是對單片機的系統設計有很大幫助。本課程設計由兩個人共同完成，在鍛煉了自己的同時也增強了自己的團隊意識和團隊合作精神。2.2設計的任務和要求（1）基本范圍-50-110（2）精度誤差小于0.5（3）LED數碼直讀顯示（4）可以任意設定溫度的上下限報警功能3、設計方案及原理3.1設計方案由于本設計是測溫電路，進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，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溫度值，進行轉換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現，而且使用單片機的接口便于系統的再擴展，滿足設計要求。3.2原理溫度計電路設計總體設計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數碼管以串口傳送數據實現溫度顯示。AT89C51LED顯示DS18B20溫 度 傳 感 器復位電路時鐘振蕩報警溫度調整鍵蜂鳴器，指示燈圖1 總體設計框圖4、硬件設計4.1系統模塊系統由單片機最小系統、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。4.2主控制器單片機AT89C51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的設計需要。4.3顯示

5、電路圖2 數碼管顯示電路顯示電路采用4位共陰極LED數碼管，P0口由上拉電阻提高驅動能力，作為段碼輸出并作為數碼管的驅動。P2口的低四位作為數碼管的位選端。采用動態掃描的方式顯示。4.4溫度傳感器（1）DS18B20的性能特點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9-12位的數字值讀數方式。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可以并聯在唯一的三線上，實現多點組網功能;.不需要外部器件;.可通過數據線

6、供電，電壓范圍為3.0-5.5 V;.零待機功耗;.溫度以912位數字量讀出;.用戶可定義的非易失性溫度報警設置;.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;. 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，只是不能正常工作。（2）DS18B20的內部結構DS18B20采用3腳PR一35封裝或8腳SOIL封裝，其內部結構框圖如圖3所示。64位ROM和 單線接口存儲器與控制邏輯高速緩存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VDDCI/O圖3 DS18B20內部結構框圖4位ROM的位結構如圖4所示。開始8位是產品類型的編號;接著是每個器件的唯一的

7、序號，共有48位;最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用單線進行通信的原因。非易失性溫度報警觸發器TH和TL，可通過軟件寫人用戶報警上下限數據。8位檢驗CRC48位序列號8位工廠代碼（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖4 64位ROM結構框圖（3）DS18B20測溫原理圖5所示，圖中低溫度系數振蕩器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;高溫度系數振蕩器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2的脈沖輸人。預置斜率累加器計數比較器減法計數器1低溫度系數振蕩器預置減到0高溫度系數振蕩器減法計數器2

8、減到0溫度寄存器停增圖5 DS18B20的測溫原理圖圖中還隱含著計數門，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對低溫度系數振蕩器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。時，溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置值將重新被裝人，并重新開始對低溫度系數振蕩器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，

9、此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。圖4.8中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線形性，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，直到溫度寄存器值達到被測溫度值。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，有嚴格的時隙概念，因此讀/寫時序很重要。系統對DS18B20的各種操作必須按協議進行。操作協議為:初始化DS18B20(發復位脈沖)發ROM功能命令發存儲器操作命令處理數據。（4）DS18B20與單片機的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電:一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的第1腳接單片機課程設計指導地，第2腳作為信號線，第3腳接電源;

10、另一種是寄生電源供電方式，如圖6所示。單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18 B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最長為500 ms。采用寄生電源供電方式時，VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發送接口必須是三態的。單 片 機4.7kVccVccDS18B20DS18B20DS18B20圖6 DS18B20采用寄生電源的電路圖（5）測溫系統的硬件工作原理對DS18B20初始化后，主機發出SKIP ROM命令，此命令執行后的存儲器操作命令將對所在線的

11、DS18B20，在發出溫度轉換啟動碼（44H），等待750ms后，先發出匹配ROM命令（55H）緊接著主機提供一片DS18B20的64位序列號，讀取其溫度存儲器值，存入數據緩存。5、軟件設計5.1系統程序系統程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數據刷新子程序，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責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度，其程序流程見圖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，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行

12、溫度數據的改寫。溫度轉換命令子程序：發溫度轉換開始命令，當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms，在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。計算溫度子程序：將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定。顯示數據刷新子程序：主要是對分離后的溫度顯示數據進行刷新操作，當標志位位為1時將符號顯示位移入第一位。按鍵掃描處理子程序：按鍵采用掃描查詢方式，設置標志位，當標志位為1時，顯示設置溫度，否則顯示當前溫度。初始化讀取溫度SET鍵是否按下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NY調用顯示子程序設置報警溫度圖7 主程序流程圖6、總結通過這次對數字溫度計的設計

13、與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數字溫度計的原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序

14、只有在經常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。7、參考文獻1馬忠梅，張凱，等. 單片機的C語言應用程序設計(第四版). 北京航空航天大學出版社.2薛慶軍，張秀娟，等.單片機原理實驗教程. 北京航天航空大學出版社.3 劉和平，劉躍.單片機原理及應用.重慶：重慶大學出版社.4 楊西明，朱騏.單片機編程與入門.北京：機械工業出版社.8、附錄8.1仿真圖8.2源程序#include "reg51.h"#include "intrins.h" /_nop_();延時函數用#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; /數碼管4sbit w1=P21;/數碼管3sbit w2=P22;/數碼管2sbit w3=P23; /數碼管1sbit beep=P17; /蜂鳴器和指示燈sbit set=P26; /溫度設置切換鍵 sbit add=P24; /溫度加sbit dec=P25; /溫度減int temp1=0; /顯示當前溫度和設置溫度的標志位為0時顯示當前溫度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; /個位帶小數點的斷碼表uchar data temp_data2=0x00,0x00; /讀出溫度暫放uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /顯示單元數據，共4個數據和一個運

18、算暫用/*11us延時函數*/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復位函數*/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 復位成功,繼續下一步 delay(45); /延時500 us presence=DQ; DQ=1; /拉高電平/*DS18B20

20、寫命令函數*/向1-WIRE 總線上寫1個字節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字節函數*/從總線上取1個字節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*/read_temp() ow_reset(); /總線復位 delay(200); write_byte(0xcc); /發命令 write_byte(0x44); /發轉換命令 ow_rese

22、t(); delay(1); write_byte(0xcc); /發命令 write_byte(0xbe); temp_data0=read_byte(); /讀溫度值的第字節 temp_data1=read_byte(); /讀溫度值的高字節 temp=temp_data1; temp<<=8; temp=temp|temp_data0; / 兩字節合成一個整型變量。return temp; /返回溫度值/*溫度數據處理函數*/二進制高字節的低半字節和低字節的高半字節組成一字節,這個/字節的二進制轉換為十進制后,就是溫度值的百、十、個位值,而剩/下的低字節的低半字節轉化成十進制

23、后,就是溫度值的小數部分/*/work_temp(uint tem)uchar n=0;if(tem>6348) / 溫度值正負判斷 tem=65536-tem;n=1; / 負溫度求補碼,標志位置1 display4=tem&0x0f; / 取小數部分的值 display0=ditabdisplay4; / 存入小數部分顯示值 display4=tem>>4; / 取中間八位,即整數部分的值display3=display4/100; / 取百位數據暫存 display1=display4%100; / 取后兩位數據暫存 display2=display1/10;

24、/ 取十位數據暫存 display1=display1%10; /個位數據 r=display1+display2*10+display3*100;/符號位顯示判斷/ if(!display3) display3=0x0a; /最高位為0時不顯示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位為0時不顯示 if(n)display3=0x0b; /負溫度時最高位顯示"-"void BEEP()if(r>=high&&r<129)|r<low)beep=!beep;elsebeep=0;/*設置溫度顯示轉換*/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