1、河南理工大學單片機課程設計報告數字溫度計姓 名： 崔學營 王從金 學 號：310608020515 310608020519專業班級： 自動化06-5 指導老師： 所在學院：電氣工程與自動化學院2009年 6月 14日摘要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

2、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。關鍵詞： 單片機 ds18b20 溫度傳感器 數字溫度計 at89s52目錄1 概述41.1 課程設計的意義41.2 設計的任務和要求42系統總體方案及硬件設計52.1數字溫度計設計方案論證52.1.1方案一

3、52.1.2 方案二52.2系統總體設計62.3系統模塊72.3.1 主控制器72.3.2 顯示電路82.3.3溫度傳感器82.3.4報警溫度調整按鍵93系統軟件算法分析103.1主程序流程圖103.2讀出溫度子程序103.3溫度轉換命令子程序113.4 計算溫度子程序113.5 顯示數據刷新子程序113.6按鍵掃描處理子程序124 實驗仿真135 總結與體會14查考文獻15附1 源程序代碼161 概述1.1 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

4、和團隊合作精神。1.2 設計的任務和要求1、基本范圍-50-1102、精度誤差小于0.53、led數碼直讀顯示4、可以任意設定溫度的上下限報警功能2系統總體方案及硬件設計2.1數字溫度計設計方案論證2.1.1方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行a/d轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到a/d轉換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現較大的偏差。2.1.2 方案二 進而考慮到用溫度傳感器，在

5、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。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費用較低，可靠性高，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。2.2系統總體設計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at89s51，溫度傳感器采用ds18b20，用3位led數碼管以串口傳送數據實現溫度顯示。 at89s51led顯示ds18b20溫 度 傳 感 器單片機復位時鐘振蕩報警溫度

6、調整鍵蜂鳴器，指示燈圖2.21總體設計方框圖圖2.22系統仿真圖2.3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。2.3.1 主控制器單片機at89s51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統可用二節電池供電。晶振采用12mhz。復位電路采用上電加按鈕復位。圖2.3.11晶振電路圖2.3.12復位電路2.3.2 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。圖2.3.2 數碼管顯示電路

7、2.3.3溫度傳感器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的性能特點如下：1、獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；2、多個ds18b20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能3、無須外部器件；4、可通過數據線供電，電壓范圍為3.05.5；5、零待機功耗；6、溫度以或位數字；7、用戶可定義報警設置；8、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；9、負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀

8、，但不能正常工作；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1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 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ds18b20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，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時vdd端接地。由于單線制只有一根線，因此發送接口必須是三態的。圖2.3.3 溫度傳感器與單片機的連接2.3.4報警溫度調整按鍵本系統設計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設置

9、報警溫度和當前溫度，另外兩個分別用于設置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。圖2.3.4 按鍵電路3系統軟件算法分析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。3.1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3.1所示。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3.1 主程序流程圖 3.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是

10、讀出ram中的9字節，在讀出時需進行crc校驗，校驗有錯時不進行溫度數據的改寫。其程序流程圖如圖3.2示3.3溫度轉換命令子程序發ds18b20復位命令發跳過rom命令發溫度轉換開始命令 結束溫度轉換命令子程序主要是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。溫度轉換命令子程序流程圖如上圖，圖3.3所示y發ds18b20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 圖3.3 溫度轉換流程圖圖3.2 讀溫度流程圖3.4 計算溫度子程序計算溫度子程序將ram中讀

11、取值進行bcd碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖3.4所示。3.5 顯示數據刷新子程序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。程序流程圖如圖3.5。 開始溫度零下?溫度值取補碼置“1”標志計算小數位溫度bcd值 計算整數位溫度bcd值 結束置“0”標志ny溫度數據移入顯示寄存器分離顯示溫度ny標志位為1？y最高位顯示“”最高為顯示分理出的數據 結束 圖3.4計算溫度流程圖 圖3.5顯示數據刷新流程圖3.6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。如下圖3.6

12、示。set鍵按下add鍵是否按下dec鍵是否按下顯示切換標志位是否為“0”調用顯示子程序報警溫度加1報警溫度減1ynynyn圖3.6 按鍵掃描處理子程序4 實驗仿真進入protuse后，連接好電路，并將程序下載進去。將ds18b20的改為0.1，數碼管顯示溫度與傳感器的溫度相同。圖41 溫度顯示仿真當按下set鍵一次時，進入溫度報警上線調節，此時顯示軟件設置的溫度報警上線，按add或dec分別對報警溫度進行加一或減一。當再次按下set鍵時，進入溫度報警下線調節，此時顯示軟件設置的溫度報警下線，按add或dec分別對報警溫度進行加一或減一。圖42 溫度調試仿真當第三次按下set鍵時，退出溫度報警

13、線設置。顯示當前溫度。5 總結與體會通過這次對數字溫度計的設計與制作，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。在焊接過程中我曾將溫度傳感器的電源、地焊反啦，導致溫度傳感器急劇發熱，

14、后經觀察和查詢資料才得以改正。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。查考文獻【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】廖常初.現場總線概述j.電工技術，1999.附1 源程序代碼 /ds18b20的讀寫程序,數據腳p2.7 /溫度傳感器18b20匯編程序,采用器件默認的12位轉化 /最大轉化時間750微秒,顯示溫

15、度-55到+125度,顯示精度 /為0.1度，顯示采用4位led共陽顯示測溫值 /p0口為段碼輸入,p34p37為位選 /*/#include "reg51.h"#include "intrins.h" /_nop_();延時函數用#define dm p0 /段碼輸出口#define uchar 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1sbi

16、t 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 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

17、,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" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-" uchar table

18、_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;

19、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;delay(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(pr

20、esence) 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_();_

21、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;i>0;i-) dq=1;_nop_();_nop_(); value>>=1; dq=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 us dq=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_

22、(); /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_reset(); 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=

23、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; /

24、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; / 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(!d

25、isplay2) 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