1、目 錄1. 前言22. 所需硬件32.1 AT89C52單片機32.2 DS18B20 溫度傳感器73. 設計方案113.1 方案的總體設計框圖113.2 電路設計124. 程序設計135. 總結與體會15附錄1 軟件仿真16附錄2 制板圖17附錄3 程序源代碼181. 前言目前，單片機已經(jīng)在測控領域獲得了廣泛的應用，它除了可以測量電信號以外，還可以用于溫度，濕度等非電信號的測量。能獨立工作的單片機溫度檢測和溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于很多領域。單片機是一種特殊的計算機，它是在一塊半導體的芯片上集成了CPU，存儲器，RAM，ROM及輸入與輸出接口電路，這種芯片成為：單片機。由于單片機的集成度高，功

2、能強，通用性好，特別它具有體積小，重量輕，能耗低，價格便宜，抗干擾能力強和使用仿版等方面的優(yōu)點，是它迅速的得到了推廣和應用，目前已經(jīng)成為測量控制系統(tǒng)中的優(yōu)良機種和新電子產(chǎn)品中的關鍵部件。單片機已不僅僅局限于小系統(tǒng)的概念，現(xiàn)已廣泛應用于家用電器，機電產(chǎn)品，辦公自動化產(chǎn)品，機器人，兒童玩具，航天器等領域。這次溫度測量系統(tǒng)，就是用的單片機實現(xiàn)溫度的測量，傳統(tǒng)的溫度傳感器大多以熱敏電阻作為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差，測量溫度準確率低，而且必須經(jīng)過專門的接口電路轉換成數(shù)字信號才能由單片機進行處理。本次我和陸路裕同學采用的正是DS18B20數(shù)字溫度傳感器來實現(xiàn)基于51單片機的溫度計的設計。傳統(tǒng)的溫度

3、計有發(fā)映速度慢，讀數(shù)麻煩，測量精度不高，誤差大等缺點而下面利用集成溫度傳感器DS18B20設計并制作了一款基于AT89C51的4位數(shù)碼管現(xiàn)實的數(shù)字溫度計，其電路簡單，軟硬件結構模塊化，易于實現(xiàn)。該數(shù)字溫度計利用溫度傳感器及接口電路完成溫度的測量并轉換成模擬電壓信號，經(jīng)由模數(shù)轉換器轉換成單片機能夠處理的數(shù)字信號，然后送到單片機中進行處理變換，最后將溫度值顯示在數(shù)碼管上。系統(tǒng)以單片機為系統(tǒng)核心，加上DS18B20溫度傳感器，兩位位溫度數(shù)據(jù)顯示的共陰極數(shù)碼管，及晶振電路和復位電路組成。2. 所需硬件2.1 AT89C52單片機圖2-1 PDIP封裝的AT89C52引腳圖 圖2-2 AT89C52 P

4、DIP封裝芯片AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。主要功能特性1、兼容MCS51指令系統(tǒng) 2、8k可反復擦寫(大于1000次）Flash ROM； 3、32個雙向I/O口； 4、256x8bit內部RAM； 5、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷； 6、時鐘頻率0-24MHz； 7、2個串行

5、中斷，可編程UART串行通道； 8、2個外部中斷源，共8個中斷源； 9、2個讀寫中斷口線，3級加密位； 10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。引腳功能及管腳電壓AT89C52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2

6、（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的

7、控制功能。P0 口P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口P1 是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯 門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，

8、此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉 電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。P2 口P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行M

9、OVX DPTR 指令）時，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時，P2 口輸出P2 鎖存器的內容。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。 P3 口P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏 輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控

10、制信號。 RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。XTAL1振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。時鐘振蕩器AT89C52 中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的

11、難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF±10pF。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖10 右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1 端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2 分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術條件的要求。2.2 DS18B20 溫度傳感器圖2-3 DS18B20傳感器DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式

12、，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜 溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。DS18B20工作原理 DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s 減為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)

13、晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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。高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉換命令發(fā)布后，經(jīng)轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存

14、放在 高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應的溫度計算： 當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。第九個字節(jié)是 冗余檢驗字節(jié)。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行 復位操作，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后 釋放，當DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出602

15、40微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。技術性能描述 1、 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 2、測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率0.5。 3、支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 4、工作電源: 35V/DC 5 、在使用中不需要任何外圍元件 6、 測量結果以912位數(shù)字量方式串行傳送 7 、不銹鋼保護管直徑 6 8 、適用于DN1525, DN40DN250各種介質工業(yè)管道和狹

16、小空間設備測溫 9、 標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選 10 、PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。DS18B20的主要特性 1、適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 2、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 3、 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 4、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 5、溫范圍55+12

17、5，在-10+85時精度為±0.5 6、可編程 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 7、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 8、測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 9、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。應用范圍1 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域 2 軸瓦，缸體，紡

18、機，空調，等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。 3 汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 4 供熱/制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制3. 設計方案方案一：提到溫度的檢測，我首先會考慮到傳統(tǒng)的測溫元件有熱電阻和熱電偶，而熱點阻和熱電偶測出的一般都是電壓，進行A/D轉換后，這樣可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上就可以將溫度顯示出來，但這需要比較多的外部的硬件的支持，硬件電路復雜（需要用到A/D轉換電路，感溫電路），軟件調試也復雜，準確度也不高。方案二:溫度傳感器是在單片機電路設計中，使用較多的傳感器。所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此溫度傳感器，可以很容易

19、讀出溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求，可以實時測出系統(tǒng)溫度。將兩個方案進行比較可以看出，方案二原理簡明易行，測量精度高，故采用方案二。3.1 方案的總體設計框圖根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機AT89C51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣/保持電路、運放、數(shù)/模轉換電路以及進行長距離傳輸時的串/并轉換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。該系統(tǒng)的總體設計思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發(fā)送到AT89C51單片機上，經(jīng)過51單片機處理，將把溫度在顯示電路

20、上顯示，本系統(tǒng)顯示器用兩位共陰LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)。檢測范圍0攝氏度到85攝氏度。數(shù)字溫度計總體電路結構框圖如圖2-1所示。圖3-13.2 電路設計4. 程序設計DSl8820的主要數(shù)據(jù)元件有：64位激光Lasered ROM，溫度靈敏元件和非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。DSBl820可以從單總線獲取電源，當信號線為高電平時，將能量貯存在內部電容器中；當單信號線為低電平時，將該電源斷開，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳?電容)電源為止。此外，還可外接5 V電源，給DSl8820供電。DSl8820的供電方式靈活，利用外接電源還可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。圖4-1為讀取數(shù)據(jù)流程圖。開

21、始DS18B20的初始化啟動溫度轉換跳過讀序列號的操作跳過讀序列號的操作DS18B20的初始化RETLOW-低八位 HIGH-高八位圖4-1 讀取數(shù)據(jù)的流程圖讀出溫度數(shù)據(jù)后，LOW的低四位為溫度的小數(shù)部分，可以精確到0.0625，LOW的高四位和HIGH的低四位為溫度的整數(shù)部分，HIGH的高四位全部為1表示負數(shù)，全為0表示正數(shù)。所以先將數(shù)據(jù)提取出來，分為三個部分：小數(shù)部分、整數(shù)部分和符號部分。小數(shù)部分進行四舍五入處理：大于0.5的話，向個位進1；小于0.5的時候，舍去不要。當數(shù)據(jù)是個負數(shù)的時候，顯示之前要進行數(shù)據(jù)轉換，將其整數(shù)部分取反加一。還因為DS18B20最低溫度只能為-55，所以可以將整

22、數(shù)部分的最高位換成一個“-”，表示為負數(shù)。圖4-2為溫度數(shù)據(jù)處理程序的流程圖。圖4-2 溫度數(shù)據(jù)處理流程圖開始提取整數(shù)部分存入HT提取小數(shù)部分存入LTLT右移三位,將精度降低到0.5攝氏度HT+將小數(shù)部分整數(shù)化提取符號部分存入signLT是否大于5Sign=?0XF0RET負數(shù)表示flag=1 HT=HT+1YNNY 5. 總結與體會作為一名即將大四的測控學生，我覺得做單片機方面的課程設計是很有意義的，而且也是必要的。通過這次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的實際資料是十分必要的，也是必不可少的。其次，在這次課程設計中，我們運用了許多

23、專業(yè)軟件，如：proteus仿真、Altium Designer等。雖然過去我從未獨立應用過他們，但在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設計的又一收獲。最后，要做好一個課程設計，就必須做到：在設計程序之前，對所用單片機的內部結構有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習慣，這樣為資料的保留和交流提供了方便；在設計中遇到的問題要記錄，以免下次遇到同樣的問題。在這次的課程設計中，我真正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們

24、所學的理論知識用到實際當中，學習單片機更是如此，程序只有在經(jīng)常寫與讀的過程中才能提高，這就是這次課程設計的最大收獲。附錄1 軟件仿真附錄2 制板圖附錄3 程序源代碼22DATA_BUSBITP3.3FLAG BIT00H;標志位TEMP_L EQU 30H;溫度值低字節(jié)TEMP_HEQU31H;溫度值高字節(jié)TEMP_SW EQU35H;溫度十位數(shù)TEMP_GWEQU36H;溫度個位數(shù)DIS_BWEQU37H;顯示百位數(shù)DIS_SWEQU38H;顯示十位數(shù)DIS_GWEQU39H;顯示個位數(shù)DIS_ADDEQU3BH;顯示地址ORG 0000H AJMPSTARTORG 0050H;初始化STA

25、RT: MOV SP,#40HMAIN: LCALLREAD_TEMP;調讀溫度程序 LCALLPROCESS;調數(shù)據(jù)處理程序 AJMPMAIN;讀溫度程序READ_TEMP: LCALL RESET_PULSE ;調用復位脈沖程序MOV A,#0CCH;跳過ROM命令LCALL WRITEMOV A, #44H;讀溫度LCALL WRITELCALL DISPLAY;顯示溫度LCALLRESET_PULSE;調用復位脈沖程序MOV A,#0CCH ;跳過ROM命令LCALL WRITEMOV A,#0BEH ;讀緩存命令LCALL WRITELCALL READRET;復位脈沖程序RESET

26、_PULSE:RESET: SETBDATA_BUSNOPNOPCLRDATA_BUSMOVR7,#255DJNZR7,$SETB DATA_BUSMOVR7,#30DJNZR7,$JNB DATA_BUS,SETB_FLAGCLRFLAGAJMPNEXTSETB_FLAG:SETB FLAGNEXT: MOV R7,#120DJNZR7,$SETB DATA_BUSJNBFLAG,RESET RET;寫命令WRITE: SETBDATA_BUS MOVR6,#8 CLR CWRITING:CLRDATA_BUSMOVR7,#5DJNZR7,$RRCAMOVDATA_BUS, CMOVR7,#

27、30HDJNZR7,$SETBDATA_BUSNOPDJNZR6,WRITINGRET;循環(huán)顯示段位DISPLAY:MOV R4,#200DIS_LOOP:MOVA,DIS_DPMOVP2,#0FFHMOVP0,A CLRP2.7 LCALLDELAY2MSMOVA,DIS_GWMOVP2,#0FFHMOVP0,ASETBP0.7 CLRP2.6 LCALLDELAY2MSMOVA,DIS_SWMOVP2,#0FFHMOVP0,ACLRP2.5 LCALLDELAY2MSMOVA,DIS_BW MOVP2,#0FFHMOVP0,AMOVA,TEMP_BWCJNEA,#0,SKIPAJMPNEXTTSKIP: CLRP2.4LCALLDELAY2MSNE