1、題目：基于89C51和DS18B20的數字溫度計設計一 、設計要求數字式溫度計要求測溫范圍為55125°C，精度誤差在0.1°C以內，LED數碼管直讀顯示。二 、方案論證根據系統的設計要求，選擇DS18B20作為本系統的溫度傳感器，選擇單片機AT89C51為測控系統的核心來完成數據采集、處理、顯示、報警等功能。選用數字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣/保持電路、運放、數/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，縮短了系統的工作時間，降低了系統的硬件成本。該系統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，經過

2、51單片機處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統顯示器用4位共陽LED數碼管以動態(tài)掃描法實現。檢測范圍-55攝氏度到125攝氏度。按照系統設計功能的要求，確定系統由3個模塊組成：主控制器、測溫電路和顯示電路。AT89C51主控制器顯示電路溫度傳感器DS18B20掃描驅動數字溫度計總體電路結構框圖如圖1所示。圖1 數字溫度計總體電路結構框圖三 、系統硬件電路的設計溫度計電路設計原理圖如圖2所示，控制器使用單片機AT89C51，溫度傳感器使用DS18B20，用4位共陽LED數碼管實現溫度顯示。 圖2 數字溫度計設計電路原理圖1、主控制器AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電

3、壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。2、顯示電路顯示電路采用4位共陽LED數碼管，從P0口輸出段碼，列掃描用P3.0P3.3口來實現，列驅動用8550三極管。3、溫度傳感器工作原理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

4、實現912位的數字值讀數方式。DS18B20 的性能特點如下：獨特的單線接口方式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；無需外部器件；可通過數據線供電，電壓范圍：3.05.5V；測溫范圍55125，在-10+85時精度為±0.5零待機功耗溫度以9或12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(fā)熱而燒毀，但不能正常工作DS18B20采用3腳PR35 封裝或腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖3所示圖3 DS18B20內部結構框圖64 b

5、閃速ROM的結構如下：開始8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8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(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。主機操作ROM的命令有五種，如表1所列指  令說  明讀ROM（33H）讀DS1820的序列號匹配ROM（55H）繼讀完64位序列號的一個命令，用于多個DS1820時定位跳過ROM（CCH）此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有DS1820搜ROM（F0H）識別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準備報警搜索（ECH）僅溫度越限的器件對此

6、命令做出響應 表1 主機操作ROM的命令 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。高速暫存RAM 的結構為8字節(jié)的存儲器，結構如圖4所示。 圖 4 高速暫存RAM結構圖前2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第5個字節(jié)，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。溫度低位LSB溫度高位 MSBTHTL配置保留保留保留8位CRC 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

7、號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前，高位在后，數據格式以0.062 5 /LSB形式表示。溫度值格式如下：這是12位轉化后得到的12位數據，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。圖中，S表示位。對應的溫度計算：當符號位S=0時，表示測得的溫度植為正值，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，表示測得的溫度植為負值，先將補碼變換為

8、原碼，再計算十進制值。例如+125的數字輸出為07D0H，+25.0625的數字輸出為0191H，-25.0625的數字輸出為FF6FH，-55的數字輸出為FC90H。DS18B20溫度傳感器主要用于對溫度進行測量，數據可用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，并以0.0625LSB形式表示。表2是部分溫度值對應的二進制溫度表示數據。表2 部分溫度值DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內容作比較，若T>TH或T<TL,則將該器件內的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告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告警搜索。在64位

9、ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（CRC）。主機根據ROM的前 56位來計算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數 據是否正確。3）DS18B20測溫原理DS18B20的測溫原理如圖5所示，圖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，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

10、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(huán)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圖2中的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，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B2

11、0單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，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(fā)復位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數據。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果，然后切去測量結果中的最低有效位（LSB），得到所測實際溫度的整數部分Tz，然后再用BEH指令取計數器1的計數剩余值Cs和每度計數值CD。考慮到DS1820測量溫度的整數部分以0.25、0.75為進位界限的關系，實際溫度Ts

12、可用下式計算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD 圖5 DS18B20測溫原理圖四 系統程序的設計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，報警子程序和顯示數據刷新子程序等。 1 主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示，讀出并處理DS18B20的測量溫度值。溫度測量每1s進行一次。主程序流程圖如圖6所示。2 讀出溫度子程序讀出溫度子程的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時須進行CRC校驗，校驗有錯時不能進行溫度數據的改寫。讀出溫度子程序流程圖如圖7所示。 3 溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令。當采用12位分辨率

13、時，轉換時間約為750 ms。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圖8所示。4 計算溫度子程序計算溫度子程序將RAM中讀取的值進行BCD碼的抓換運算，并進行溫度值正負的判斷。其流程圖如圖9所示。5 顯示數據刷新子程序顯示數據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，當最高數據顯示位為0時，將符號顯示位移入下一位。顯示數據刷新子程序流程圖如圖10所示。Y發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節(jié)完？結束CRC校驗正確？移入溫度暫存器NYN初始化顯示調用子程序1s到？初次上電？讀出溫度值溫度計算處理顯示數

14、據刷新發(fā)溫度轉換開始命令 N YY N 圖6 主程序流程圖 發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉換開始命令結束圖7 讀出溫度子程序流程圖 圖8 溫度轉換命令子程序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YN圖9 計算溫度子程序流程圖溫度數據移入顯示寄存器十位數0？百位數0？百位數顯示數據（不顯示符號）十位數顯示符號百位數不顯示結束圖10 顯示數據刷新子程序流程圖 Y NYN右圖為DS18B20 引腳圖DS18S20采用3腳PR35封裝（或8腳SOIC封裝），DQ為數據輸入/輸出腳，VDD為電源電壓。 五 匯編程序;=;D

15、S18B20溫度計;采用4位LED共陽顯示器顯示測溫值，顯示精度0.1，測溫范圍-55+125;用AT89C51單片機，12MHz晶振;=常數定義=TIMELEQU 0E0H ;20ms，定時器0時間常數TIMEHEQU 0B1HTEMPHEAD EQU 36H;=工作內存定義=BITST DATA 20HTIME1SOK BIT BITST.1TEMPONEOKBIT BITST.2TEMPL DATA 26HTEMPH DATA 27HTEMPHC DATA 28HTEMPLC DATA 29H;= 引腳定義=TEMPDIN BIT P3.7;= 中斷向量區(qū)=ORG 0000HLJMP S

16、TARTORG 00BHLJMP T0IT;=系統初始化=ORG100HSTART: MOVSP,#60HCLSMEM: MOV R0,#20HMOV R1,#60HCLSMEM1:MOV R0,#00HINC R0DJNZ R1,CLSMEM1MOV TMOD,#00100001B ;定時器0工作方式1（16BIT）MOVTH0,#TIMELMOV TL0,#TIMEH ;20msSJMPINITERROR:NOPLJMP STARTNOPINIT:NOPSETB ET0SETB TR0SETBEAMOV PSW,#00HCLR TEMPONEOKLJMP MAIN;= 定時器0中斷服務程序

17、=T0IT:PUSH PSWMOV PSW,#10HMOV TH0,#TIMEHMOV TL0,#TIMELINC R7CJNE R7,#32H,T0IT1MOV R7,#00HSETB TIME1SOK ;1s定時到標志T0IT1:POP PSWRETI;= 主程序=MAIN:LCALL DISP1 ;調用顯示子程序JNB TIME1SOK,MAINCLR TIME1SOK ;測溫每1s一次JNB TEMPONEOK,MAIN2 ;上電時先溫度轉換一次LCALL READTEMP1;讀出溫度值子程序LCALL CONVTEMP ;溫度BCD碼計算處理子程序LCALL DISPBCD ;顯示區(qū)

18、BCD碼溫度值刷新子程序LCALL DISP1 ;消閃爍，顯示一次MAIN2: LCALLREADTEMP ;溫度轉換開始SETB TEMPONEOKLJMP MAIN;= 子程序區(qū)=;RESET DS18B20;=INITDS1820:SETB TEMPDINNOPNOPCLR TEMPDINMOV R6,#0A0H ;DELAY 480usDJNZ R6,$MOV R6,#0A0HDJNZ R6,$SETB TEMPDINMOV R6,#32H ;DELAY 70usDJNZ R6,$MOVR6,#3CHLOOP1820:MOV C,TEMPDINJC INITDS1820OUTDJNZ

19、R6,LOOP1820MOV R6,#064HDJNZ R6,$SJMP INITDS1820RETINITDS1820OUT:SETB TEMPDINRET;= 讀DS18B20的程序，從DS18B20中讀出一個字節(jié)的數據=READDS1820:MOV R7,#08HSETB TEMPDINNOPNOPREADDS1820LOOP:CLR TEMPDINNOPNOPNOPSETB TEMPDINMOV R6,#07H ;DELAY 15usDJNZ R6,$MOV C,TEMPDINMOV R6,#3CH ;DELAY 120usDJNZ R6,$RRC ASETB TEMPDINDJNZ

20、R7,READDS1820LOOPMOV R6,#3CH ;DELAY 120 usDJNZ R6,$RET;= 寫DS18B20的程序，從DS18B20中寫一個字節(jié)的數據=WRITEDS1820:MOV R7,#08HSETB TEMPDINNOPNOPWRITEDS1820LOP:CLR TEMPDINMOV R6,#07H ;DELAY 15usDJNZ R6,$RRC AMOV TEMPDIN,CMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$SETB TEMPDINDJNZ R7,WRITEDS1820LOPRET;= READ TEMP =READTEMP:LCA

21、LL INITDS1820MOV A,#0CCHLCALL WRITEDS1820 ;SKIP ROMMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$MOV A,#44HLCALL WRITEDS1820 ;START CONVERSIONMOV R6,#34H ;DELAY 104DJNZ R6,$RETREADTEMP1:LCALLINITDS1820MOV A,#0CCHLCALL WRITEDS1820;SKIP ROMMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$MOV A,#0BEHLCALL WRITEDS1820 ;SCRATCHPADMO

22、V R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$MOV R5,#09HMOV R0,#TEMPHEADMOV B,#00HREADTEMP2:LCALL READDS1820MOV R0,AINC R0READTEMP21:LCALL CRC8CALDJNZ R5,READTEMP2MOV A,BJNZ READTEMPOUTMOV A,TEMPHEAD+0MOV TEMPL,AMOV A,TEMPHEAD+1MOV TEMPH,AREADTEMPOUT:RET;= 處理溫度BCD碼子程序=CONVTEMP:MOV A,TEMPHANL A,#80HJZ TEMPC1CLR CM

23、OV A,TEMPLCPL AADD A,#01HMOV TEMPL,AMOV A,TEMPH ;-CPL AADDC A,#00HMOV TEMPH,A ;TEMPHC HI=符號位MOV TEMPHC,#0BHSJMP TEMPC11TEMPC1:MOV TEMPHC,#0AH ;+TEMPC11:MOV A,TEMPHCSWAP AMOV TEMPHC,AMOV A,TEMPLANL A,#0FH ;乘0.0625MOV DPTR,#TEMPDOTTABMOVC A,A+DPTRMOV TEMPLC,A ;TEMPLC LOW=小數部分BCDMOV A,TEMPL ;整數部分ANL A,

24、#0F0HSWAP AMOV TEMPL,AMOV A,TEMPHANL A,#0FHSWAP AORL A,TEMPLLCALL HEX2BCD1MOV TEMPL,AANL A,#0F0HSWAP AORL A,TEMPHC ;TEMPHC LOW=十位數BCDMOV TEMPHC,AMOV A,TEMPLANL A,#0FHSWAP A ;TEMPLC HI=個位數BCDORL A,TEMPLCMOV TEMPLC,AMOV A,R7JZ TEMPC12ANL A,#0FHSWAP AMOV R7,AMOV A,TEMPHC ;TEMPLC HI=百位數BCDANL A,#0FHORL

25、A,R7MOV TEMPHC,ATEMPC12:RET;= 小數部分碼表=TEMPDOTTAB:DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06HDB 06H,07H,08H,08H,09H,09H;= 顯示區(qū)BCD碼溫度值刷新子程序=DISPBCD:MOV A,TEMPLCANL A,#0FHMOV 70H,AMOV A,TEMPLCSWAP AANL A,#0FHMOV 71H,AMOV A,TEMPHCANL A,#0FHMOV 72H,AMOV A,TEMPHCSWAPAANL A,#0FHMOV 73H,AMOV A,TEMPHCANL A,#0F0

26、HCJNE A,#010H,DISPBCD0SJMP DISPBCD2DISPBCD0:MOV A,TEMPHCANL A,#0FHJNZ DISPBCD2;十位數是0MOV A,TEMPHCSWAP AANL A,#0FHMOV 73H,#0AH;符號位不顯示MOV 72H,A;十位數顯示符號DISPBCD2:RET;= 顯示子程序=;顯示數據在70H73H單元內，用4位LED共陽數碼管顯示，P1口輸出段碼數據，;P3口做掃描控制，每個LED數碼管亮1ms時間再逐位循環(huán)。DISP1:MOV R1,#70H;指向顯示數據首址MOV R5,#0FEH;掃描控制字初值PLAY:MOV P0,#0F

27、FHMOV A,R5;掃描字放入AMOV P3,A;從P3口輸出MOV A,R1;取顯示數據到AMOV DPTR,#TAB;取段碼表地址MOVC A,A+DPTR;查顯示數據對應段碼MOV P0,A;段碼放入P0口MOV A,R5JB ACC.1,LOOP5;小數點處理CLR P0.7LOOP5:LCALL DL1MS;顯示1msINC R1;指向下一地址MOV A,R5;掃描控制字放入AJNB ACC.3,ENDOUT;ACC.3=0時一次顯示結束RL A;A中數據循環(huán)左移MOVR5,A;放回R5內AJMP PLAY;跳回PLAY循環(huán)ENDOUT:MOV P0,#0FFH;一次顯示結束，P0

28、口復位MOV P3,#0FFH;P3口復位RET;子程序返回TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH;共陽段碼表 “0”“1”“2”“3”“4”“5”“6”“7”“8”“9”“不亮”“-”DL1MS:MOV R6,#14H;1ms延時程序，LED顯示程序用DL1:MOV R7,#19HDL2:DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET;= 單字節(jié)十六進制轉BCD =HEX2BCD1:MOV B,#064H;十六進制->BCDDIV AB;B=A%100MOV R7,A;R7=百位數MOV A,#0A

29、HXCH A,BDIV AB;B=A%BSWAP AORL A,BRET;=;Calculate CRC-8Values. Uses The CCITT-8Polynomial,Expressed As;X8+X5+X4+1;=CRC8CAL:PUSH ACCMOV R7,#08H;Number Bits In ByteCRC8LOOP1:XRL A,B;Calculte CRCRRC A;Move To CarryMOV A,B;Get The Last CRC ValueJNC CRC8LOOP2;Skip If Data=0XRL A,#18H;Updata The New CRCCRC

30、8LOOP2:RRC A;Position The New CRCMOV B,A;Store The New CRCPOP ACC;Get The Remaining BitsRR A;Position The Next BitPUSH ACC;Save The Remaining BitsDJNZ R7,CRC8LOOP1;Repeat For 8 BitsPOP ACCRETEND六 、程序清單HEX輸出文件:03000000020100FA:03000B0002012BC4:1001000075816078207960760008D9FB7589217542:100110008CE075

31、8AB18005000201000000D2A9D2EE:100120008CD2AF75D000C202020141C0D075D01090:10013000758CB1758AE00FBF32047F00D201D0D038:10014000321202AA3001FAC20130020C1201D51299:1001500002081202761202AA1201BFD20202014163:10016000D2B70000C2B77EA0DEFE7EA0DEFED2B710:100170007E32DEFE7E3CA2B74009DEFA7E64DEFE01:1001800080DE2

32、2D2B7227F08D2B70000C2B70000BB:1001900000D2B77E07DEFEA2B77E3CDEFE13D2B7EA:1001A000DFEA7E3CDEFE227F08D2B70000C2B77EC7:1001B00007DEFE1392B77E34DEFED2B7DFEF2212E7:1001C000016074CC1201A77E34DEFE74441201A7D4:1001D0007E34DEFE2212016074CC1201A77E34DE72:1001E000FE74BE1201A77E34DEFE7D09783675F0FE:1001F00000120186F6081202F7DDF6E5F07008E558:1002000036F526E537F52722E52754806014C3E547:1002100026F42401F526E527F43400F52775280B8C:0C022000800375280AE528C4F528E526AF:10022C00540F90026693F529E52654