1、黃河科技學院單片機應用技術課程設計題目：基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計姓 名： 時鵬院（系）： 工學院專業(yè)班級：學 號：指導教師：黃河科技學院課程設計任務書工 學院 機械 系 機械設計制造及其自動化專業(yè) S13 級 1 班學號 1303050025 姓名 時鵬 指導教師 朱煜桂題目：基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計設計課程：單片機應用技術課程設計課程設計時間20以年也月22日至2014年11月10日 共2周課程設計工作內容與基本要求（設計要求、設計任務、工作計劃、所需相關資料 ）（紙張不夠可加頁）課程設計任務書及摘要一、課程設計題目：基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計二、課程設計要求利用數(shù)字溫度傳感

2、器DS18B20f單片機結合來測量溫度。利用數(shù)字溫度傳感 器DS18B20W量溫度信號，計算后在LED數(shù)碼管上顯示相應的溫度值。其溫度測 量范圍為-55C125C,精確到0.5 C。數(shù)字溫度計所測量的溫度采用數(shù)字顯示， 控制器使用單片機AT89C51溫度傳感器使用DS18B20用3位共陽極LED數(shù)碼 管以串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示。三、課程設計摘要DS18B2雋一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器， 由于其具有單總線的獨 特優(yōu)點，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡，并可使多點溫度測量電路變得簡 單、可靠。本文結合實際使用經驗，介紹了 DS18B20t字溫度傳感器在單片機下 的硬件連接及軟件編程，并

3、給出了軟件流程圖。該系統(tǒng)由上位機和下位機兩大部分組成。下位機實現(xiàn)溫度的檢測并提供標準 RS232通信接口，芯片使用了 ATME心司的AT89C51單片機和 DALLA鈴司的 DS18B2嗷字溫度傳感器。上位機部分使用了通用PG該系統(tǒng)可應用于倉庫測溫、 樓宇空調控制和生產過程監(jiān)控等領域。四、關鍵字：單片機 溫度測量DS18B20數(shù)字溫度傳感器AT89C5123目錄緒論31原理介紹41.1 總體設計方案41.2 主控制部分41.3 總體設計框圖42 .硬件電路52.1 硬件電路預覽52.2 DS18B20 介紹52.3 AT89C51 介紹82.4 數(shù)碼管介紹103 .程序設計113.1 程序流程

4、圖113.2 程序清單124 .仿真效果圖165 .結論與總結18緒論隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它 所給人帶來的方便一是不可否定的， 其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子， 但人 們對它的要求越來越高，腰圍現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好更方便的設施就 需要從單片機技術入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經普及到我們生活，工作，科研等各 個領域，已經成為一種比較成熟的技術，在工、農業(yè)生產和日常生活中，對溫度 的測量及控制占據(jù)著極其重要的地位。首先了解一下多點溫度檢測系統(tǒng)在各個方 面的應用領域：消防電氣的非破壞性溫度檢測

5、，電力、電訊設備之過熱故障預知 檢測，空調系統(tǒng)的溫度檢測，各類運輸工具之組件的過熱檢測， 保全與監(jiān)視系統(tǒng) 之應用，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機械等設備溫度過熱檢測。由此可見， 溫度檢測系統(tǒng)應用十分廣闊。本設計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍 廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，該設計控制器使用單片機AT89C51,測溫傳感器使用DS18B20,用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度 顯示，能準確達到以上要求。本溫度計屬于多功能溫度計，可以設置上下報警溫 度，當溫度不在設置范圍內報警。1 .原理介紹1.1 總體設計方案總體設計方案采用AT89C51單片機

6、作控制器，溫度傳感器選用 DS18B20來 設計數(shù)字溫度計，系統(tǒng)由3個模塊組成：主控制器、測溫電路及顯示電路。主控 制器由單片機AT89C51實現(xiàn)，測溫電路由溫度傳感器 DS18B20實現(xiàn)，顯示電路 由4位LED數(shù)碼管直讀顯示。本設計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比， 具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設計控制器使用單片機AT89C51,測溫傳感器使用DS18B20,用4位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度 顯示，能準確達到以上要求。1.2 主控制部分本設計采用AT89C51八位單片機實現(xiàn)。單片機軟件編程的自

7、由度大，可通 過編程實現(xiàn)各種各樣的算術算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多 DS18B20控制工作，還可以與 PC機通信.運用主從分布 式思想，由一臺上位機（PC微型計算機），下位機（單片機）多點溫度數(shù)據(jù)采 集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程控制。另外AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應用，編程技術及外圍功能電路的配合使用都很成 熟。系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點少，系統(tǒng)兼容性及擴展性較差的特 點，運用分布式通訊的思想。設計一種可以用于大規(guī)模多點溫度測量的巡回檢測 系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是 RS-232串行通訊的標準，通過下位機（單片機）

8、進行現(xiàn) 場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機模塊實時顯示， 也可以送回上位機進行 數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴展性好，成本低的特點。1.3 總體設計框圖控制器采用單片機AT89C51,溫度傳感器采用DS18B20,用4位LED數(shù)碼 管顯示溫度。總體設計框圖如圖1-1所示。單片機復位股缽振蕩LED顯示溫叟傳感器主控電路圖1.1總設計框圖2 .硬件電路2.1 硬件電路預覽iX7AUXT"瞬口閹 rzuo Fin氫蛆 m具h同口 FH.育同” PZ.T?A«LUEDErJla 峭KFill H.1 FU H ri.a Hi F1£ ri.T二：二hlT wrailTB

9、F3JIIIII r3m MS-TiP3.SBTK UETFFTg.TFFFFFF TBTFH.圖2.1總電路2.2 DS18B20 介紹DS18B2比由美國DALLAS導體公司研制的一款數(shù)字溫度傳感器，與一般 的熱敏電阻相比，它能夠直接檢測出被測溫度并且可根據(jù)實際的要求通過簡單的 編程實現(xiàn)912位的數(shù)字讀取方式。DS18B2林用獨特的單總線接口方式，只需 一根線與單片機直接連接便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作，簡化了分布式溫度傳感網(wǎng)絡 的應用。DS18B2嗷字溫度傳感器的優(yōu)點是結構簡單，耐磨耐碰，體積較小，使 用方便，與傳統(tǒng)溫度傳感器相比測量精度較高，其抗干擾能力強，封裝形式也有很多種，可以根據(jù)不同的

10、應用場合而選擇不同形式的封裝。因此，本系統(tǒng)選擇 DS18B20作為系統(tǒng)溫度傳感器，可以簡化系統(tǒng)結構，使測量方便、可靠，同時 DS18B20勺價格也比較便宜。DS18B20t以下優(yōu)點：(1)單總線接口方式：DS18B20與單片機聯(lián)接只需一根數(shù)據(jù)總線便能完成 數(shù)據(jù)的全雙工通信。(2)在使用時不需要外圍元器件。(3) DS18B2作電壓范圍寬，可工作于 3.0 V5.5V ,可以由數(shù)據(jù)線直接 供電，不需要外部電源。(4)測溫范圍為：-55 C+125C,可以滿足一般的生產生活需要，測溫分 辨率0.5 C(5)可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為 0.5 C、0.25 C、 0.125 C

11、、0.0625 C,可實現(xiàn)高精度測溫。(6) DS18B20支持多傳感器組成測溫網(wǎng)功能，可以由單片機引出的一條總 線上并聯(lián)多個溫度傳感器以實現(xiàn)多點組網(wǎng)測溫。DS18B20勺封裝有很多種，最常見的是TO-92封裝，它的管腳說明如圖所示。 其封裝結構共有三個引腳，分別為電源引腳(VCC ,數(shù)據(jù)線引腳(DQ)和接地引 腳(GND>1 2 3TO-92(DS18B2O)DALIAS 18620< BOTTOM MEW：圖 2.2 DS18B20 的 TO-92 封裝DS18B20勺內部結構如圖所示圖2.3 DS18B20的內部結構圖從圖中我們可以看出，DS18B20數(shù)字溫度傳感器主要由四部

12、分組成：64位 ROW讀存儲器、溫度傳感器、高低溫度觸發(fā)器 TH和TL、配置寄存器。DS18B20 的管腳排列如圖2,3所示，其中DQ為數(shù)字信號I/O 口； GN師電源地，需要與 單片機共地；VDM外接電源輸入端。每個DS18B20勺ROM?有不同64位序列號，其序列號是出廠前被光刻好的， 不可更改，它可以看作是該 DS18B20勺地址序列碼。64位ROM勺排循環(huán)冗余校 驗碼是CRC=X8X5+ X4+ 1。ROMff列號的作用是使每一個 DS18B2嘟各不相同， 這樣就可以實現(xiàn)一根總線上并聯(lián)多個 DS18B2改現(xiàn)多點組網(wǎng)測溫的目的。溫度的測量由DS18B2(fr的溫度傳感器完成，并將檢測到的

13、溫度用16位帶符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式由數(shù)據(jù)總線傳出，以0,0625 C/LSB形式表達，其中S為符號位。例如+ 125c的數(shù)字輸出為07D0H + 25.0625 C的數(shù)字輸出為 0191H, 25.0625 C的數(shù)字輸出為FF6FH 55C的數(shù)字輸出為 FC90H高速暫存器是一個9字節(jié)的隨機存儲器。開始低位兩個字節(jié)包含被測溫度的 數(shù)字量信息；第3、4、5字節(jié)分別是TH TL、配置寄存器的臨時拷貝，每一次 上電復位時被重置；第6、7、8字節(jié)未用，默認為全邏輯1;第9字節(jié)讀出的是 前面所有8個字節(jié)的CRCK,可用來保證通信正確。DS18B20&使用中的注意事項。DS18B23然具有

14、測溫電路簡單、測溫精度較高、連接方便、占用 I/O端口 線少等優(yōu)點，在實際應用中應注意以下幾個問題：(1)簡單的硬件電路需要相對復雜的軟件進行編輯， DS18B20與單片機問 采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B208行讀取和寫入編程時，必須嚴格保證 讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。(2)在實際應用中，當單總線上所掛 DS18B20R好不要超過8個，否則， 就需要解決單片機的總線驅動問題。(3)連接DS18B20勺總線電路是有長度限制的。當采用普通信號電纜傳輸 數(shù)據(jù)，且電纜長度超過50M時，讀取的測溫數(shù)據(jù)會因為有外界的干擾而發(fā)生錯誤。 而將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離最遠可

15、達150M因此，在用DS18B208行長距離測溫系統(tǒng)設計時，需要解決總線分布電容的阻抗匹配問 題。(4)在DS18B20W溫程序設計中，向DS18B20®出溫度轉換命令后，程序 需要等待DS18B20勺返回信號。實際應用中難免出現(xiàn)某個 DS18B2嘶線問題，當 程序需要讀該DS18B20寸，將沒有返回信號，程序將進入死循環(huán)。測溫電纜最好 采用帶屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接電源線和地線，屏敝層在源端單點接地2.3AT89C51 介紹MCS-51單片機是指由美國英特爾公司生產的一系列單片機的總稱，這一系 列單片機包括很多種，如 8031、8032、8051、8052

16、、8752等。其中8051是最早 研制的且最具典型性的產品，而該系列其他單片機都是以8051為基礎發(fā)展起來的，與8051的基本結構和軟件特征相似。8051單片機包含微型計算機所必須具 備的基本功能部件，各部件相互獨立地集成在同一塊芯片上。8051基本功能特性如下：(1) 8 位 CPU(1) 四個8位并行I/O端口；(3) 4KB程序存儲器(ROM ,外部可擴充至64KB;(4) 128B數(shù)據(jù)存儲器(RAM ,外部可擴充至64KB(5)兩個16位定時/計數(shù)器；(6) 5個中斷源；(7)全雙工的串行通信口；(8)具有布爾運算能力；標準的8051單片機有幾種不同的封裝形式。最常見，也是最廉價的是P

17、DIP40 封裝的塑料雙列直插40引腳8051單片機，其引腳排列如圖所示。T2/PL0 _140_ VCCT2EX PL 1 一239PO.O/ADOP1. 2 1_PL 3匚338 PO, 1/AD1437 P0, J. AD2PL4 |_PL5匚536 P0. 3/AD3635_ P0, 4/AD4PL 6 _734 P0, 5/AD5P1. 7 -833一 P0. 6/AD6_ PO, 7/AD7RST _9二 32RXD/P3, 0 _10 T 31O r：ATXD/P3. 1111 白 3011 ALE/PROGINT0/P3, 2 _1229 PSENINT1/P3.3 _1328

18、_ P2.7/A15TO/P3.4 _1427 P2.6/A14H/P3. 5 _1526 P2, 5/A13WR.T3, 6 _1625_| P2, 4/A12RD/P3. 7 _1724 P2.3/A11XTAL2 _1823_ P2. 2/A10XTAL1 1922P2.1/A9VSS _2021_ P2.0/A8圖2.4單片機的管腳排列圖40個引腳功能如下：(1)主電源引腳VS&口 VCCVSS地線。VCC 5V電源。(2)外界晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1外接晶體的引線端。當使用芯片內部時鐘時，此端用于外接石英品 體和微調電容；當使用外部時鐘時，對于HMOSi片機，

19、此引腳接地；對于CHMOS 單片機，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2外接晶體引線端。當使用芯片內部時鐘時，此端用于外接石英晶體 和微調電容；當使用外部時鐘時，對于 HMOSI片機，此引腳接外部振蕩源；對 于CHMOS片機，此引腳懸空不接。(3)控制或與其他電源復用引腳 RST ALE/ PROG, PESN和EA 。RST復位信號。當輸入的復位信號延續(xù)2個機器周期以上高電平即為有效, 用以完成單片機的復位初始化操作。在vece生故障、降低到低電平規(guī)定值掉電 期間，此引腳可接上備用電源 VPD由VPD向內部RAMft電，以彳持內部RAW 的數(shù)據(jù)。ALE/ PROG :地址鎖存控制信號。

20、在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0 口輸出的低8位地址鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。PESN :外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時有效(低電平)，以實現(xiàn)外部ROM1元的讀操作。EA :訪問程序存儲控制信號。當 EA信號為低電平時，對ROM勺讀操作先低昂在外部程序存儲器；而當 EA信號為高電平時，則對 ROM的讀操作是從 內部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。(4)輸入/輸出引腳，P0DP3口。P0 口(P0.0-P0.7) : 8位雙向并行I/O 口。擴展片外存儲器或I/O

21、口時， 作為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線的分時復用接口，它為雙向三態(tài)。 P0 口能 以吸收電流的方式驅動8個LSTTL負載。P1 口(P1.0-P1.7) : 8位準雙向并行I/O接口。P1 口每一位都可以獨立設 置成輸入輸出位。P1 口能驅動4個LSTTL負載。P2 口(P2.0-P2.7) : 8位準雙向并行I/O 口。擴展外部數(shù)據(jù)、程序存儲器 時，作為高八位地址輸出端口。P2口能驅動4個LSTTL負載。P3 口(P3.0-P3.7) : 8位準雙向并行I/O 口。P3 口除了作為一般的準雙向 口使用外，每個引腳還有特殊功能.P3 口能驅動4個LSTTL負載。2.4數(shù)碼管介紹LEDR碼管(

22、LEDSegmentDisplays )由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成 “8” 字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù) 碼管實際上是由七個發(fā)光管組成 8字形構成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分 別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于 3 位“+1”型。位數(shù)有半位，1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10位等等.,led數(shù)碼管 根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重 要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不 同的。圖

23、2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內部電路， 它們的發(fā)光原理是一樣的，只是 它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。 led數(shù)碼管廣泛用于 儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產品尺寸顏色，功耗，亮度，波 長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內部引腳圖片。A圖2.5數(shù)碼管3.程序設計3.1程序流程圖H/0口初始化"獲取溫度并轉-3工換*獲取溫度并顯示圖3.1主程序流程圖開始圖3.2 DS18B20程序流程圖町配ROM 命令 U 事 L DS18B2Q溫健轉換指令¥初始化¥i-I讀溫度數(shù)據(jù)處理溫度數(shù)據(jù)并在數(shù)碼管顯示M3.2程序清單#include<reg5

24、2.h>#include<stdio.h>#define uchar unsigned char溫度傳感器信號線 定義整形的溫度數(shù)據(jù) 定義浮點型的溫度數(shù)據(jù) 正負溫度標志位#define uint unsigned intsbit ds=P1A0;/uint temp;/float f_temp;/bit flag;/共陽極數(shù)碼管顯示0-9/帶小數(shù)點的0-9uchar code table"0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90, 0x40,0x79,0x24,0x30, 0x19,0x12,0x02,0

25、x78,0x00,0x10, 0xbf,0xff;/正負號void delay(uint z)/ 延時函數(shù)，約 1msuint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);)void dsreset(void) uint i;ds=0;i=103;while(i>0)i-； ds=1;i=4;while(i>0)i-；)/DS18B20 復位，初始化函數(shù)bit tempreadbit(void) uint i;bit dat;ds=0;i+;ds=1;i+;i+;dat=ds;i=8;while(i>0)i-; return(dat)

26、;)/讀一位數(shù)據(jù)函數(shù)uchar tempread(void)uchar i,j,dat;dat=0;for(i=1;i<=8;i+)j=tempreadbit();dat=(j<<7)|(dat>>1);)return(dat);/讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)void tempwritebyte(uchar dat) uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j<=8;j+)testb=dat&0x01;dat=dat>>1;if(testb)ds=0;i+;i+;ds=1;i=8;while(i>0)i-; else

27、ds=0;i=8;while(i>0)i-;ds=1;i+;i+;/ 向DS18B20f一個字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)void tempchange(void)dsreset();delay；tempwritebyte(0xcc); /tempwritebyte(0x44); / /DS18B20開始獲取溫度并轉換跳過讀ROM旨令 寫溫度轉換指令讀低八位讀高八位uint get_temp()uchar a,b;dsreset();delay；tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0xbe);a=tempread();/b=tempread();/讀取寄存器中存儲的溫度數(shù)據(jù)

28、temp=b;temp<<=8;/兩個字節(jié)組合為一個字temp=temp|a;if(temp<0x800)flag=0;/ 判斷正負溫度else if(temp>=0x800)flag=1；temp=temp+1;f_temp=temp*0.0625;/ 溫度在寄存器中為12位，分辨率為0.0625 °temp=f_temp*10+0.5;/乘以10表示小數(shù)點后取一位，加0.5是四舍五入f_temp=f_temp+0.05;return temp;/temp 是整型void dis_temp(int t) / .顯示溫度數(shù)值函數(shù)，t傳遞的是整型的溫度值ucha

29、r b,s,g;b=t/100; s=t%100/10;g=t%100%10;/除100得到商，為溫度的十位/100 取余除以10,為溫度的各位/100 取余再用10取余，為溫度的小數(shù)位if(flag=1)P2=0x01;P0=table20; delay(1);else if(flag=0)P2=0x01;P0=table21; delay(1);P2=0x02;P0=tableb;delay；P2=0x04;P0=tables+10;delay；P2=0x08;/溫度的正負號/溫度顯示P0=tableg;/I/O 口初始化delay； void init(void)P0=0X00;P2=0X00;P1=0X00;void main()/ 主函數(shù)uchar i;init()；while(1)tempchange();/溫度轉換函數(shù)for(i=10;i>0;i-) dis_temp(get_temp(); 獲取溫度并顯示 一 一4 .仿真效果圖03- 早乜 ,呵:>XIKTJU1F匚皿R rOLYAC'l F3皿 ，口HAD3 FDl一4 rcw皿 ，力前 rgm即？陛血嚏 F2.-VJ4工聲E P3JVUH FZ.-tME *Z*.G