1、目 錄1 設計目的12.設計要求13.總體設計方案13.1數字溫度計設計方案論證13.2方案一的總體設計框圖13.3 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路53.4 系統整體硬件電路63.5系統軟件算法分析103.6讀出溫度子程序103.7溫度轉換命令子程序123.8 計算溫度子程序133.9 顯示數據刷新子程序144.總結與體會15參考文獻16附錄171 設計目的1.學會掌握0809單片機.A/D轉換芯片的用法；2.學會掌握8051單片機用法；3.學會單片機的程序設計；4.培養查閱資料的能力。 2.設計要求1基本范圍0-1002精度誤差小于0.53 LED數碼直讀顯示3.總體設計方案3.

2、1數字溫度計設計方案論證3.1.1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，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，感溫電路比較麻煩。3.1.2 方案二 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，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。根據單片機課程設計的要求與學習目的，學習A/D轉換器的應用與實現和單片機的接口連接，故采用方案一來實現數字溫度計的控制。3.2方案一的總體

3、設計框圖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，A/D轉換器采用0809傳輸，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，并用蜂鳴報警器來監視溫度的值不超過量程范圍。 主 控 制 器LED顯 示溫 度 傳 感 器單片機復位時鐘振蕩報警點按鍵調整圖1總體設計方框圖3.2.1 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。3.2.2 顯示電路顯示電路采用3位共陽LED數碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。3.2.3溫度

4、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9或12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

5、因發熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖2所示。 C64 位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯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VddI/O圖2 DS18B20內部結構64位ROM的結構開始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。溫度報警觸發器和，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結構為字節

6、的存儲器，結構如圖3所示。頭個字節包含測得的溫度信息，第和第字節和的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第個字節，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。該字節各位的定義如圖3所示。低位一直為，是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為，用戶要去改動，R1和0決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。由表1可見，DS18B20溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存的第、字節保留未用，表

7、現為全邏輯。第字節讀出前面所有字節的CRC碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。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位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第、字節。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以0.0625LSB形式表示。當符號位時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表2是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。表1 DS18B20溫度轉換時間表 DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與RAM中

8、的TH、T字節內容作比較。若TH或TTL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發出的報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報警搜索。在64位ROM的最高有效字節中存儲有循環冗余檢驗碼（CRC）。主機ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件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；高溫度系數晶振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的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打開時，DS18B20就

9、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、溫度寄存器中，計數器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，當減法計數器的預置值減到時，溫度寄存器的值將加，減法計數器的預置將重新被裝入，減法計數器重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器計數到時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫

10、度值。表2一部分溫度對應值表溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 11

11、00 1001 0000FC90H另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對DS18B20的各種操作按協議進行。操作協議為：初使化DS18B20（發復位脈沖）發ROM功能命令發存儲器操作命令處理數據。圖4 DS18B20與單片機的接口電路3.3 DS18B20溫度傳感器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

12、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。3.4 系統整體硬件電路3.4.1 主板電路系統整體硬件電路包括，傳感器數據采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調整電路，單片機主板電路，A/D轉換器等，如圖5 所示。 圖5 數字溫度計控制電路（1）單片機80518051單片機有5個存儲器空間，分別用來安排4種不同功用的存儲器：一內部數據存儲器；二特殊功能寄存器；三內部程序存儲器；四外部程序存儲器五/外部數據存儲器。 內部數據存儲器和特殊功能寄存器以及內部程序存儲器集成于片內，外部程序存儲

13、器和外部數據存儲器則安排在片外，用接口電路與單片機連接。4種存儲器中，除內部數據存儲器和特殊功能寄存器是統一編址的除外，各存儲器均分開編址，并用不完全相同的尋址方式來訪問它們。A）RAM，共128字節，地址范圍為00H一7FH，見下圖2。前32個單元(地址00H一1FH)稱為寄存器區。其中，每8個寄存器形成-個寄存器組。具體說來： 寄存器0組 地址00H一07H寄存器1組 地址08H一0FH寄存器2組 地址10H一17H寄存器3組 地址18H一1FHB）程序存儲器MCS-51單片機具有64K字節的程序存儲器空間。其中，8051或8751在片內各有4K字節的程序存儲器ROM或EPROM，并處于這

14、一空間的最低地址區。8031片內沒有程序存儲器，必須在外部擴展程序存儲器才能構成單片機應用電路。擴展容量可為64K字節中的任一容量，并且常用EPROM或E2PROM的形式，程序存儲器中的某些地址被固定地用于特定程序的入口地址：地址 用途0000H 復位操作后的程序入口0003H 外部中斷0服務程序入口000BH 定時器0中斷服務程序入口0013H 外部中斷1服務程序入口001BH 定時器1中斷服務程序入口0023H 串行IO中斷服務程序入口在編程時，通常在這些入口地址開始的二三個地址單元中，放入一條轉移類指令，以使相應的程序在指定的程序存儲器區域中生成。程序存儲器用來存放固化了的用戶程序，取指

15、地址由程序計數器PC給出，PC具有自動加l的功能，從而在無轉移類指令的條件下，指令被逐一執行。轉移類指令可改變PC值，使程序得以轉移。程序存儲器中也可固化一片數據區，存放被查閱的表格和參數等。圖5中有三個獨立式按鍵可以分別調整溫度計的上下限報警設置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內時，發出報警鳴叫聲音，同時LED數碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調整報警上下限，從而測出被測的溫度值。圖5 中的按健復位電路是上電復位加手動復位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現復位。（2）直流穩壓電源 按設計要求需加直流穩壓電源用來對溫度控制系統進行供電。

16、如圖： 圖5.1 直流穩壓電源（3）A/D轉換部分A/D轉換部分采用ADC0809，A/D轉換器0809的任務是將模擬量轉換成數字量,它是模擬信號和數字儀器的接口。其內部原理圖如下所示主要部件的功能： 256R電阻梯形網絡。即R-2R電阻網絡。 比較器。將輸入模擬量與逐次逼近值進行比較。 多路開關。選擇不同通道的模擬量。 圖5.2 A/D轉換器0809內部邏輯圖內部邏輯結構圖引腳意義： ALE：地址鎖存信號。選擇8個模擬通道之一 。 OE：輸出允許信號，高電平有效。 EOC：轉換結束信號。 IN0IN7：8路模擬電壓輸入端。 D0D7：8位數據輸出端。 AD0、AD1、AD2：3位地址線，選擇

17、8路模擬輸入量之一引腳圖如下： 圖3.4.2 0809引腳圖圖 0809引腳圖3.4.2 顯示電路顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優點就是使用口資源比較少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的發送和接收，四只數碼管采用74LS164右移寄存器驅動，顯示比較清晰。3.5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等。3.5.1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。初始化調用顯示子程序1S到？初

18、次上電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NYNY圖7 主程序流程圖 3.6讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出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8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8讀溫度流程圖讀出溫度轉換的子程序：EMPER: SETB P2.0 ; 定時入口 LCALL INIT_1820 JB 20H.1,TSS2 RET ; 若DS18B20不存在則返回TSS2: MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配

19、 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ; 發出溫度轉換命令 LCALL WRITE_1820 LCALL INIT_1820 MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ; 發出讀溫度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 MOV 37H,A ; 將讀出的溫度數據保存 RET3.7溫度轉換命令子程序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9所示發DS1

20、8B20復位命令發跳過ROM命令發溫度轉換開始命令 結束 圖9 溫度轉換流程圖溫度命令子程序：TEMPER_COV: MOV A,#0F0H ANL A,36H ; 舍去溫度低位中小數點 SWAP A MOV 37H,A MOV A,36H JNB ACC.3,TEMPER_COV1 ; 四舍五入去溫度值 INC 37HTEMPER_COV1:MOV A,35H ANL A,#07H SWAP A ADD A,37H MOV 37H,A ; 保存變換后的溫度數據 LCALL BIN_BCD RET3.8 計算溫度子程序其程序流程圖如圖10所示。 開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標志計算小數位溫

21、度BCD值 計算整數位溫度BCD值 結束置“+”標志NY 圖10 計算溫度流程圖計算機溫度子程序： BIN_BCD:MOV 39H,37H MOV A,37H MOV B,#100 DIV AB MOV 38H,A MOV 37H,B XCH A,B MOV B,#10 DIV AB MOV 37H,A MOV 36H,B RET 3.9 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，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖11。溫度數據移入顯示寄存器十位數0？百位數0？十位數顯示符號百位數不顯示百位數顯示數據（不顯示符號） 結束NNYY 圖11顯示數據刷新流程圖顯示數據子程序：READ_18200: MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位DS18B20中讀 RE00:MOV R2,#8RE01:CLR C SETB P2.0 NOP NOP CLR P2.0 NOP NOP NOP SETB P2