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1、1 基于单片机的温度传感器的设计目 录第一章 绪论 - -21.1 课题简介 - 2 1.2 设计目的 - 3 1.3 设计任务 - 3 第二章 设计内容与所用器件 - 4第三章 硬件系统设计 - 43.1 单片机的选择 - 4 3.2 温度传感器介绍 - 5 3.3 温度传感器与单片机的连接 - 8 3.4 单片机与报警电路 - 9 3.5 电源电路 - 10 3.6 显示电路 - 10 3.7 复位电路 - 11 第四章 软件设计 - 124.1 读取数据流程图 - 12 4.2 温度数据处理程序的流程图 - 13 4.3 程序源代码 - 14 总 结 - 21附录 -16 第一章 绪论2
2、 1.1 课题简介单片机，更确切的应称作微控制器，是 20 世纪 70 年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块， 其特点是功能强大、 体积小、可靠性高、价格低廉。它一面世便在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领域得到广泛应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化程度。因此，单片机的开发、应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一， 它给人带来的方便也是无可置疑的， 其中数字温度计就是一个典型的例子。 随着人们对它的要求越来越高， 要为现代人工作和生活提供更好、 更方便的设施就需要从数字单片机技术入手
3、， 一切向着数字化控制、智能化控制方向发展。温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、 热电偶温度计、 数字温度计、电子温度计等等。现在所使用的温度计通常都是精度为 1和 0.1的水银、煤油或酒精温度计，这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难， 而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温准确等
4、优点， 其输出温度采用数字显示， 主要供测温要求准确的场3 所和科研实验室使用。该设计控制器使用单片机 AT89C51，温度传感器 DS18B20，用 4位共阳极 LED 数码管以串口传送数据 ,实现温度显示，能准确达到以上要求。1.2 设计目的熟悉单片机 AT89C51和传感器 DS18B20的应用， 及单片机与外围电路的接法， 加深对单片机以及传感器的认识， 了解单片机在日常生活中的应用及其重要性。同时，通过查找资料，设计电路，使本次设计的数字温度计具有结构简单、成本低廉、精确度高、反应速度快、数字化显示和不易损坏等特点。 在这次设计中， 熟悉了制作一个产品的基本流程。通过选认元件，连线，
5、等过程，锻炼自己的学习能力。1.3 设计任务1、以 AT89C51单片机为核心器件，组成一个数字式温度计。2、采用数字式温度计传感器为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为 0.5 C。3、温度显示采用 4 位 LED数码管显示，两位整数，一位小数。4、具有键盘输入上、下限功能，超过上、下限温度时，进行声音报警。第二章 设计内容与所用器件基本功能：利用 89C51作为主控器组成一个数字温度计。可选器件：AT89C51单片机、 DB18B20、 7 段 LED数码管等4 系统原理图第三章 硬件系统设计硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、 输
6、出接口电路和输出设备等组成。 单片机实质上是一个硬件的芯片， 在实际应用中， 通常很难直接和被控对象进行电气连接， 必须外加各种扩展接口电路、 外部设备、 被控对象等硬件和软件， 才能构成一个单片机应用系统。 本设计选用以 AT89C51单片机为主控单元 ,DB18B20为数据采集模块，显示部分采用 7 段 LED动态显示，警报部分采用蜂鸣器。3.1 单片机的选择AT89C51 单片机复位报警模块DB18B20 温度数据采集LED显示时钟振荡AT89C51 5 AT89C51单片机的主要特性：1、与 MCS-51 兼容， 4K字节可编程闪烁存储器；2、灵活的在线系统编程，掉电标识和快速编程特性
7、；3、寿命为 1000 次写 / 擦周期，数据保留时间可 10 年以上；4、全静态工作模式： 0Hz-33Hz；5、三级程序存储器锁定；6、 128*8 位内部 RAM， 32 可编程 I/O 线；7、两个 16 位定时器 / 计数器， 6 个中断源；8、全双工串行 UART通道，低功耗的闲置和掉电模式；9、片内振荡器和时钟电路；芯片共有 40 个引脚，其中，电源引脚 2 根，外接晶体振荡器引脚 2根，控制引脚 4 根以及 4 组 8 位可编程 I/O 引脚 32 根。3.2 温度传感器介绍DS18B20可以程序设定 9-12 的分辨率， 精度为 0.5 C。 可选更小的封装方式，更宽的电压适
8、用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EPROM中，掉电后依然保存。温度传感器 DS18B20引脚如图所示6 引脚功能说明：NC ：空引脚，悬空不使用；VDD ：可选电源脚，电源电压范围 35.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。DQ ：数据输入 / 输出脚。漏极开路，常态下高电平。GND ：为电源地DS18B20内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM、 温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH和 TL、配置寄存器。64 位 ROM的结构开始 8 位是产品类型的编号， 接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC检验码，这也是多个
9、 DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器 TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。当 DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、 2 字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625 LSB形式表示。7 DS18B20完成温度转换后， 就把测得的温度值与 RAM中的 TH、 TL 字节内容作比较。 若 TH或 T TL， 则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。 因此， 可用多只 DS18B20同时测量温度并进行
10、报警搜索。DS18B20的测温原理是这样的 , 器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小， 用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变， 所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入。 器件中还有一个计数门， 当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定， 每次测量前，首先将 55所对应的一个基数分别置入减法计数器、 温度寄存器中，计数器 1 和温度寄存器被预置在 55所对应的一个基数值。减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数
11、器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1 的预置将重新被装入， 减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数， 如此循环直到减法计数器计数到 0 时， 停止温度寄存器的累加， 此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。 其输出用于修正减法计数器的预置值， 只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。另外，由于 DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念， 因此读写时序很重要。 系统对 DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化 DS18B20（发复位脉冲）发 ROM功能命令发8 存储器操作命令处理数据。源供电方式在外部电源供电方式下， DS18B20工作电源由 VCC引脚接入，此时I/O 线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度， 同时在总线上理论可以挂接任意多个 DS18B20传感器， 组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下， DS18B20的 GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是 85。部电源供电方式是 DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单。本次数字温度计的设计采用的就是外部电源供电方式。3.3 温度传感器与单片机的连接温度传感器的单总线 (1-Wire)
