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1、 单片机原理与接口技术课程设计设计课题 基于 80C51 的数字温度计设计 学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 设计地点 ： 设计时间 ： 2013-12-16 2013-12-27 指导教师意见：成绩:签名： 年 月 日单片机原理与接口技术 单片机原理与接口技术课程设计课 程 设 计课程设计名称： 单片机系统课程设计 专 业 班 级 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计地点： 单片机系统 课程设计任务书学生姓名 专业班级 学号题 目 基于 80C51 的数字温度计设计课题性质 工程设计 课题来源 自拟指导教师 臧海河主要内容（参数）利用 89C51 单
2、片机设计数字温度计，实现以下功能：1实现温度测量范围 0100；2测量误差范围 0.5；3能通过 LED 直接读出温度；4.当温度高于 100或低于 0时会发出警告。 单片机原理与接口技术课程设计任务要求（进度）第 1-2 天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第 3-5 天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第 6-8 天：进行软件设计，编写程序，进行仿真调试。第 9-10 天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、语言流畅、格式规范、方案合理、设计正确。主要参考资料1 杨家成单片机原理与应用及 C
3、51 程序设计北京：清华大学出版社，20072 夏路易 石宗义Protel 99se 电路原理图与电路板设计教程北京：北京希望电子出版社，2004 3 金建设.单片机系统及应用实验教程.北京：北京邮电大学出版社，2010年 3 月 1 日4 李文华. 单片机应用技术.北京：人民邮电出版社， 2011 年 7 月 1 日审查意见 系（教研室）主任签字： 年 月 日 目录1 绪论 .4研究背景 .42 方案的选择 .52.1 系统框图 .83 硬件电路设计 .93.1 电源 .93.2 单片机晶振电路 .103.3 DS18B20 温度传感器的硬件电路图 .113.4 复位电路 .12 单片机原理
4、与接口技术课程设计3.5 6 位 LED 显示电路 .133.7 总的系统硬件图 .154 软件设计 .154.1 主程序图 .154.2 读出子程序流程图 .164.3 温度转换命令子程序 .174.4 计算温度子程序 .18参考文献 .19附录 .19程序 .191 绪论研究背景随着时代的发展，控制智能化，仪器小型化，功耗微量化得到广泛关注。单片机控制系统无疑在这些忙面起到了举足轻重的作用。单片机的应用系统设计业已成为新的技术热点，其中数字温度计就是一个典型的例子。 单片机原理与接口技术课程设计人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量
5、，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器模拟集成温度传感器智能集成温度传感器。目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在 20 世纪 90 年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制
6、单片测温系统等高科技的方向迅速发展，与传统的温度计相比，其具有读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研实验室使用。2 方案的选择方案一： 采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。方案二： 采用温度传感器 DS18B20。DS18B20 可以满足从-55 摄氏度到+125摄氏度测量范围，且 DS18B20 测量精度高，增值量为 0.5 摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的 RAM 中，单片机直接从中读出数据转换成十进制
7、就是温度，使用方便。 基于 DS18b20 的以上优点，我们决定选取 DS18b20 来测量温度。下图为DS18b20 的实物图。 单片机原理与接口技术课程设计D S 1 8 B 2 0温度传感器GNDVDDDQDS18b20 每个引脚的编号及功能DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。2.3.1 DS18B20 的性能特点如下： 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能
8、； 无须外部器件； 可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5； 零待机功耗； 温度以或位数字； 用户可定义报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；2.3.2 DS18B20 详细引脚功能描述 见下表。 通信的过程及其原理序号 名称 引脚功能1 GND 地信号2 DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3 VDD 可选择的 VDD 引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 单片机原理与接口技术课程设计（1）主机拉低单总线至少 480us 产
9、生复位脉冲； （2）主机释放单总线，进入接收模式，释放时产生上升沿； （3）单总线器件检测到上升沿，延时 15-60us； （4）单总线器件通过拉低总线 60-240us 来产生应答脉冲； （5）主机接受应答信号，对从机 ROM 进行命令和功能命令操作； 所有读写时序至少 60us，两个独立的时序间至少 1us 回复时间。 预 置低 温 度 系 数 振 荡 器高 温 度 系 数 振 荡 器斜 率 增 加 器计 数 器 1比 较预 置= 0温 度 寄 存 器计 数 器 2= 0Tx加 1停 止 1 2DS18B20 的测温原理如图上图所示，图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
10、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震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入，图中还隐含着计数门，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后进行计数，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 所对应的基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中，减法计数器 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
11、开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如 单片机原理与接口技术课程设计此循环直到减法计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温图上图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是 DS18B20 的测温原理。另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化 DS18B20（发复位脉冲）发 ROM 功能命令发存储器操作命令处理数据。在正常测温情况下，DS1820 的测温分辨力为 0.5，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用 DS1820 提供的读暂存器指令（BEH）读出以 0.5为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB） ，得
