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1、山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书11 设计目的设计目的基于单片机的数字温度计的设计，通过此设计深入了解单片机的原理及应用，巩固所学知识，提高对知识的综合应用能力。2 设计要求设计要求数字式温度计要求测温范围为55125C，精度误差在 0.1C 以内，LED数码管直读显示。选择 DS18B20 作为本系统的温度传感器，选择单片机 AT89C51 为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书23 设计内容设计内容3.1 方案设计根据系统的设计要求，选择 DS18B20 作为本系统的温度传感器，选择单片机 AT89C51 为测控系统
2、的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器 DS18B20，省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以及进行长距离传输时的串/并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。该系统的总体设计思路如下：温度传感器 DS18B20 把所测得的温度发送到AT89C51 单片机上，经过 51 单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器用 4 位共阳 LED 数码管以动态扫描法实现。检测范围-55 摄氏度到125 摄氏度。1、主控制器AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器。该器件采用 AT
3、MEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2、显示电路显示电路采用 LED 数码管，从 P0 口输出段码，列扫描用 P3.0P3.3 口来实现。3、温度传感器工作原理DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新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，山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书3并且可根据实际要求通过简单的
4、编程实现 912 位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下：独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信；多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；无需外部器件；可通过数据线供电，电压范围：3.05.5V；测温范围55125，在-10+85时精度为0.5零待机功耗温度以 9 或 12 位数字量读出；用户可定义的非易失性温度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DS18B20 的测温原理如下图所示：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频率的脉冲信号送
5、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山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书4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
6、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 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 2 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，他有严格的时隙概念，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
7、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） ，得到所测实际温度的整数部分 Tz，然后再用 BEH 指令取计数器 1 的计数剩余值 Cs 和每度计数值 CD。考虑到 DS1820 测量温度的整数部分以 0.25、0.75为进位界限的关系，实际温度 Ts 可用下式计算：Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD 3.2 器件选型主要的元器件型号如下：单片机芯片：89C51温度传感器：DS18B20晶振：12M
8、HZ山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书5电源：5V电容：30pF,10uF三极管：8550（PNP）电阻、导线等若干3.3 系统设计系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，报警子程序和显示数据刷新子程序等。1、主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理 DS18B20 的测量温度值。温度测量每 1s 进行一次。主程序流程图如下图所示：初始化显示调用子程序1s 到？初次上电？读出温度值 温度计算处理 显示数据刷新发温度转换开始命令山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书62、读出温度子程序读出温度子程的主要功能是读出 RAM 中的 9
9、 字节。在读出时须进行 CRC校验，校验有错时不能进行温度数据的改写。读出温度子程序流程图如下图所示：3、温度转换命令子程序Y发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令读取操作，CRC 校 验9 字节完？结束CRC 校验正确？移入温度暂存器NYN山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书7温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令。当采用 12 位分辨率时，转换时间约为 750 ms。在本程序设计中，采用 1s 显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如下图所示：4、计算温度子程序计算温度子程序将 RAM 中读取的值进行 BCD 码的抓换运算，并进行温度值正
10、负的判断。其流程图如下图所示：发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发温度转换开始命令结束开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度 BCD 值计算整数位温度 BCD 值结束置“+” 标志YN山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书85、 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为 0 时，将符号显示位移入下一位。显示数据刷新子程序流程图如下图所示：3.4 汇编程序温度数据移入显示寄存器十位数 0？数 0？百位数 0？百位数显示数据 （不显示符号）十位数显示符号 百位数不显示结束YNYN山东建筑大学信息与电气工程学院
11、课程设计说明书9;=;DS18B20 温度计;采用 4 位 LED 共阳显示器显示测温值，显示精度 0.1，测温范围-55+125;用 AT89C51 单片机，12MHz 晶振;=常数定义=TIMELEQU 0E0H ;20ms，定时器 0 时间常数TIMEHEQU 0B1HTEMPHEAD EQU 36H;=工作内存定义=BITST DATA 20HTIME1SOK BIT BITST.1TEMPONEOKBIT BITST.2TEMPL DATA 26HTEMPH DATA 27HTEMPHC DATA 28HTEMPLC DATA 29H;= 引脚定义=TEMPDIN BIT P3.7;
12、= 中断向量区=ORG 0000HLJMP STARTORG 00BHLJMP T0IT;=系统初始化=ORG100HSTART: MOVSP,#60HCLSMEM: MOV R0,#20HMOV R1,#60H山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书10CLSMEM1: MOV R0,#00HINC R0DJNZ R1,CLSMEM1MOV TMOD,#00100001B ;定时器 0 工作方式 1（16BIT）MOVTH0,#TIMELMOV TL0,#TIMEH ;20msSJMPINITERROR:NOPLJMP STARTNOPINIT:NOPSETB ET0SETB TR0SE
13、TBEAMOV PSW,#00HCLR TEMPONEOKLJMP MAIN;= 定时器 0 中断服务程序=T0IT:PUSH PSWMOV PSW,#10HMOV TH0,#TIMEHMOV TL0,#TIMELINC R7CJNE R7,#32H,T0IT1MOV R7,#00HSETB TIME1SOK ;1s 定时到标志T0IT1:POP PSWRETI;= 主程序=MAIN:LCALL DISP1 ;调用显示子程序山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书11JNB TIME1SOK,MAINCLR TIME1SOK ;测温每 1s 一次JNB TEMPONEOK,MAIN2 ;上
14、电时先温度转换一次LCALL READTEMP1;读出温度值子程序LCALL CONVTEMP ;温度 BCD 码计算处理子程序LCALL DISPBCD ;显示区 BCD 码温度值刷新子程序LCALL DISP1 ;消闪烁，显示一次MAIN2: LCALL READTEMP ;温度转换开始SETB TEMPONEOKLJMP MAIN;= 子程序区=;RESET DS18B20;=INITDS1820:SETB TEMPDINNOPNOPCLR TEMPDINMOV R6,#0A0H ;DELAY 480usDJNZ R6,$MOV R6,#0A0HDJNZ R6,$SETB TEMPDINMOV R6,#32H ;DELAY 70usDJNZ R6,$MOVR6,#3CHLOOP1820: MOV C,TEMPDINJC INITDS1820OUTDJNZ R6,LOOP1820MOV R6,#064HDJNZ R6,$山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计
