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1、基于AT89C51的数字温度计设计与仿真摘 要随着科学技术的不断发展，温度的检测、控制应用于许多行业，数字温度计就是其中一例，它的反应速度快、操作简单，对环境要求不高，因此得到广泛的应用。传统的温度测量大多使用热敏电阻，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路将模拟信号转换成数字信号才能由单片机进行处理。本课题采用单片机作为主控芯片，利用DS18B20来实现测温，用LCD液晶显示器来实现温度显示。温度测量范围为0119，精确度0.1。可以手动设置温度上下限报警值，当温度超出所设报警值时将发出报警鸣叫声，并显示温度值，该温度计适用于人们的日常生活和工、农业生产领域。关键
2、词：数字温度计；DS18B20；AT89C51；LCD1602Digital Thermometers Design and Simulation Based on AT89C51Deng Lian Wei(Zhangjiajie College of Jishou University,Zhangjiajie,Hunan 427000)AbstractWith the continuous development of science and technology, the temperature detection and control used in many industries,
3、the digital thermometer is a case in which the reaction speed, simple operation, less demanding on the environment, it is widely used.Most of the traditional use of thermistor temperature measurement, but poor reliability of thermistors to measure temperature, low accuracy, and must go through a spe
4、cial interface circuit converts the analog signal to digital signal processing by the microcontroller. The subject of using SCM as the main chip, the use of DS18B20 to achieve temperature, with the LCD liquid crystal display to achieve the temperature display.Temperature measurement range is 0 119 ,
5、 accuracy of 0.1 . You can manually set the alarm value upper and lower temperature, when the temperature exceeds the set alarm when the alarm calls, and display temperature, the thermometer for peoples daily lives and industrial and agricultural production areas.Keywords: Digital Thermometer; DS18B
6、20; AT89C51; LCD1602目 录第一章 绪 论11.1 前言11.2 课题的目的及意义11.3 该论文研究的内容1第二章 设计方案22.1 方案1：使用电阻元件22.2 方案2：使用温度传感器22.3 方案2的总体设计框图22.3.1 温度传感器22.3.2 1602LCD显示模块6第三章 硬件电路设计103.1 电路原理图103.2 LCD1602显示器与单片机的接口电路103.2.1 查看温度报警值113.2.2 报警状态显示113.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路113.3.1 检测DS18B20状态123.4 按键与单片机的接口电路123.4.1 设定温度报
7、警值13第四章 软件设计144.1 读出温度子程序154.2 温度转换子程序154.3 计算温度子程序164.4 显示数据刷新子程序164.5 电路仿真174.6 结果分析20总 结21参考文献22附 件2338基于AT89C51的数字温度计设计与仿真 绪论第一章 绪 论1.1 前言 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，它给人们带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求也越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研等
8、各个领域，已经成为一种非常成熟的技术。1.2 课题的目的及意义数字温度计与传统温度计相比，具有结构简单、可靠性高、成本低、测量范围广、体积小、功耗低、显示直观等特点。该设计使用AT89C51，DS18B20以及通用液晶显示屏1602LCD等。通过本次设计能够更加了解数字温度计工作原理和熟悉单片机的发展与应用，巩固所学的知识，为以后工作与学习打下坚实的基础。数字温度计主要运用在工业生产和实验研究中，如电力、化工、机械制造、粮食存储等领域。温度是表征其对象和过程状态的重要参数之一。比如：发电厂锅炉温度必须控制在一定的范围之内，许多化学反应必须在适当的温度下才能进行。没有合适的温度环境，许多电子设备
9、就不能正常工作。因此，温度的测量和控制是非常重要的。1.3 该论文研究的内容通过对目前各种温度传感器的分析与研究，对温度传感器做出合理选择，并根据实际需要选择合适的主芯片和显示器，达到优化整体结构，提高温度检测精度，同时使系统具有测温范围广、体积小、功耗低、精度高、显示直观等优点，并保证系统结构简洁。本课题的研究重点将放在元器件介绍、硬件电路和程序设计这三个方面。通过研究，将设计出一款简洁实用、精确稳定、使用直观的便携式数字温度计。基于AT89C51的数字温度计设计与仿真 设计方案第二章 设计方案2.1 方案1：使用电阻元件由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应将被测
10、温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较复杂，成本高。2.2 方案2：使用数字温度传感器在单片机电路设计中，大多使用数字温度传感器3，本课题中使用一只温度传感器DS18B20，此传感器可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。方案二电路比较实用，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.3 方案2的总体设计框图温度计电路设计总体方框图如图2.1所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用LCD液晶显示屏以串口传送数据实现温度显示8。图
11、2.1 总体设计框图2.3.1 温度传感器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，是一线式数字式温度计芯片，体积更小、适用电压更宽、更经济。它具有结构简单，不需外接元件等特点。与传统的热敏电阻测温元件相比，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获得912位的数字值，使系统设计更灵活、方便。1. DS18B20的性能特点如下6l 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；l 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；l 无须外部器件；l 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V；l 零待机功耗；l 温度用9或12
12、位数字；l 用户可定义报警设置；l 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；l 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. DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2.2所示。图2.2 DS18B20外形图引脚定义： (1) DQ为数字信号输入/输出端； (2) GND为电源地； (3) VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。其内部结构框图如图2.3所示：图2.3 DS18B20内部结构64位ROM的
13、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11，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEROM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图2.4所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字
14、节各位的定义如图2.4所示。低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC 图2.4 DS18B20字节定义DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。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0.0625LSB形式表示5。当符号位S0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2.1是一部分温度值对应的二进制温度数据。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TTH或TTL，则将该器件内的报警
