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1、郑州交通职业学院 课程设计报告论文题目： 基于单片机的数字温度计设计所属系别 信息工程系 专业班级 10大专电子信息工程1班 姓名 学号 指导教师 撰写日期 2011年12月20日 摘 要随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测与显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，需要外加信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这次设计的是基于DS18B20的数字温度计，它具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。在本设计中选用AT89C52型单片机作为主控
2、制器件，采用DS18B20数字温度传感器作为测温元件，通过4位共阳极LED数码显示管并行传送数据，实现温度显示。本设计的内容主要分为两部分，一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，应用汇编语言实现温度的采集与显示。通过DS18B20直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处理，之后进行输出显示，最终完成了数字温度计的总体设计。其系统构成简单，信号采集效果好，数据处理速度快，便于实际检测使用。关键词：单片机AT89C52；温度传感器DS18B20；LED数码管；三极管1.系统硬件整体设计方案由于本设计实现的是测温电路，首先我们可以使用热敏电阻之类的器件，利用
3、其感温效应，将其随被测温度变化的电压或电流值采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，通过显示电路就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，感温电路比较麻烦。因此，我们可以采用技术成熟、操作简单、精确度高的温度传感器，在此，可以选用数字温度传感器DS18B20，根据它的特点和测温原理，很容易就能直接读取被测温度值并进行转换，这样就可以满足设计要求。通过此方案，控制器采用单片机AT89C52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口并行输出方式传送数据实现温度显示。1.1单片机的选择AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司
4、生产的MCS一5l系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS51的CMOS产品。不仅结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS48单片机的体系结构和指令系统。图1 单片机小系统电路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；(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
5、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)看门狗（WDT）及双数据指针；(9)片内振荡器和时钟电路；1.2 温度传感器介绍DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。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。 8引脚封装 TO92封装图2 温度传感器引脚功能说明：NC ：空引脚，悬空不使用；VDD：可选电源脚，电源电压范围35.5V，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 ：
6、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。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。 根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出602
7、40微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。1.3 温度传感器与单片机的连接温度传感器的单总线(1-Wire)与单片机的P20连接，P20是单片机的高位地址线A8。P2端口是一个带内部上拉电阻的8位双向IO，其输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对该端口写“1”，可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用，这是因为内部存在上拉电阻，某一引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时。如执行MOVX DPTR指令，则表示P2端口送出高8位的地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，可执行MOVX RI指令，P
8、2端口内容即为特殊功能寄存器(SFR)区中R2寄存器内容，整个访问期间不改变。在Flash编程和程序校验时，P2端口也接收高位地址和其他控制信号。图3 DS18B20内部结构图 1.4 复位信号及外部复位电路单片机的P1.6端口是MAX813看门狗电路中喂狗信号的输入端，若程序出现异常，单片机引脚RST将出现两个机器周期以上的高电平，使其复位。该复位信号高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期即两个机器周期以上。若使用频率为12 MHz的晶体振荡器，则复位信号持续时间应超过2s才完成复位操作。图4 单片机复位电路1.5 电源电路由于该系统需要稳定的5 V电源，因此设计时必须采用能满足电压
9、、电流和稳定性要求的电源。该电源采用三端集成稳压器LM7805。它仅有输入端、输出端及公共端3个引脚，其内部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作为稳压电源。图5 电源电路连接图1.6 显示电路采用技术成熟的74HCl64实现串并转换。LED显示分为静态显示和动态显示。这里采用静态显示，系统通过单片机的串行口来实现静态显示。串行口为方式零状态，即工作在移位寄存器方式，波特率为振荡频率的1/12。当器件执行任何一条将SBUF作为目的寄存器的命令时，数据便开始从RXD端发送。在写信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端SEND有效，即允许RXD发送数
10、据，同时允许从TXD端输出移位脉冲。图7为显示电路的连接图。图6 显示电路的连接图2 软件设计DSl8820的主要数据元件有：64位激光Lasered ROM，温度灵敏元件和非易失性温度告警触发器TH和TL。DSBl820可以从单总线获取电源，当信号线为高电平时，将能量贮存在内部电容器中；当单信号线为低电平时，将该电源断开，直到信号线变为高电平重新接上寄生(电容)电源为止。此外，还可外接5 V电源，给DSl8820供电。DSl8820的供电方式灵活，利用外接电源还可增加系统的稳定性和可靠性。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放
11、高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。 开始DS18B20的初始化启动温度转换读取温度寄存器跳过读序列号的操作跳过读序列号的操作DS18B20的初始化RETLOW-低八位 HIGH-高八位图7 读取数据的流程图读出温度数据后，LOW的低四位为温度的小数部分，可以精确到0.0625，LOW的高四位和HIGH的低四位为温度的整数部分，HIGH的高四位全部为1表示负数，全为0表示正数。所以先将数据提取出来，分为三个部分：小数部分、整数部分和符号部分。小数部分进行四舍五入处理：大于0.5的话，向个位进1；小于0.5的时候，舍去不要。当数据是个负数的时候，显示之前要进行数据转换，将其整数部分取反加
12、一。还因为DS18B20最低温度只能为-55，所以可以将整数部分的最高位换成一个“-”，表示为负数。开始提取整数部分存入HT提取小数部分存入LTLT右移三位,将精度降低到0.5摄氏度HT+将小数部分整数化提取符号部分存入signLT是否大于5Sign=?0XF0RET负数表示flag=1 HT=HT+1YNNY图8 温度数据处理流程图3数据测试将温度传感器与冰水混合物接触，经过充分搅拌达到热平衡后调节系统，使显示读数为0.00(标定0)；利用气压计读出当时当地的大气压强，并根据大气压强和当地重力加速度计算出当时的实际压强；根据沸点与压强的关系查出沸点温度。把温度传感器放入沸水中，待显示读数稳定
13、后重新调节，使显示器显示读数等于当地当时沸点温度后工作结束。该温度计的量程为-50150，读数精度为0.1，实际使用一般在0100。采用050和50100的精密水银温度计作检验标准，对设计的温度计进行测试，其结果表明能达到该精度要求。4 总结与体会本设计介绍了基于DS18B20的数字温度计的工作原理及实现过程，阅读大量有关数字温度计原理及设计的相关资料，设计了系统所需的电路原理图及实现采集与显示功能的软件程序，完成了基于DS18B20的数字温度计的设计。设计中采用最常用的单片机AT89C52作为主控模块，单总线数字温度传感器DS18B20用来测量温度，温度数据采用数码管LED显示。本设计的特点
14、是构成系统的硬件器件少，操作简单，数据处理功能强。通过这次毕业设计使我学习到了很多的东西，不仅加深了对专业知识的理解，而且更好地把理论知识与实践相结合，提高了自身的动手能力和实践水平，增强了学习单片机系统开发与设计的兴趣，相信本次毕业设计的经历一定会在我今后的学习生活中产生巨大的推动作用。参考文献1 于永.51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲M.北京：电子工业出版社，20082戴永成等.基于DS18B20的数字温度测量仪J.北华航天工业学院学报，20083廖常初.现场总线概述J.电工技术，19994张越等.基于DS18B20温度传感器的数字温度计J.微电子学，20075李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19986黄河.基于DS18B20的单总线数字温度计J.湘潭师范学院学报，20087李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，19948 王建强等.基于DSP控制器与DS18B20的温度测量方法J. 仪器仪表与检测技术，2009附录1 系统原理图
