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1、-课程设计报告书课程名称：单片机课程设计题 目：数字温度计系 别：电子工程系专业班级：电信1103班组 员：春良 吉晴 贺凌伟 田野学 号：春良：7 吉晴：4 贺凌伟：2 田 野：3指导教师：小武. z.-容摘要：目前，单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用，它除了可以测量电信以外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。单片机是一种特殊的计算机,它是在一块半导体的芯片上集成了CPU,存储器，RAM，ROM，及输入与输出接口电路，这种芯片称为:单片机。由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，特别是它具有体积小，重量轻，能耗低，价格廉价
2、，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便的优点，使它迅速的得到了推广应用，目前已成为测量控制系统中的优选机种和新电子产品中的关键部件。单片机已不仅仅局限于小系统的概念，现已广泛应用于家用电器，机电产品，办公自动化用品，机器人，儿童玩具，航天器等领域。本次课程设计，就是用单片机实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，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转换成数字信号才能由单片机进展处理。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。本文介绍了一个基于STC89C52单片机和数字温度传感器DS18B20的测温系统，并用LED数码
3、管显示温度值，易于读数。系统电路简单、操作简便，能任意设定报警温度并可查询最近的10个温度值，系统具有可靠性高、本钱低、功耗小等优点。关键词：单片机 数字温度传感器 数字温度计 目录容摘要.21.概述.41.1设计目的1.2设计原理1.3设计难点设计任务与要求.4设计方案与选材.42. DS18B20温度传感器.53. Proteus 仿真设计.144. 电路原理图.165. PCB工程布线，布局.176. 实物图.187. 软件程序设计.218. 调试性能及分析.269. 课程设计心得.2610.参考文献.28 附录.281概述1.1设计目的随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追
4、求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否认的，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数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向开展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比拟准确的场所，或科研实验室使用，可广泛用于食品库、冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。1.2设计原理本系统是一个基于单片机AT89S52的数字温度计的设计，用来测量环境温度，测量围为-50110度。整个设计系统
5、分为4局部：单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。整个设计是以AT89S52为核心，通过数字温度传感器DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进展数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进展相应的转换后，使之能够方便地在数码管上输出。LED采用四位一体共阴的数码管。1.3设计难点此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警，其外围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。设计任务与要求此次课程设计，就是用单片实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可
6、靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进展处理。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。 9V供电； 温度采集采用DS18B20； 4位LED显示； 设计温度控制器原理图，并用proteus进展仿真； 用altium designer 画出PCB 并制好印刷电路板； 设计和绘制软件流程图，用C语言进展程序编写；焊接硬件电路，进展调试。设计方案与选材提及到温度的检测，我们首先会考虑传统的测温元件有热电偶和热电阻，而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比拟多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试也复杂
7、，制作本钱高。因此，本数字温度计设计采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温围为-55C至+125C，最大分辨率可达0.0625C。DS18B20可以直接读出被测量的温度值，而采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低本钱和易使用的特点。按照系统设计功能的要求，确定系统由三个模块组成：主控制器STC89C51，温度传感器DS18B20，驱动显示电路。总体电路框图如下：DS18B20温度传感器本设计的测温系统采用芯片DS18B20，DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它的体积更小，适用电压更宽，更经济。实现方法简介DS18B20采用外接电源方式工作，一线
8、测温一线与STC89C51连接，测出的数据放在存放器中，将数据经过BCD码转换后送到LED显示。DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器，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。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展通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压围为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
9、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部构造主要由四局部组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图2-3-1所示。64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。 C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置存放器8位CRC发生器Vdd图3.3 DS18B20的部构造图3.4 DS18B20的引脚分布图64位ROM的构造开场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
10、是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进展通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的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EERAM。高速暂存RAM的构造为字节的存储器，构造如图2-3-2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，为配置存放器，它的容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时存放器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如下列图所示。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
11、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0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。图3.5 DS18B20的字节定义DS18B20高速暂存器共9个存存单元，如表所示：表3-1 DS18B20的引脚分布图序号 存放器名称 作 用 序号 存放器名称 0 温度低字节 以16位补码形式存放 4、5 保存字节1、21 温度高字节 6 计数器余值 2 TH/用户字节1存放温度上限 7 计数器/3 HL/用户字节2存放温度下限 8 CRC 以12位转化为例说明温度上下字节存放形式及计算：12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个上下两个8位的RAM中，二进制中的前面5位
12、是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625才能得到实际温度。 高8位 S S S S S 262524低8位 232221202-12-22-32-4 表3-2 DS18B20的字节存放表由下列图可以看到，Dsl8820的部存储器是由8个单元组成，其中第0、1个存放测量温度值，第2、3分别存放报警温度的上下限值，第4单元为配置单元，5、6、7单元在DSl8820这里没有被用到。对于第4个存放器，用户可以设置温度转换精度，系统默认12bit转换精度，相当于十进制的00625，其
13、转换时间大约为750磷。具体见表2-4-1。图3.6 部存储器构造图表3-3 温度精度配置R1R0转换精度16进制转换精度十进制转换时间009bit0.593.75ms0110bit0.25187.5ms1011bit0.125375ms1112bit0.0625750ms由表3-3可见，DS18B20温度转换的时间比拟长，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字节保存未用，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，开场启动转换。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
