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1、河南理工大学万方科技学院本科课程设计报告摘要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于89S51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中
2、的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。在学习了单片机的的基本原理的基础上进行设计的，综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并仿真实现，从而加深对单片机软硬件知识的理解，获得初步的应用经验；进一步熟悉和掌握单片机的内部结构和工作原理，了解单片机应用系统的基本方法和步骤。本设计的目标是单片机和温度传感器及其相关实现温度的测量和数字显示，测量精度小于0.5C，可以设置温度的上下限，超出测温范围可以有蜂鸣器报警。本设计
3、是一款简单实用的小型数字温度计，本次数字温度计的设计共分为六部分，主控制器，LED显示部分，传感器部分，复位部分，时钟电路，报警电路。主控制器即单片机部分，用于存储程序和控制电路；LED显示部分是指四位共阴极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器，用来采集温度，进行温度转换；复位部分，即复位电路。测量的总过程是，传感器采集到外部环境的温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示。本设计能完成的温度测量范围是+35C+40.5C。超出此范围报警部分就会发出警告。本设计设计理念是应用于小鸡的孵化，在小鸡孵化室内，最适孵化温度为+35C+40C，在超出此范围时，就
4、会发出报警，并及时提醒工作人员将室温调整致适合温度。关键词： 单片机 DS18B20 温度传感器 数字温度计 AT89S52目录1 概述31.1 课程设计的目的和意义31.2 设计的任务和要求32 系统总体方案及硬件设置42.1数字温度计设计方案论证42.1.1方案一42.1.2 方案二42.2系统总体设计42.3系统模块52.3.1 主控制器52.3.2 显示电路62.3.3温度传感器72.3.4报警温度调整按键83软件设计103.1系统总体方案设计103.2程序设计103.2.1 主程序103.2.3二进制转换BCD码命令子程序113.2.4 计算温度子程序123.2.5温度数据显示子程序
5、124 实验仿真135 课程设计体会17参考文献17附1 源程序代码18附2 系统原理图301 概述1.1 课程设计的目的和意义本次课程设计是在我们学过单片机后的一次实习，可增加我们的动手能力。特别是对单片机的系统设计有很大帮助。本课程设计由两个人共同完成，在锻炼了自己的同时也增强了自己的团队意识和团队合作精神。通过课程设计使我进一步熟悉了单片机的内部结构和工作原理，掌握了单片机应用系统设计的基本方法和步骤；通过利用MCS-51单片机，理解单片机在自动化装置中的作用以及掌握单片机的编程调试方法；通过设计一个简单的实际应用输入控制及显示系统，掌握protues和keil以及各种仿真软件的使用1.
6、2 设计的任务和要求 1、基本范围-50-110 2、精度误差小于0.5 3、LED数码直读显示 4、可以任意设定温度的上下限报警功能 5、默认报警范围35-40.52 系统总体方案及硬件设置2.1数字温度计设计方案论证 2.1.1方案一 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，在将随被测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，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，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。 2.1.2 方案二
7、 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.2系统总体设计 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。AT89S51LED显示DS18B20温 度 传 感
8、 器单片机复位蜂鸣器，指示灯示灯报警温度调整键时钟振荡图2.21总体设计方框图图2.22系统仿真图2.3系统模块 系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。 2.3.1 主控制器 单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。图2.3.11晶振电路图2.3.12复位电路 2.3.2 显示电路 显示电路采用4位共阴极LED数码管，P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2口的低四位作为数码管的位选端。采用动态
9、扫描的方式显示。图2.3.2 数码管显示电路 2.3.3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，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： 1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能 3、无须外部器件； 4、可通过数据线供电，电压范围为3.05.5； 5、零待机功耗； 6、温度以或位数字； 7、用户可定义报警设置； 8、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
10、）的器件； 9、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； DS18B02可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图4 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。 当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 图2.3.3 温度传感器与单片机的连接 2.3
11、.4报警温度调整按键 本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。图2.3.4 按键电路 3软件设计3.1系统总体方案设计 本次课程设计采用的是protues软件仿真，用Keil软件进行编译。Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 软件部分由主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。 开始 初始化 调显示子程序
12、得出温度总子程序 返回 图3-1 主程序流程3.2程序设计 3.2.1 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的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3-1所示。 3.2.2 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图3-2所示发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？CRC校验正？确？移入温度暂存器结束NNYY 图3-2 读出温度子程序流程 3.2.3二进制转换BCD码命令子
13、程序 二进制转换BCD码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750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。二进制转换BCD码命令子程序流程图，如图3-3发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束 图3-3二进制转换BCD码流程图 3.2.4 计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3-4所示。开始温度零下?NY温度值取补码置“-”标志置“+”标志计算小数位温度BCD值 计算整数位温度BCD值 结束图3-4 测量温度流程图 3.2.5温度数据显示子程序 显示数据子程序主要是
14、对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，查表送段码至LED，开位码显示，采用动态扫描方式。数码管显示4 实验仿真 进入protuse后，连接好电路，并将程序下载进去。将DS18B20的改为0.1，数码管显示温度与传感器的温度相同。 图41 温度显示仿真 当按下SET键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按ADD或DEC分别对报警温度进行加一或减一。 当再次按下SET键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设置的温度报警下线，按ADD或DEC分别对报警温度进行加一或减一。图42 温度调试仿真当第三次按下SET键时，退出温度报警线设置。显示当前温度。实验结果实物图：电路板背
