单片机课程设计_数字温度计

2011级课程设计说

数字温度计

院 、 部：

学生姓名： 指导教师： 职称 专 业： 班 级： 完成时间：

摘 要

温度作为一个常用的物理量在我们的气场生活中起着十分重要的作用，所以对温度计的设计也十分必要。在此介绍一种智能数字温度计，这种温度计有许多优点，并且它的应用范围非常广泛。它的主要元件是：控制器—AT89C2051、温度传感器—DS18B20、数码管—LED，所以这种温度计不仅设计起来简单并且轻便、便宜，总体来说这种温度计的性价比是很高的。它的主要原理是利用DS18B20可以很好的转换温度值，并且直接显示温度值，它的性能优于传统的感温元件并且省去了A\D、和模拟开关的设计。此外AT89C2051体积小并且还可以直接驱动LED，这样大大化简了设计的难度并且降低了成本。温度计在实际生产和人们的生活中都有广泛应用，为此我选择了设计一个数字温度计。本设计以STC89C52单片机

为核心，DS18B20数字式温度传感器为温度传感器，单片机控制DS18B20进行温度采集，在接收到DS18B20传回数据后进行处理，通过74HC573锁存器及数码管显示实时温度的动态显示。由于采用的是可编程器件作为控制核心，与传统的温度计相比该温度计具有示数直观，精度可调，功能易扩展等优点。

关键词 智能 ； 数字； 温度计； 温度

Abstract

The temperature took a commonly used physical quantity is playing the extremely vital role in ours gas field life, therefore extremely is also essential to the thermometer design.In this introduced one kind of intelligent numeral thermometer, this kind of thermometer has many merits, and its application scope is extremely widespread.Its key element is: Controller - AT89C2051, temperature sensor - DS18B20, nixietube - LED ,not only therefore this kind of thermometer designs simple and is facile, is cheap, generally speaking this kind of thermometer performance-to-price ratio is very high.Its main principle is uses DS18B20 to be possible the very good transformation temperature value, and demonstrates the temperature value directly, and its performance surpassed traditional the bulb to omit A \ D, and the analog switch design.And in addition at89C2051 volume small also may direct drive LED, and simplified the design difficulty to reduce the cost like this greatly.

Key word Intelligence； Numeral； Thermometer ； Temperature

目 录

1 设计任务、功能要求及总体方案..................................... 1

1.1 设计任务 ................................................... 1 1.2 功能要求 ................................................... 1 2 数字温度计设计方案论证........................................... 2

2.1 方案一 ..................................................... 2 2.2 方案二 ..................................................... 2 2.3 方案二的总体设计框图 ....................................... 2 2.4流程图....................................................... 3 2.5开关流程图................................................... 4 3 主要元器件....................................................... 5

3.1 51单片机.................................................... 6 3.2温度传感器DS18B20 ........................................... 6 4 仿真绘制的仿真原理图............................................ 11

4.1 仿真图 .................................................... 11 4.2 DS18B20接线图............................................ 11 5 数字温度计实物.................................................. 12

5.1 采用51单片机 和温度传感器结合所做的数字温度计实物图附录。 . 12 5.2温度传感器接线实物图见附录.................................. 12 总结与体会......................................................... 13 参考文献........................................................... 14 致 谢............................................................. 16

绪 论

单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。而现在的单片机在农业上页有了很多的应用。

温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，有直观准确。

1 功能要求及总体方案

1.1 设计任务

做一个数字温度计

1.2 功能要求

1) 数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提“P.”

进入准备工作状态。 2) 测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位。 3) 可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态

2 数字温度计设计方案论证

2.1 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，感温电路比较麻烦。

2.2 方案二

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，就可以满足设计要求。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

2.3 方案二的总体设计框图

温度计电路设计总体设计方框图如图1.1所示，控制器采用单片机AT89S52，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：

图1 原理框图

图2

2.4流程图

图3

2.5开关流程图

图4 开关流程

3主要元器件

表1 元器件表

3.1 51单片机

51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。

3.2 温度传感器DS18B20

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9-12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行通信；

●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，电压范围为3.0~5.5Ｖ； ●零待机功耗；

●温度以9或12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采用3脚PR－35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2.2所示：

图5 DS18B20内部结构

64位ROM的结构开始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，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EERAM。高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图

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。该字节各位的定义如图2.3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。

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TMR1R011111

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图6 DS18B20字节定义

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DS18B20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。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信

协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。

DS18B20的复位时序

图7 DS18B20复位时序

DS18B20的读时序

对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。

对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。

图8 DS18B20读时序

DS18B20的写时序

对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。

对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。

图9 DS18B20写时序

4 仿真绘制的仿真原理图

4.1 仿真图

图10 仿真图

4.2 DS18B20接线图

图11 DS18B20接线图

5数字温度计实物

5.1 采用51单片机 和温度传感器结合所做的数字温度计实物图

5.2温度传感器接线实物图见附录

总结与体会

经过将近几周的毕业设计，终于完成了我的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把仿真成功做了出来，高兴之余不得不深思呀！

在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机毕业设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，。此外，本次毕业设计也使我对单片机技术有了更进一步的了解，实际操作和课本上的知识有很大的联系，又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手做出来就比较困难了，因为是设计让我们在以后的学习中要注意这点，要把课本上所学的知识跟实际联系起来。有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握，同时本次电路的设计巩固了所学知识，也使我们把理论与实际从真正的意义上结合起来了，增强了学习的兴趣，考验了我们借助图书馆、互联网搜索、查阅相关资料，以及综合能力。

从这次的毕业设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次毕业设计中的最大收获，为以后从事电子电路设计、研制电子产品方面的工作奠定了一定的基础。

参考文献

[1] 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，1998

Li chaoqing, Single-chip Microcomputer Principle and Interface

Technology.hangzhou: Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press,1998

[2] 李广弟.单片机基础［Ｍ］.北京：北京航空航天大学出版社，1994 Li guang di. Single-chip based on［Ｍ］.Bijing: Beijing University

of Aeronautics and Astronautics Press,1994

[3] 阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，1989 Yan shi. Digital Electronics. Beijing: Higher Education Press.1989 [4] 廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，1999.

Liao changchu. Fieldbus Overview［J］. Electrotechnical,1999 [5] 孙家广，杨长青.计算机图形学［Ｍ］.北京：清华大学出版社，1995.26~28

Sun Jiaguang, Yang Changqing. Computer graphics［Ｍ］.Beijing: Tsinghua University Press,1995.26~28(in Chinese)

[6] 李旭东，宗光华，毕树生，等.生物工程微操作机器人视觉系统的研究［Ｊ］.北京航空

航天大学学报，2002，28(3)：249～252

Li Xudong, Zong Guanghua, Bi Shusheng, et al. Research on global vision system for bioengineering-oriented micromanipulation robot system［Ｊ］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2002,28(3):249～252(in Chinese)

[7] 李光飞,单片机C程序设计指导[M],北京:北京航空航天大学出版社，2003年01月版 [8] 高彦波,李岩,毕晓燕,. PC与单片机之间的远距离并行通讯卡[J]. 电站设备自动 化,2001,(3).

[9] 李艳红,. 单片机I/O口不宜用作直接驱动出口[J]. 电站设备自动化,2003,(2). [10] 彭同明,杨少华,. “单片机原理及应用”课程改革的分析[J]. 武汉电力职业技术学 院 学报,2004,(1).

[11] One microprocessor of 8 (CPU).

[12] At slice data memory RAM (128B/256B),it use not depositting not can reading /data that write, such as result not middle of operation, final result and data wanted to show, etc.

[13] Procedure memory ROM/EPROM (4KB/8KB ), is used to preserve the

procedure , some nitial data and form in slice. But does not take ROM/EPROM within some one-chip computers, such as 8031 , 8032, 80C ,etc..

[14] Four 8 run side by side I/O interface P0 four P3, each mouth can use as introduction , may use as exporting too.

[15] Two timer / counter, each timer / counter may set up and count in the way,

used to count to the external incident, can set up into a timing way too, and can according to count or result of timing realize the control of the computer.

致 谢

在课程设计设计完成之际，我要特别感谢我的指导老师肖冬瑞老师的热情关怀和悉心指导。在我毕业设计制作过程中，肖冬瑞老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在课题的选题、构思和资料的收集方面，还是在课题的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了肖冬瑞老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。

写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。 感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。

最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！并祝湖工蒸蒸日上。

附录1 程序清单

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int

typedef unsigned char uint8; typedef unsigned int uint16; typedef unsigned long uint32;

/***********变量定义*************/ uint32 t;

uint8 keyflag=0;

uint8 code SegCode[]=

{0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99, 0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; //012346789

/***********引脚端口定义*************/ sbit DQ=P2^7; sbit key1=P1^1;

/***********延时子函数************/ void delay(uint16 i) { while(i--); }

/*************************温度传感器***************************/

/***********18b20的初始化（复位）*************/ void init_18b20() {

DQ=1; //初始化DQ线 delay(8);

DQ=0; //将DQ拉低，开始初始化时序（下降沿） delay(80); //DQ拉低，保持480~960微秒 DQ=1;

delay(14); //DQ拉高，保持60微秒 }

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mw41.html