畢業(yè)設(shè)計（論文）基于AT89C2051單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計

1、河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)校畢業(yè)設(shè)計姓 名： 學(xué) 號：系 部： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù) 設(shè)計題目： 數(shù)字溫度計 指導(dǎo)教師： 2011 年 5 月 摘 要 溫度測量在物理實驗、醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域，尤其在熱學(xué)試驗中，有特別重要的意義。隨著人們生活水平的不斷提高,，人們對溫度計的要求越來越高，傳統(tǒng)的溫度計功能單一、精度低，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展數(shù)字溫度計（digital thermometer）簡稱d溫度是許多監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)。tm，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的溫度值轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、

2、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。采用單片機控制的數(shù)字溫度計，由于精度高、可擴展性強、集成方便、抗干擾能力強，得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計以單片機和溫度傳感器為核心，設(shè)計數(shù)字溫度計。實現(xiàn)對溫度的采集、監(jiān)視和報警。在溫度采集的實現(xiàn)中，使用了at89c2051單片機和溫度傳感器ds18b20，溫度監(jiān)視部分利用動態(tài)驅(qū)動技術(shù)，以單片機驅(qū)動4位led數(shù)碼管。溫度測量范圍-55+125，通過按鍵設(shè)置上下限報警溫度，并用4位共陽極led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達到設(shè)計要求。正文還介紹了集成溫度傳感器ds18b20的原理，at89c2051單片機功能和應(yīng)用，給出了硬件系統(tǒng)的各部分電路及相關(guān)程序。關(guān)

3、鍵詞：單片機at89c2051; 溫度傳感器ds18b20; 溫度; 測量 abstracttemperature measurement in physics experiments, medical and health, food production and other fields, especially in the thermal test, has a special significance. with the continuous improvement of living standard, people have become increasingly demandin

4、g on the thermometer, the thermometer features a traditional single, low precision work for the modern, scientific research, life and provide better and more convenient facilities to need scm technology start, all toward the digital control, intelligent control direction digital thermometer (digital

5、 thermometer) referred to as d temperature monitoring system is one of many important parameters. tm, it is the use of digital measuring technology to convert the continuous temperature is not continuous, discrete digital form and displayed in the instrument. controlled by single chip digital thermo

6、meter, due to high precision, scalability, easy integration, anti-interference ability, has been widely used. the design of a microcontroller and temperature sensors as the core, design digital thermometer. to achieve the collection of temperature, monitoring, and alarm. in the temperature acquisiti

7、on implementation, using the at89c2051 microcontroller and temperature sensor ds18b20, temperature monitoring part of the dynamic drive technology, a microcontroller-driven four led digital tube. temperature measurement range -55 +125 , through the upper and lower alarm temperature setting button, a

8、nd with four common anode led digital serial transmission of data to achieve temperature display, it can meet the design requirements. text also introduces the principles of integrated temperature sensor ds18b20, at89c2051 microcontroller features and applications, given the various parts of the cir

9、cuit hardware and related procedures. key words: microcontroller at89c2051; temperature sensor ds18b20; temperature; measurement 目 錄一、 引言 1 二、系統(tǒng)設(shè)計方案 22.1 系統(tǒng)設(shè)計要求 22.2 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理 2三、硬件電路設(shè)計 33.1 器件選擇 33.1.1 at89c2051簡介 33.1.2 ds18b20簡介 43.2 系統(tǒng)硬件電路 83.2.1 主板電路 83.2.2 顯示電路 10四、系統(tǒng)軟件設(shè)計 124.1主程序 124.2 讀出溫

10、度子程序. 134.3 計算溫度子程序 135、 總結(jié) 14致 謝. 15 參考文獻 16 附錄源程序 17iv 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 一、 引言 溫度是許多監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)。溫度測量在物理實驗、醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域，尤其在熱學(xué)試驗中，有特別重要的意義。隨著人們生活水平的不斷提高,，人們對溫度計的要求越來越高，傳統(tǒng)的溫度計功能單一、精度低，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。數(shù)字溫度計（digital thermometer）簡稱dtm，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的溫度值轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并

11、加以顯示的儀表。采用單片機控制的數(shù)字溫度計，由于精度高、可擴展性強、集成方便、抗干擾能力強，得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用單片機at89c2051，測溫傳感器使用ds18b20，因其內(nèi)部集成了a/d轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器ds18b20只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。由于ds18b20芯片的小型化，更加可以通過單跳

12、數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器ds18b20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。本設(shè)計用4位共陽極led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達到設(shè)計要求。二、系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求本設(shè)計中計算機利用單片機對溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)定時采樣，并在數(shù)碼管上顯示，led數(shù)碼直讀顯示。2.2 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理數(shù)碼管顯示溫度ds18b20溫度采樣單片機圖1 溫度測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其工作過程為：單片機定時采集溫度傳感器所感應(yīng)到的被測對象的表面溫度，并將采集到溫度數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上.三、 硬件電路設(shè)計3.1 器件選擇系統(tǒng)硬件主要包括: 單片機at89c2051，

13、傳感器ds18b20、共陽數(shù)碼管等。其中單片機主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功能,傳感器完成信號的采樣功能,led完成溫度值的顯示功能。3.1.1 at89c2051簡介單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c2051是一種高效微控制器。at89c2051單片機主要特性有(1)與mcs-51 兼容；(2)4k字節(jié)可編程閃爍存儲器；(3)壽命有1000寫/擦循環(huán)；（4）數(shù)據(jù)保留時間可達10年；（5）全靜態(tài)工作：0hz-24hz；（6）三級程序存

14、儲器鎖定；（7）128*8位內(nèi)部ram；（8）32可編程i/o線；（9）兩個16位定時器/計數(shù)器；（10）5個中斷源 ；（11）可編程串行通道（12）；低功耗的閑置和掉電模式；（13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。at89c2051引腳圖如下： 圖2 at89c2051引腳圖at89c2051管腳說明如下：vcc：供電電壓gnd：接地 p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口， p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，

15、并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89c2051的一些特殊功能口：p3.0 rxd：串行輸入口；p3.1 txd：串行輸出口：p3.2 /int0外部中斷0；p3.3 /int1：外部中斷1；p3.4 t0：記時器0外部輸入；p3.5 t1：記時器1外部輸入；p3.7 /rd：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通，同時，p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。3.

16、1.2 ds18b20簡介ds18b20是美國dallas半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。ds18b20具有獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；可通過數(shù)據(jù)線供電；溫度以9或12位數(shù)字；用戶可定義報警設(shè)置；電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作等性能特點。c64 位rom和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器th低溫觸發(fā)器tl配置寄存器8位crc發(fā)生器vddi/o 圖 3

17、 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的eeram。高速暫存ram的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖4所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)th和tl的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖4所示。低5位一直為，tm是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式，ds18b20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶要去改動，r1和r0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨

18、率。溫度 lsb溫度 msbth用戶字節(jié)1tl用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留crc圖4 ds18b20字節(jié)定義由表1可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存ram的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的crc碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)

19、格式以0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號位s0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)符號位s1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表2是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。 圖5 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時間表ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與ram中的th、t字節(jié)內(nèi)容作比較。若th或ttl，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只ds18b20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（crc）。主機rom的前56位來計算crc值，并和存入ds18b20

20、的crc值作比較，以判斷主機收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。ds18b20的測溫原理是這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器、溫度寄存器中，計數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 減法計數(shù)器對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計

21、數(shù)器的預(yù)置值減到時，溫度寄存器的值將加，減法計數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.5000

22、0 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h 圖6 部分溫度值對表另外，由于ds18b20單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。3.2系統(tǒng)硬件電路3.2.1

23、主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，單片機主板電路等 。+該試驗板采用ds18b20溫度傳感器作為溫度接收器件，將采樣的溫度以二進制代碼的形式傳送給單片機at89c2051，單片機將接收到的二進制信息經(jīng)過運算在以十進制的形式在數(shù)碼管上顯示其溫度值，以便于直觀讀取。其圖如下 圖7 電路圖其 pcb圖如下 圖8 pcb圖 圖9 實物圖3.2.2 顯示電路顯示電路是使用的動態(tài)掃描方式顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用口資源比較少，兩個數(shù)碼管只用一個p1口就可以實現(xiàn)。圖10溫度顯示電路四、系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，

24、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等4.1主程序主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理ds18b20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見所示。開始 對溫度進行采樣 單片機對采樣值進行分析將溫度在數(shù)碼管上顯示圖 11 主程序流程圖4.2 讀出溫度子程序ds18b20 中 的溫度傳感器對 外界溫度進行讀取，傳給單片機。4.3 計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)am中讀取值進行bcd碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖所示發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束圖10計算溫度流程圖五、 總結(jié)此次畢業(yè)設(shè)計是我大學(xué)

25、生活重要的一步。從最初的選題，開題到寫論文直到完成論文。其間，查找資料，與同學(xué)交流，反復(fù)修改論文，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次實踐，鍛煉了設(shè)計實踐能力，、此次畢業(yè)設(shè)計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。 這次畢業(yè)設(shè)計收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的制作能力。 終于完成了我的單片機課程設(shè)計，雖然沒有完全達到設(shè)計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計放了很多心血進去，高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。由于時間有限，完

26、成的不是很好。這次實踐是對自己大學(xué)三年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識還很不全面。馬上要畢業(yè)了，自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作實踐中不斷學(xué)習(xí)，努力使自己 成為一個對社會有所貢獻的人。單片機課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收

27、獲。 致 謝漫長的設(shè)計接近了尾聲，從開始的迷茫到現(xiàn)在的任務(wù)的完成。走過彎路，想過放棄，最后還是堅持下來了。開始的工作舉步唯艱，只能是漫長的調(diào)研和上網(wǎng)查詢，收獲甚微，只好無數(shù)次的猜想和論證，走了很多彎路，感受到了什么叫萬事開頭難。雖然設(shè)計任務(wù)完成了，但還有很多需要改進的方面，我的努力只能說是此新課題的一個開始，希望在以后的設(shè)計中能被更多的同學(xué)去進行大膽和新思路的創(chuàng)新，逐步完善這個課題，吸收和借鑒國外和國內(nèi)先進和時尚的理念，設(shè)計開發(fā)我們自己特色的產(chǎn)品。本文是在我的老師的悉心指導(dǎo)下以及同學(xué)的細心幫助下完成的,在論文的準(zhǔn)備及撰寫過程中,老師提出了 許多建議，同學(xué)提出了許多寶貴的意見。無論在學(xué)習(xí)上還是在

28、日常生活中,都給予了我很大的幫助,令我受益匪淺。這次設(shè)計還是有好多不足，例如在設(shè)計電路時沒有考慮報警裝置，數(shù)碼管顯示只用了兩個，能力欠缺，考慮不全，以后更要努力！ 參考文獻1 lu l, shen y f, chen x h, qian l h, lu k. ultrahigh strenth and high electrical conductivity in copper j. science, 2004, 304 (56): 422-426.2 張?zhí)┤A，楊業(yè)敏，趙亞濤，白以龍mems材料力學(xué)性能的測試技術(shù)j力學(xué)進展，2002，32（4）：545-562.3 徐濱士納米表面工程m北京：化

29、學(xué)工業(yè)出版社，2003.4 李東，陳懷寧，林泉洪高能噴丸表面納米化技術(shù)提高接頭疲勞強度的可行性研究c第十次全國焊接會議論文集(第2冊)北京：2001234-237.5 王德華h-離子在強電場和磁場作用下光剝離截面的振蕩特性研究d濟南：山東師范大學(xué)，2003.6王明亮關(guān)于中國學(xué)術(shù)期刊標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工程的進展z. 7李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，19988李廣弟.單片機基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199649閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京：高等教育出版社，199910廖常初.現(xiàn)場總線概述j.電工技術(shù)，1999.11 丁元杰.單片微機原理及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，200812 謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試.華中科技大學(xué)出版社，2006附錄源程序 #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit dq=p35; bit init_1820(); voi