基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)控制設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)控制設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)控制設(shè)計(jì) 學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣 09-2 班 指導(dǎo)教師： 李紅月 組員姓名: 2012 年 7 月 3 日 目錄 一一、設(shè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求計(jì)任務(wù)及要求.3 2、總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案.3 三三、系統(tǒng)、系統(tǒng)主要元器件選擇主要元器件選擇 4 4 （一）、 單片機(jī)的選擇.4 1、AT89S52 主要特性.4 2、AT89S52 各引腳功能.4 （二）、溫度傳感器的選擇.5 1、 DS18B20 的主要性能特點(diǎn):.5 2、 DS18B20 的引腳及封裝圖.6 四四、硬件設(shè)計(jì)電路、硬件設(shè)計(jì)電路

2、6 6 （一）、主板電路.6 （二）、溫度檢測(cè)電路.8 （三）、液晶顯示電路.12 （四）、報(bào)警電路.13 五五、 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 1313 （一）、 概述. .13 （二）、主程序模塊. .14 （三）、各模塊流程設(shè)計(jì). .14 1、按鍵子程序流程. .15 2、溫度顯示子程序流程. .15 3、讀溫度子程序流程圖. .16 4、報(bào)警子程序流程圖. .17 六六、設(shè)計(jì)心得體會(huì)設(shè)計(jì)心得體會(huì) 1717 參考文獻(xiàn) 18 1、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 （1）設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng) （2）設(shè)計(jì)要求： 1）測(cè)溫精度 0.1。C 2）測(cè)量范圍 32。C 45。C 3）選擇合適的溫度傳感

3、器 4）LCD 顯示 5）超溫報(bào)警（37.2。C） （3）發(fā)揮部分：自由發(fā)揮 2、總體設(shè)計(jì)方案 一、方案 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處 理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。它的測(cè)量范圍廣，并且測(cè)量 精度可調(diào)，便于我們對(duì)系統(tǒng)溫度的檢測(cè)。DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總 線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 和微控制器 AT89S52 構(gòu)成的溫度測(cè)量 裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 就比較簡(jiǎn)單,體積也不大。 我們的系統(tǒng)采用 AT89S52 芯片控制溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢

4、測(cè) 并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。 同時(shí)我們采用按鍵輸入，便于我們隊(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。我們提供了一個(gè)穩(wěn)定的 電源電路，使整個(gè)系統(tǒng)在工作時(shí)更加安全穩(wěn)定。 二總的設(shè)計(jì)框圖 單 片 機(jī) 按鍵輸入 時(shí)鐘復(fù)位 電路 晶振電路 電源電路 LCD顯示 電路 測(cè)溫電路 報(bào)警電路 圖圖 1.1 數(shù)字溫度計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖數(shù)字溫度計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖 三、系統(tǒng)主要元器件選擇 （1）.單片機(jī)的選擇 對(duì)于單片機(jī)的選擇，我們的可選擇性非常廣，可以選擇傳統(tǒng)的8031或 者8051，但是由于這類單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且沒(méi)有集成各類芯片，實(shí)現(xiàn)多種功 能。通過(guò)一系列的篩選最終我們決定使用AT89S52，它

5、的主要特性和個(gè)功能引 腳如下如下： P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 Speaker P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 XTAL2 XTAL1 GND VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 AT89S52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

6、11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 圖 1.2 AT89S52單片機(jī)引腳圖 1 1、主要特性 與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2、 各引腳功能 VCC：供電電壓 GND：接地 P0口：P0口為一個(gè)8

7、位漏極開(kāi)路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門 電流。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能 接收輸出4TTL門電流。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收， 輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部 上拉電阻拉高，且作為輸入 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè) TTL門電流。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口。同時(shí) P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期 的高電平時(shí)間。 ALE / P

8、ROG ：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于 鎖存地址的地位字節(jié)。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，訪問(wèn)外部ROM；注意加密方式1時(shí)， EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi) 部ROM。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 （2）溫度傳感器的選擇 溫度傳感器我們選擇的是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的DS18B20： 1、 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下：的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口方式，僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器的連接 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，可實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫

9、 DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集 成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 測(cè)溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5 零待機(jī)功耗 可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、 0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最 多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 用戶可定義報(bào)警設(shè)置 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳

10、送給CPU，同 時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正 常工作 2、DS18B20的引腳及封裝的引腳及封裝 圖 1.3 外部封裝形式 圖1.4 傳感器電路圖 。 四、 硬件電路設(shè)計(jì) （一）主板電路（一）主板電路 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖 1-5 所示,控制器使用單片機(jī) AT89S52,溫度計(jì)傳 感器使用 DS18B20,用 LCD1602 實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先，由 DS18820 溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng) 前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過(guò) AT89S52 單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的測(cè) 量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)

11、算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。同時(shí)，單片機(jī)會(huì) 對(duì)溫度傳感器轉(zhuǎn)換的溫度與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，若超過(guò)該值，則進(jìn)入報(bào)警 子程序。由圖 4-6 可看到，本電路主要由 DSl8820 溫度傳感器芯片，AT89S52 單片機(jī)芯片組成。其中，DSI8B20 溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機(jī)相 連，它獨(dú)立地完成溫度測(cè)量以及將溫度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 Speaker P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5

12、P3.6 P3.7 XTAL2 XTAL1 GND VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 AT89S52 GND VCC VL RS RW E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 LED+ LED- LCD1602 key0 key1 key2 key3 +5V 按鍵 DS18B20 VCC DQ GND 4.7K Vin Vout GND 晶振 K 復(fù)位電路 LM7805CT D1 D3 D2D

13、4 220v 1000UF 10000PF C1 C2 C3 C4 10UF 10000PF R1 1K 30PF 30PF 12MHZ 12V 圖 1-5 總連接圖 （二）溫度檢測(cè)電路（二）溫度檢測(cè)電路 （1）DS18B20 與單片機(jī)的連接如下圖所示 VCC DQ GND 2 3 1 DS18B20 VCC P2.4 圖 1-6 DS18B20 與單片機(jī)連接圖 （2） 圖為 DS1820 的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 位激 光 ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式 RAM），用于存儲(chǔ) 用戶設(shè)定的溫度上下限值的 TH 和 TL 觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8 位

14、循環(huán)冗余校 驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。 DS18B20采用腳PR35 封裝或腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如 圖 4.4所示 圖1-7 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 （3） 溫度報(bào)警觸發(fā)器和，可通過(guò)軟件寫入戶報(bào)警上下限。 主機(jī)操作ROM的命令有五種，如表所列 指 令說(shuō) 明 讀ROM（33H） 讀DS1820的序列號(hào) 匹配ROM（55H） 繼讀完64位序列號(hào)的一個(gè)命令，用 于多個(gè)DS1820時(shí)定位 跳過(guò)ROM（CCH） 此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作將針對(duì) 在線的所有DS1820 搜ROM（F0H） 識(shí)別總線上各器件的編碼，為操作 各器件作好準(zhǔn)備 報(bào)警搜索（ECH） 僅溫度越限的器件對(duì)此命令作出響

15、應(yīng) DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存和一個(gè) 非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM 的結(jié)構(gòu)為字節(jié)的存儲(chǔ)器， 結(jié)構(gòu)如圖 1-8所示。 圖1-8 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖 和的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第個(gè)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(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。 溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8 位 CRC LSB MSB 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫 度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1，2 字節(jié)。

16、單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在 后，數(shù)據(jù)格式以 0.062 5 /LSB 形式表示。溫度值格式如下： 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位 為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 0.0625 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實(shí)際溫 度。圖中，S 表示位。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫 度植為正值，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度 植為

17、負(fù)值，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。例如+125的數(shù)字輸 出為 07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為 0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為 FF6FH，-55的數(shù)字輸出為 FC90H。 DS18B20 溫度傳感器主要用于對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)可用 16 位符號(hào)擴(kuò) 展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，并以 0.0625LSB 形式表示。表 2 是部 分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。 表 2 部分溫度值 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 RAM 中的 TH、TL 字節(jié)內(nèi)容作比較，若 TTH 或 T 閥閥值值 Y N 設(shè)設(shè)定定閥閥值值 結(jié)結(jié)束束 圖 1-12 主程序流程圖 （

18、3）各模塊流程圖設(shè)計(jì) 1.按鍵子程序流程 按鍵子程序的主要功能是通過(guò)對(duì)按鍵的輸入信號(hào)來(lái)調(diào)用延時(shí)子程序，同時(shí)還 可以通過(guò)對(duì)按鍵的控制來(lái)消除抖動(dòng)。其流程圖如圖 1-12： 圖 1-12 按鍵子程序流程圖 2、溫度顯示子程序流程 溫度顯示子程序主要是對(duì)單片機(jī)內(nèi)的溫度信號(hào)送到 LCD1602 進(jìn)行顯示，以 便我們可以更直觀的了解當(dāng)前檢測(cè)到的溫度，其流程圖如圖 1-13： 開(kāi)開(kāi)始始 向向緩緩沖沖區(qū)區(qū)寫寫入入數(shù)數(shù)據(jù)據(jù) 設(shè)設(shè)定定工工作作方方式式和和顯顯示示狀狀態(tài)態(tài) 讀讀取取顯顯示示緩緩沖沖區(qū)區(qū)的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù) 顯顯示示溫溫度度值值 返返回回 圖 11-3 溫度顯示子程序流程圖 3、讀溫度子程序流程圖 讀出溫度子

19、程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)。CR 為 Cyclical Redundancy Check （循環(huán)冗余檢驗(yàn)）的縮寫，是一種使用 廣泛、檢錯(cuò)能力很強(qiáng)的差錯(cuò)檢測(cè)方法。它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式計(jì)算，并將得到的 和數(shù)作為這個(gè)文件的一個(gè)實(shí)用的特征碼。校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)，不進(jìn)溫度數(shù)據(jù)的改寫9。 其程序流程圖如圖 1-14 所示。 圖 1-14 讀溫度子程序流程圖 4 4、報(bào)警子程序流程圖 報(bào)警模塊子程序主要功能是對(duì)，傳感器檢測(cè)出來(lái)的溫度與自身設(shè)置的溫度上 限進(jìn)行比較，若高于設(shè)定值，則報(bào)警。其流程圖如圖 1-15 所示： 開(kāi)開(kāi)始始 置置報(bào)報(bào)警警標(biāo)標(biāo)志志位位= =1 1 置置P

20、 P2 2. .3 3= =0 0，報(bào)報(bào)警警 延延時(shí)時(shí) 報(bào)報(bào)警警標(biāo)標(biāo)志志位位= =1 1？ 置置P P2 2. .3 3= =1 1 結(jié)結(jié)束束 N N Y Y 圖 1-15 報(bào)警子程序流程圖 6、設(shè)計(jì)心得體會(huì) 本設(shè)計(jì)利用 AT89S52 芯片控制溫度傳感器 DS18B20，再輔之以部分外圍電路 實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)控，性能穩(wěn)定，精度教高，而且擴(kuò)展性能很強(qiáng)大。由于 DS18B20 支持單總線協(xié)議，我們可以將多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根 線上，CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用較少的微處理器的 端口就可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)。DS18B20 的測(cè)量精度

21、設(shè)定為 0.065。由于 DS18B20 是基于帶隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字式溫度傳感器，PN 結(jié)增量電壓正比于 IC 絕對(duì) 溫度（PTAT），它的測(cè)溫精度較高,但存在著一定的誤差.不過(guò),其誤差在時(shí)間和 外部環(huán)境變化的條件下,保持相當(dāng)高的穩(wěn)定性。 經(jīng)過(guò)將近兩周的單片機(jī)課程設(shè) 計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)。 從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián) 系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序 只有在經(jīng)常的寫與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收 獲。 參考文獻(xiàn) 1黃友銳.單片機(jī)原理及應(yīng)用.合肥工業(yè)大學(xué)出版社.2006 2沈德金 陳粵初.單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?北京航天航空大學(xué)出 版社.1990. 3潘新民 王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).電子工業(yè)出版社2003 4李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué)出 版社，1998 5李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1994 6康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)(第5版).北京：高等教育出版社