數(shù)字溫度計課程設計報告

1、一數(shù)字溫度計的總體方案設計根據(jù)系統(tǒng)設計的功能，本時鐘溫度系統(tǒng)的設計必須采用單片機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，用單片機的自動控制能力來測量、顯示溫度數(shù)值。初步確定設計系統(tǒng)由單片機主控模塊、測溫模塊、顯示模塊共3個模塊組成，電路系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。 圖1.1 系統(tǒng)基本方框圖對于單片機的選擇，如果用8051系列，由于它沒有內部RAM，系統(tǒng)又需要一定的內存存儲數(shù)據(jù)。AT89S52是一個低功耗、高性能CMOS 8位的單片機，片內含8k Bytes ISP的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，功能強大的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比

2、的解決方案。而AT89S52與AT89C51相比，外型管腳完全相同，AT89C51的HEX程序無須任何轉換可直接在AT89S52運行，且AT89S52比AT89C51新增了一些功能，相比較后，在本設計中選用AT89S52更能很好的實現(xiàn)溫度計控制功能。 測溫電路可以使用熱敏電阻之類的器件，利用其感溫效應，將被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)處理。但是這種感溫電路比較復雜，且采用熱敏電阻精度低，重復性、可靠性都比較差。如果采用溫度傳感器DS18B20可以減少外部硬件電路，而且可以很容易直接讀取被測溫度值，進而轉換，且成本低、易使用，可以很好的滿足設計要求。所

3、以本文采用傳感器DS18B20代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測溫電路。溫度的顯示可以采用LED數(shù)碼管來顯示，LED亮度高、醒目，但是電路復雜，占用資源多且信息量小。而采用液晶顯示器有明顯的優(yōu)點：工作電流比LED小幾個數(shù)量級，功耗低；尺寸小，厚度約為LED的1/3；字跡清晰、美觀、使人舒服；壽命長，使用方便，可得性強。故本設計采用LCD來顯示溫度。二、系統(tǒng)器件的具體選擇 2.1單片機的選擇本次設計采用的是單片機AT89C52。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的

4、高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。 圖2.1 PDIP封裝的AT89C52 引腳圖AT89C52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。R

5、ST/Vpd（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能。2.2 溫度傳感器的選擇2.2.1 DS18B2

6、0的簡單介紹DS18B20溫度傳感器是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的性能特點如下： 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； 無須外部器件； 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5； 零待機功耗； 溫度以或位數(shù)字； 負電壓特性，電極接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。2.2.2 DS18B20的外形和內部結構DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度

7、報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖 2.3 所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 圖2.2 外部封裝形式 圖2.3 DS18B20的電路DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖2-4所示。I/OC64 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Vdd圖2-4 DS18B20內部結構64位ROM的結構開始8位是產(chǎn)品類型的

8、編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。DS18B20溫度傳感器的內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的結構為9字節(jié)的存儲器。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，每次上電復位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被

9、設置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。2.2.3 DS18B20的測溫原理DS18B20的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，溫度轉換時的最大延時為750ms。 DS18B20測溫原理如圖2.5所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系

10、數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。圖2.5 DS18B20測溫原理2.2.4 DS18B2的外部電路圖根據(jù)設計要求，傳感器的硬件電路圖如圖2.6所示。圖2.6 DS18B20外部電路圖三程序流程圖3.1 DS18B20溫度計主程序流程圖 圖3.2 讀出溫度子程序流程圖 圖3.3計算溫度子程序 圖3.4顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖4 Proteus仿真調試結果及分析溫度計電路設計原理圖如圖4.1所示,控制器使用單片機AT89C205

11、2,溫度計傳感器使用DS18B20,用液晶實現(xiàn)溫度顯示。本溫度計大體分三個工作過程。首先，由DS18820溫度傳感器芯片測量當前的溫度，并將結果送入單片機。然后，通過89C2052單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉換，井將此結果送入液晶顯示模塊。最后，SMC1602A芯片將送來的值顯示于顯示屏上。由圖4.1可看到，本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片、SMCl602A液晶顯示模塊芯片和89C2052單片機芯片組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機相連，它獨立地完成溫度測量以及將溫度測量結果送到單片機的工作。 圖3.1 溫度計電路設計仿真圖5 硬件調試結果及分

12、析 5.1軟件調試根據(jù)流程圖編寫程序軟件。本次設計系統(tǒng)的調試以程序的調試為主。程序的調試我們采用eil C51Keil C51 軟件是眾多單片機應用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編,PLM 語言和 C 語言的程序設計，界面友好，易學易用。5.2系統(tǒng)調試軟硬件分別調試完成以后，將程序下載入單片機中，電路板接上電源，按刷新按鈕LCD顯示當前溫度。用手去碰觸溫度傳感器，按刷新按鈕，溫度顯示值出現(xiàn)變化，顯示當前手的溫度值。完成了我們預期的要求。6 設計感受與見解 本次綜合實訓是針對MCS-51系列的單片機芯片STC89C52來設計一個數(shù)字溫度計，該設計充分利用了溫度傳感器DS1

13、8B20功能強大的優(yōu)點，如DS18B20可以直接讀出被測溫度值，進行轉換；而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點，大大簡化了硬件電路，也使得該數(shù)字溫度計不僅具有結構簡單、成本低廉、精確度較高、反應速度較快、數(shù)字化顯示和不易損壞等特點，而且性能穩(wěn)定，適用范圍廣，因此特別適用于對測溫要求比較準確的場所。 在這次設計中，熟悉了制作一個產(chǎn)品的總體流程，能熟練使用一些必要的設計工具和仿真工具等。通過選認元件，連線，調試檢測等過程，鍛煉自己的理論聯(lián)系實際的能力和實際操作能力，從而綜合性地鞏固所學的知識，為將來的工作做一次實戰(zhàn)演習。經(jīng)過將近2周的綜合實訓，終于完成了我的數(shù)

14、字溫度計的設計，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底里說，還是高興的，從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次實訓中的最大收獲。七附件一：元器件清單STC89C51 1個溫度傳感器DS18B20 1個插針 1排LCD1602 1個40腳插座 1個12MHZ晶振 1個電容 30PF 2個 22UF 1個電阻 10K 2個 4.7K 1個附件二：源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigne

15、d intsbit DQ=P37;/ds18b20與單片機連接口sbit RS=P30;sbit RW=P31;sbit EN=P32;unsigned char code str1=temperature: ;unsigned char code str2= ;uchar data disdata5;uint tvalue;/溫度值uchar tflag;/溫度正負標志/*lcd1602程序*/void delay1ms(unsigned int ms)/延時1毫秒（不夠精確的）unsigned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j0;i-) DQ = 0;

16、/給脈沖信號 dat=1; DQ = 1; /給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata=1; read_temp()/*讀取溫度值并轉換*/uchar a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ds1820wr(0x44);/*啟動溫度轉換*

17、/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ ds1820wr(0xbe);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue0x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴大10倍，精確到1位小數(shù)return(tvalue);/*/ void ds1820disp()/溫度值顯示 uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0

18、x30;/百位數(shù) disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位數(shù) disdata2=tvalue%100/10+0x30;/個位數(shù) disdata3=tvalue%10+0x30;/小數(shù)位 if(tflag=0) flagdat=0x20;/正溫度不顯示符號 else flagdat=0x2d;/負溫度顯示負號:- if(disdata0=0x30) disdata0=0x20;/如果百位為0，不顯示 if(disdata1=0x30) disdata1=0x20;/如果百位為0，十位為0也不顯示 wr_com(0xc0); wr_dat(flagdat);/顯示符號位 wr_c