課程設(shè)計實驗報告溫度計的設(shè)計

1、課程設(shè)計報告課題名稱： 基于 DS18B20 的溫度計的設(shè)計姓名：常艷昭學(xué)號： 1128401073班級： 11 級通信工程時間：2014 年 6 月 10 日1摘要本實驗介紹了一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，就是用單片機 AT89C51 實現(xiàn)溫度測量和報警，采用 DS18B20 溫度傳感器來作為溫度監(jiān)測元件，測溫范圍是 -30 度 120 度，使用 LCD 顯示模塊，能通過按鍵調(diào)整報警的上下限溫度。該電路設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，功能強大。關(guān)鍵詞：單片機，溫度計， AT89C51，DS18B20，LCD 顯示AbstractThe design of the Digital Thermomet

2、er ， using AT89C51 MCD as the core to control the temperature measurement and alarm，uses DS18B20 temperature sensor for temperature monitoring device， which can measure temperatures from -30 to 120 degrees. This study uses LCD to show the current temperature. It can adjust the upper and lower temper

3、ature of the alarm by the three buttons. This circuit design has simple structure, high reliability and powerful functions.Key words: MCD, Thermometer, AT89C51, DS18B20, LCD2目錄1.設(shè)計目標(biāo) ···················

4、83;·····························41.1 設(shè)計要求···················

5、····································41.2 設(shè)計背景············

6、83;··········································42.設(shè)計方案2.1 設(shè)計思路·····

7、·················································42.2 設(shè)

8、計框圖·················································

9、83;····42.3 所需器材············································

10、··········53.硬件設(shè)計·······································

11、;·················53.1 主控制器 AT89C51 ······························

12、;················53.2 溫度傳感器 DS18B20·······························

13、;··············53.3 各部分電路說明··································

14、;·············7晶振電路····································

15、··············7復(fù)位電路···································&

16、#183;··············8蜂鳴器和指示燈電路·································

17、83;······8溫度采集電路及按鍵控制電路························ 8顯示電路················&

18、#183;·····························84.電路測試及分析··················

19、83;······························94.1 實物圖··················&

20、#183;·····································94.2 實測結(jié)果··········

21、3;············································9溫度顯示及報警····&#

22、183;·······································9掉電保存·········

23、83;········································105.總結(jié)········

24、83;·················································

25、83;·11附錄一、 proteus仿真電路圖······································· 11附錄二、總程序····

26、3;··············································1131. 設(shè)計目標(biāo)1.1 設(shè)計要求1、使用

27、 DS18B20溫度傳感器設(shè)計溫度測量電路，溫度范圍設(shè)置為 -30 度到 150 度。2、能進行溫度顯示3、溫度報警設(shè)定，掉電后數(shù)據(jù)保存。4、溫度超限報警功能。1.2 設(shè)計背景在一些傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)電路中，廣泛采用的是通過熱電偶、熱電阻或 PN 結(jié)測溫電路經(jīng)過相應(yīng)的信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成 AD 轉(zhuǎn)換器能接收的模擬量，再經(jīng)過采樣保持電路進行 AD 轉(zhuǎn)換，最終送入單片機及其相應(yīng)的外圍電路，完成監(jiān)控。但是由于傳統(tǒng)的信號調(diào)理電路實現(xiàn)復(fù)雜、易受干擾、不易控制且精度不高。本實驗介紹單片機結(jié)合 DS18B20進行溫度控制系統(tǒng)設(shè)計，因此，本系統(tǒng)用一種新型的可編程溫度傳感（ DS18B20），不需復(fù)雜的信號調(diào)理電路和

28、 A D 轉(zhuǎn)換電路能直接與單片機完成數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場合。2. 設(shè)計方案2.1 設(shè)計思路在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值， 進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。顯示模塊采用的是液晶顯示屏。2.2 溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1 所示42.3 所需器材AT89C51 芯片一個， DS18B20 溫度傳感器一個， LCD 液晶屏一個， 22pF 電容 2 個， 12M 晶振 1 個， 10uF 電容 1 個，觸碰式按鍵 4 個， 220 歐電阻 3 個

29、， 1K 歐電阻一個， 4.7K 歐電阻一個， 10K 歐電阻一個， 10K 歐滑動變阻器一個， 1K 歐排阻一個，三極管一個，蜂鳴器一個， LED 燈 2 個。3.硬件設(shè)計3.1 主控制器 AT89C5140 個引腳， 4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ ram）， 32 個外部雙向輸入 / 輸出（ I/O ）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電

30、模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。單片機 AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。單片機 AT89S51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。3.2溫度傳感器 DS18B20DS18B20溫度傳感器是美國 DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度

31、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)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。TO92 封裝的 DS18B20的引腳排列見下圖。DS18B20 的特點如下：? 1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0 5.5V ，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電。? 2、獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙5向通訊。? 3、 DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。? 4、 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

32、如一只三極管的集成電路內(nèi)。? 5、溫范圍 55 +125，在 -10 +85時精度為± 0.5 。?6、可編程 的分辨率為 912 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5 、 0.25 、 0.125 和 0.0625 ，可實現(xiàn)高精度測溫。? 7、在 9 位分辨率時最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。? 8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 " 一 線總線 " 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。?9、負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正

33、常工作。? 10、內(nèi)部含有 E2PROM,其報警上、下限溫度值和設(shè)定的分辨率倍數(shù)在芯片掉電的情況下不丟失。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM的結(jié)構(gòu)為字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。頭個字節(jié)包含測得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第個字節(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 3 所示。低位一直為，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

34、被設(shè)置為，用戶要去改動， R1和 0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。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.TM R1 R011111.DS18B20 的初始化1.時序圖62.寫時序圖3.讀時序圖3.3 各部分電路說明晶振電路7每個單片機系統(tǒng)里都有晶振， 全程是叫晶體震蕩器。如右圖電路所示， C1、C2 為瓷片電容，其大小均為 22PF；X1 即為晶振，其大小為11.0592MHz，電路中的 XTAL1 與 XTAL2 分別與 AT89S51 的第 19 腳和第 18 腳相連。在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單

35、片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。復(fù)位電路單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 如上圖所示電路可實現(xiàn)上電復(fù)位與手動復(fù)位。圖中的 SW 為微動按鈕， C3 為電解電容，其大小為 10uF/16V,所用的電阻 R 為 10K 。手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。當(dāng)人為按下按鈕時， 則 Vcc 的+5V 電平就會直接加到 RST 端。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒， 所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。蜂鳴器和指示燈電路當(dāng)溫度

36、在安全范圍內(nèi)時， D2燈保持點亮； 當(dāng)超出安全溫度時， D1 燈點亮，同時，蜂鳴器報警。溫度采集電路及按鍵控制電路電路中采用 R2 為 4.7K 的上拉電阻， 作用是在電路驅(qū)動器關(guān)閉時給線路（節(jié)點）以一個固定的電平。三個按鍵是用來調(diào)整溫度報警的上下限值。顯示電路本實驗中是采用的LCD 液晶顯示模塊。84.電路測試及分析4.1 實物圖實物圖如下所示，左邊是正面圖，右邊是反面圖。4.2 實測結(jié)果溫度顯示及報警左圖中顯示的溫度下限是 26 度，當(dāng)實際溫度下降到溫度下限以下時， D1 等點亮，蜂鳴器報警；右圖顯示的是溫度上限 80 度，實際溫度高于下限溫度， D2 燈點亮，且蜂鳴器不響。9掉電保存下面

37、左圖顯示的是掉電前溫度上限設(shè)置為 69 度，右圖是掉電后重啟時，溫度上限仍為 69 度，實現(xiàn)了掉電后保存溫度上下限。105.總結(jié)經(jīng)過我們小組成員的共同努力，終于完成了這次關(guān)于溫度計的設(shè)計實驗。雖然還有一點點不足，但總算是完成了任務(wù)，總體來說是達到了目標(biāo)。通過這次實驗，讓我加深了對單片機的認(rèn)識，同時也了解了 DS18B20 溫度傳感器的一些工作原理，以及如何寫入掉電保存。當(dāng)然，在實驗過程中也碰到很多困難，其中程序上的就是關(guān)于掉電保存的問題， DS18B20 內(nèi)部含有 E2PROM，芯片本身可以實現(xiàn)掉電保存，但是必須事先用程序?qū)戇M去，這一步花了我們好多時間查找資料，最終是完成了。還有就是電路焊接的

38、時候遇到點小麻煩，有的地方焊得不牢固，導(dǎo)致電路板測試時不穩(wěn)定。這次實驗讓我收獲頗多，學(xué)到了不少知識，也增加了我對單片機的興趣。附錄一、仿真電路圖附錄二、程序代碼#include <reg51.h>#include <intrins.h>#include <stdio.h>#define INT8U unsigned char11#define INT16U unsigned intsbit SET = P37;/定義調(diào)整鍵sbit DEC = P36;/定義減少鍵sbit ADD = P35;/定義增加鍵sbit DQ = P34;INT16U warn_h

39、1=0x20;INT16U warn_l1=0x14;INT8U Temp_Disp_Buff17;INT8U set_st=0;void Xianshi();void KEY_Scan();void copyRAMtoEE();void huidiaotoRAM();extern INT8U Temp_Value;extern INT8U Init_DS18B20();extern void LCD_Initialise();extern void LCD_ShowString(INT8U r, INT8U c,INT8U *str); extern void delay_ms(INT16U

40、);extern voidDelayX(INT16U x);extern INT8U Read_Temperature();externvoid WriteOneByte(INT8U dat);/-/ 主函數(shù)/-sbit beep=P23;sbit led0=P10;sbit led1=P11;sbit led2=P12;sbit led3=P13;void warn(INT16U s,INT8U led)INT8U i;i=s;beep=1;P1=led;while(i-)delay_ms(1);void copyRAMtoEE() /把 RAM中的 TH,TL,CONFIGURE REGI

41、STER數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM中Init_DS18B20();WriteOneByte(0xcc);12WriteOneByte(0x48); /RAM中數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROMDelayX(100);/當(dāng)數(shù)據(jù)完全復(fù)制到EEPROM中時總線會輸出1void writetoRAM(INT8U CR) /CR-Configure registerInit_DS18B20();WriteOneByte(0xcc); /跳過寫 ROMWriteOneByte(0x4e); /向 RAM中寫數(shù)據(jù)WriteOneByte(warn_h1);WriteOneByte(warn_l1);WriteOneBy

42、te(CR);Init_DS18B20();void huidiaotoRAM() Init_DS18B20();WriteOneByte(0xcc); /跳過寫 ROMWriteOneByte(0xb8);void KEY_Scan()writetoRAM(0x7f);if(DEC=0|ADD=0|SET=0)delay_ms(10);if(SET=0) while(SET=0); set_st+;if(set_st=3) set_st=0;else if (1)if(DEC=0)&&(set_st=1)delay_ms(10);if(DEC=0)&&(set

43、_st=1) while(DEC=0)&&(set_st=1); LCD_Initialise();warn_h1-;sprintf(Temp_Disp_Buff,"TEM:%dxDFx43",warn_h1); LCD_ShowString(0,0,Temp_Disp_Buff) ; delay_ms(150);13elseif(DEC=0)&&(set_st=2)delay_ms(10);if(DEC=0)&&(set_st=2) while(DEC=0)&&(set_st=2); LCD_Initiali

44、se();warn_l1-;sprintf(Temp_Disp_Buff,"TEM:%dxDFx43",warn_l1); LCD_ShowString(0,0,Temp_Disp_Buff) ; delay_ms(150);elseif(ADD=0)&&(set_st=1)delay_ms(10);if(ADD=0)&&(set_st=1) while(ADD=0)&&(set_st=1); LCD_Initialise();warn_h1+;sprintf(Temp_Disp_Buff,"TEM:%dxDFx43",warn_h1); LCD_ShowString(0,0,Temp_Dis