基于51單片機與DS18B20的數(shù)字溫度計設(shè)計副本

1、四川師范大學(xué)課程設(shè)計報告基于單片機的DS18B20數(shù)字溫度計設(shè)計學(xué)生姓名院系名稱物理與電子工程學(xué)院專業(yè)名稱電子信息工程班 級學(xué) 號指導(dǎo)教師完成時間基于單片機的DS18B20數(shù)字溫度計設(shè)計學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 內(nèi)容摘要：隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能獨立工作的溫度檢測系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域。本文介紹了一個基于STC89C52單片機和數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測溫系統(tǒng)，并用LED數(shù)碼管顯示溫度值，易于讀數(shù)。系統(tǒng)電路簡單、操作簡便，能任意設(shè)定報警溫度并可查詢最近的10個溫度值，系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：單片機 數(shù)字溫度傳感器 溫度計目 錄

2、1 引言42 設(shè)計要求42.1 基本要求42.2 擴展功能43 總體方案設(shè)計43.1 方案論證43.1.1 方案一43.1.2 方案二53.2 總體設(shè)計框圖54 硬件設(shè)計54.1 單片機系統(tǒng)54.2 數(shù)字溫度傳感器模塊64.2.1 DS18B20性能64.2.2 DS18B20外形及引腳說明74.2.3 DS18B20接線原理圖74.2.4 DS18B20時序圖74.2.5 數(shù)據(jù)處理94.3 顯示電路104.4 聲光報警電路104.5 鍵盤輸入電路115 軟件設(shè)計115.1 主程序模塊115.2 讀溫度值模塊125.3 中斷模塊145.4 溫度查詢模塊155.5 溫度設(shè)定、報警模塊165.6

3、數(shù)碼管驅(qū)動模塊186 源程序197 總結(jié)26參考文獻：281 引言隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便是不可否定的，各種數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用也使人們的生活更加舒適。數(shù)字化控制、智能控制為現(xiàn)代人的工作、生活、科研等方面帶來方便。其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子。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、測溫精確、功能多樣話等優(yōu)點。其主要用于對測溫要求準(zhǔn)確度比較高的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計使用STC89C52單片機作控制器，數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度，單片機接受傳感器輸出，經(jīng)處理用LED數(shù)碼管實現(xiàn)溫度值顯示。2 設(shè)計要求2.1

4、基本要求實現(xiàn)實時溫度顯示，測溫范圍0500C，誤差50C以內(nèi)。2.2 擴展功能溫度報警，能任意設(shè)定溫度范圍實現(xiàn)聲光報警；每隔10分鐘記錄一次溫度數(shù)據(jù)，至少能查詢過去10個時刻的溫度情況。3 總體方案設(shè)計3.1 方案論證 方案一由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件，將隨被測溫度變化的電壓或電流采樣，進行A/D轉(zhuǎn)換后就可以用單片機進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)溫度顯示。這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，增大了電路的復(fù)雜性，而且要做到高精度也比較困難。 方案二考慮到在單片機屬于數(shù)字系統(tǒng)，容易想到數(shù)字溫度傳感器，可選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，此傳感器為單總線數(shù)字溫度傳感器，起體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5、簡單，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號給單片機處理，即可實現(xiàn)溫度顯示。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測溫范圍為-55+125攝氏度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，其測量范圍與精度都能符合設(shè)計要求。以上兩種方案相比較，第二種方案的電路、軟件設(shè)計更簡單，此方案設(shè)計的系統(tǒng)在功耗、測量精度、范圍等方面都能很好地達到要求，故本設(shè)計采用方案二。3.2 總體設(shè)計框圖本方案設(shè)計的系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、數(shù)字溫度傳感器、LED顯示模塊、按鍵控制模塊、溫度報警模塊組成，其總體架構(gòu)如下圖1。單片機報警電路顯示電路驅(qū)動電路測溫電路按鍵輸入電路時鐘、復(fù)位電路圖1 系統(tǒng)總體方框圖4 硬件設(shè)計4.1 單片機系統(tǒng)1

6、. 本設(shè)計采用STC89C52單片機作為控制器，完成所有功能的控制，包括：l DS18B20數(shù)字溫度傳感器的初始化和讀取溫度值l LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動與控制l 按鍵識別和響應(yīng)控制l 溫度設(shè)置和報警l 溫度值的存儲和讀取2. 單片機系統(tǒng)電路原理圖：圖2 單片機系統(tǒng)原理圖4.2 數(shù)字溫度傳感器模塊 DS18B20性能l 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通信l 簡單的多點分布應(yīng)用l 無需外部器件l 可通過數(shù)據(jù)線供電l 零待機功耗l 測溫范圍-55+125，以0.5遞增l 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0.0625l 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms，12

7、位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字l 應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計和任何熱感測系統(tǒng)l 負壓特性：電源極性接反時，傳感器不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 DS18B20外形及引腳說明圖3 DS18B20外形及引腳l GND：地l DQ：單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳l VD：可選的電源引腳 DS18B20接線原理圖單總線通常要求接一個約4.7K左右的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線空閑時，其狀態(tài)為高電平。圖4 DS18B20接線原理圖 DS18B20時序圖主機使用時間隙來讀寫DS18B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。1. 初始化時序如下圖：圖5 DS18B20初始化時序2. DS18B2

8、0讀寫時序：圖6 DS18B20讀寫時序 數(shù)據(jù)處理高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在 高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。圖7 字節(jié)分配下表為12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際 溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，實際溫度=07D

9、0H*0.0625=2000*0.0625=125。例如-55的數(shù)字輸出為FC90H，則應(yīng)先將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370H（符號位不變，也不作運算），實際溫度=370H*0.0625=880*0.0625=55?？梢娖渲械退奈粸樾?shù)位。圖8 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表4.3 顯示電路LED數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描方式，能簡化電路布線，節(jié)約單片機I/O端口。段碼和位碼由單片機P0送出，分別用74HC673N鎖存。圖9 數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路4.4 聲光報警電路當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度值時，實現(xiàn)聲光報警，蜂鳴器鳴叫、8個發(fā)光二極管點亮。蜂鳴器由單片機P23口控制，用三極管驅(qū)動，發(fā)光二極管接單片機P1口，由74

10、HC673N鎖存。圖10 聲光報警電路4.5 鍵盤輸入電路四個鍵分別連接單片機P34、P35、P36、P37構(gòu)成獨立式鍵盤，分別實現(xiàn)加、減、報警溫度設(shè)定功能鍵和溫度查詢功能鍵。圖11 鍵盤輸入電路5 軟件設(shè)計5.1 主程序模塊主程序需要調(diào)用3個子程序，分別為：l 實時溫度顯示子程序：驅(qū)動數(shù)碼管把實時溫度值送出在LED數(shù)碼管顯示l 查詢記錄溫度值子程序：查詢過去存儲的溫度值，最多可查詢10個值l 溫度設(shè)定、報警子程序：設(shè)定報警溫度值，當(dāng)溫度超過該值時產(chǎn)生報警，即驅(qū)動蜂鳴器鳴叫、8個發(fā)光二極管發(fā)光主程序流程圖：開始定時器初始化、啟動顯示實時溫度溫度設(shè)定、報警查詢記錄溫度值圖12 主程序流程圖5.2

11、 讀溫度值模塊讀溫度值模塊需要調(diào)用4個子程序，分別為：l DS18B20初始化子程序：讓單片機知道DS18B20在總線上且已準(zhǔn)備好操作l DS18B20寫字節(jié)子程序：對DS18B20發(fā)出命令l DS18B20讀字節(jié)子程序：讀取DS18B20存儲器的數(shù)據(jù)l 延時子程序：對DS18B20操作時的時序控制1. 讀溫度值模塊流程圖：入口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理讀取溫度值高低位跳過讀序列號DS18B20初始化延時啟動溫度轉(zhuǎn)換跳過讀序列號DS18B20初始化返回圖13 讀溫度值子程序流程圖 2. DS18B20初始化子程序流程圖：入口DQ為低電平？延時1560msDQ拉高電平延時>480msDQ復(fù)位0稍延時DQ

12、置高電平N返回Y圖14 DS18B20初始化子程序流程圖3. DS18B20寫字節(jié)和讀字節(jié)子程序流程圖： 圖15 DS18B20寫字節(jié)子程序流程圖圖16 DS18B20讀字節(jié)子程序流程圖5.3 中斷模塊中斷采用T0方式1，初始值定時為50ms。中斷模塊需調(diào)用兩個子程序：l 讀溫度值子程序：定時讀取溫度值，實時更新溫度值l 記錄溫度值子程序：定時記錄溫度值，供查詢使用把這兩個子程序放在中斷的原因是，不會因為調(diào)整報警溫度或查詢歷史溫度值而停止更新溫度值和記錄溫度值。中斷模塊流程圖：1秒？計數(shù)值加1定時器重置初值中斷入口讀溫度值Y中斷返回記錄溫度值 N圖17中斷模塊流程圖5.4 溫度查詢模塊溫度查詢

13、模塊需要接受按鍵輸入，進入查詢界面后，按加減鍵分別查詢上一個和下一個歷史溫度值，并驅(qū)動數(shù)碼管顯示需要查詢的溫度值。溫度查詢模塊流程圖如下：入口功能鍵按下？ N確認按下？延時消抖 YN顯示溫度值與位次 Y加鍵按下？N確認按下？延時消抖 Y查詢下一個值Y減鍵按下？ NN查詢上一個值確認按下？延時消抖 YY退出功能鍵按下？ NN返回 Y圖18 溫度查詢模塊流程圖5.5 溫度設(shè)定、報警模塊此模塊跟溫度查詢模塊類似，需要接受按鍵輸入，進入模塊界面后，按加減鍵分別上調(diào)和下調(diào)設(shè)定報警溫度值，當(dāng)實時溫度值超過設(shè)定值時驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，并點亮8位發(fā)光二極管，實現(xiàn)聲光報警。溫度設(shè)定、報警模塊流程圖如下：入口延時消抖

14、減鍵按下？確認按下？延時消抖加鍵按下？顯示設(shè)定溫度值確認按下？延時消抖功能鍵按下？N YN YN Y上調(diào)設(shè)定值Y NN Y下調(diào)設(shè)定值確認按下？Y N聲光報警溫度超出設(shè)定值？Y N取消報警判斷退出界面？N Y返回圖19 溫度設(shè)定、報警模塊流程圖5.6 數(shù)碼管驅(qū)動模塊本設(shè)計數(shù)碼管通過鎖存器接單片機P0口，采用動態(tài)掃描驅(qū)動7段LED數(shù)碼管進行顯示，需調(diào)用延時子程序以穩(wěn)定顯示。模塊流程圖如下：P0清零關(guān)位選送位碼開位選P0置高關(guān)段選入口開段選延時關(guān)段選送段碼返回圖20 數(shù)碼管驅(qū)動模塊流程圖6 源程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#d

15、efine uint unsigned int/*變量定義*/sbit DQ=P22;/ds18b20 端口sbit beep=P23;/蜂鳴器使能端sbit dula=P26;/數(shù)碼管段選使能sbit wela=P27;/數(shù)碼管位選使能sbit add=P35;/加鍵sbit sub=P34;/減鍵sbit alarm=P36;/設(shè)定報警功能鍵sbit record=P37;/查詢溫度記錄功能鍵uchar code tabled=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, /09的七段數(shù)碼管段碼0x40,0x63,0x39;/- c

16、 的段碼uchar code tablew=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/18個數(shù)碼管的位選碼uchar recordtable10;/存儲過去的十個溫度值uchar temperature;/溫度值uchar countsec,recordnum,count;/計數(shù)變量uint countmin;/計數(shù)變量uchar alanum=30;/報警溫度值,初始值為30攝氏度uchar z=65;/消抖延時函數(shù)入口參數(shù)/*函數(shù)聲明*/void delay1(uchar MS);/動態(tài)掃描延時子程序void delay(uchar i);/DS1

17、8B20工作延時子程序 void Init_DS18B20();/DS18B20初始化子程序void WriteOneChar(unsigned char dat);/向DS18B20寫一字節(jié)數(shù)據(jù)uchar ReadOneChar(void);/向DS18B20讀一字節(jié)數(shù)據(jù)void GetTemperature();/由DS18B20產(chǎn)生溫度值void Display(uchar wei,uchar duan);/數(shù)碼管驅(qū)動子程序void Alarm();/溫度報警void Showtemperature(uchar tt);/溫度顯示void Keeprecord();/記錄溫度值void

18、Showrecord();/顯示記錄的溫度值/*主函數(shù)*/void main()TMOD=0x01;/定時器初始化，定時器0方式1TH0=(65536-50000)/256;/50msTL0=(65536-50000)%256;EA=1;/開中斷ET0=1;TR0=1;/啟動定時器while(1)Showtemperature(temperature);/顯示實時溫度Alarm();/溫度設(shè)定、報警Showrecord();/查詢溫度記錄值/*動態(tài)掃描延時函數(shù)*/void delay1(uchar MS)int i,j;for(i=80;i>0;i-)for(j=MS;j>0;j-

19、);/*DS18B20工作延時函數(shù)*/void delay(uchar i) while(i-);/*DS18B20初始化函數(shù)*/void Init_DS18B20(void)unsigned char x=0;DQ = 1; /DQ復(fù)位delay(8); /稍做延時DQ = 0; /單片機將DQ拉低delay(80); /精確延時 大于 480usDQ = 1; /拉高總線delay(10);x=DQ; /稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗delay(5);while(!x)x=DQ;/*讀一個字節(jié)*/uchar ReadOneChar(void)unsigned cha

20、r i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat>>=1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay(5); return(dat);/*寫一個字節(jié)*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay(5); DQ = 1; dat>>=1; delay(5);/*產(chǎn)生溫度值*/

21、void GetTemperature()uchar tempL,tempH;/分別為數(shù)據(jù)低位和高位uint temp;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳過讀序列號的操作WriteOneChar(0x44); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(200);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度tempL=ReadOneChar();/讀出溫度低位LSBtempH=ReadOneChar();/讀出溫度高位MSBt

22、emp=tempH*16+tempL/16;/tempL右移四位去掉小數(shù)位temperature=temp&0xff;/測量050度，只取temp低八位/*數(shù)碼管驅(qū)動函數(shù)*/void Display(uchar wei,uchar duan)dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=tablewwei;wela=0;P0=0;dula=1;P0=tabledduan;dula=0;delay1(1);/*溫度顯示函數(shù)*/void Showtemperature(uchar tt)Display(2,tt/10);/顯示溫度數(shù)值Display(3,tt%10);Display(4

23、,11);/顯示攝氏度單位Display(5,12);/*溫度值設(shè)定、報警函數(shù)*/void Alarm()bit flag;if(alarm=0) delay1(80);/延時消抖if(alarm=0)flag=1;/第一次按鍵進入設(shè)置while(flag)if(add=0)delay1(z);/延時消抖if(add=0)alanum+;/add鍵按下，上調(diào)設(shè)定值if(alanum=51)alanum=0;/最大值為50攝氏度，循環(huán)顯示if(sub=0)delay1(z);/延時消抖if(sub=0)alanum-;/sub鍵按下，下調(diào)設(shè)定值if(alanum=255)alanum=50;/最

24、小值為0攝氏度，循環(huán)顯示Showtemperature(alanum);Display(0,10);/選中數(shù)碼管的其他空閑位Display(1,10);/區(qū)別于實時溫度顯示“-”Display(6,10);Display(7,10);if(alarm=0) delay1(80);/延時消抖if(alarm=0)flag=0;/第二次按鍵退出設(shè)置if(temperature>alanum)/此處設(shè)置報警可以保證調(diào)整設(shè)定值時即可及時報警beep=0;/溫度大于設(shè)定值，聲光報警P1=0;elsebeep=1;/溫度不大于設(shè)定值即不報警P1=0xff;if(temperature>alan

25、um)/此處設(shè)置報警即保證即使沒有進入設(shè)置界面任然可以報警beep=0;/溫度大于設(shè)定值，聲光報警P1=0;elsebeep=1;/溫度不大于設(shè)定值即不報警P1=0xff;/*溫度記錄函數(shù)*/void Keeprecord()uchar i=9;if(countmin=1200)/1分鐘 countmin=0;count+;if(count=10)/10分鐘count=0;recordnum+;/記錄一次加一，最大記錄10個值if(recordnum=10)recordnum=10;dorecordtablei=recordtablei-1;while(-i);recordtable0=tem

26、perature;/最新值填入第一個位置/*查詢記錄的溫度值*/void Showrecord()bit flag;uchar a;if(record=0) delay1(80);/延時消抖if(record=0)flag=1;/record第一次按鍵置位進入標(biāo)志while(flag)/進入查詢Display(0,recordtablea/10);/顯示溫度數(shù)值Display(1,recordtablea%10);Display(2,11);/顯示攝氏度單位Display(3,12);Display(4,10);/數(shù)碼管第6、7位選中，溫度值與記錄數(shù)之間用-間隔Display(5,10);Di

27、splay(6,(a+1)/10);/顯示第幾個記錄值Display(7,(a+1)%10);if(add=0)delay1(z);/延時消抖if(add=0)/add按下，查看下一個值if(recordnum=0)a=0;elsea+;if(a=recordnum)/循環(huán)顯示a=0;if(sub=0)/sub按下，查看上一個值delay1(z);if(sub=0)if(recordnum=0)a=0;elsea-;if(a=255)/循環(huán)顯示a=recordnum-1;if(record=0)delay1(80);if(record=0)/record第二次按下，退出查看flag=0;/*定時器中斷0，用于溫度檢測時間間隔和記錄數(shù)據(jù)時間間隔*/void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;/50mscountsec+;countmin+;if(countsec=20)/1scountsec=0;GetTemperature();/一秒鐘更新一次溫度值Keeprecord();/定時記錄溫度值7 總結(jié)此次課程設(shè)計中，難點在于DS18B20的使用，即對它的時序控制