基于89S51單片機的測溫系統(tǒng)

PAGEPAGE21摘要進入21世紀，電子產(chǎn)品已經(jīng)開始應(yīng)用到每一個方面，當(dāng)人類向智能電子進軍，單片機由于其物美價廉而受到大家的歡迎,已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領(lǐng)域。本文主要介紹了一個基于89S51單片機的測溫系統(tǒng)，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程,該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報警溫度，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。關(guān)鍵詞：單片機AT89S52DS18B20溫度傳感器數(shù)字溫度計AbstractInthe21stcentury,electronicallymachineshavebeenusedinanysideofourlive.Whenthehumanbeingsarecomingtoelectronicallyworld,SCMbecomesverypopularbecauseofitscheaperandhasgoodquantity.Andnowitisusedinourliving,work,scientificresearchandsoon.Itwillintroduceonethermometerwhichisbasedon89C51inthisessay.SoitwilldescribethedevelopmentofthethermometerwhichisusingDS18B20asitssensordetail.Thissystemcanbeusedconvenientlyfortemperaturecollectedandexpressed,andcanbemadethelimitationoftheupanddown.Duetoitisconvenient,accurate,widerange,highmicrodetector,littlevolumeandlesspowerandsoon.Soitissuitableforustouseinlivingandagriculturalproduct.Andalsoitcanbeusedasamoduleaddstoanyothersystem.Keywords:SCMAT89C51DS18B20TemperaturesensorDigitalthermometer目錄TOC\o"1-6"\h\u167211概述 3317451.1課程設(shè)計的意義 3103611.2設(shè)計的任務(wù)和要求 3170002系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 3142802.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證 3272832.1.1方案一 3174412.1.2方案二 386002.2系統(tǒng)總體設(shè)計 3191982.3系統(tǒng)模塊 4186562.3.1主控制器 4252602.3.2顯示電路 556012.3.3溫度傳感器 624682.3.4報警溫度調(diào)整按鍵 663093系統(tǒng)軟件算法分析 7136843.1主程序流程圖 7101153.2讀出溫度子程序 8179333.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 8250213.4計算溫度子程序 9267433.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 9183923.6按鍵掃描處理子程序 931324實驗仿真 105PCB圖………………106元件清單……………1181687總結(jié)與體會 1226887查考文獻 12附1實物圖…………………1219764附2源程序代碼 14至21概述：1.1課程設(shè)計意義：本課程設(shè)計需要很多關(guān)于單片機等電子類的知識，需要通過查閱相關(guān)資料才可以完成，因此讓我在擴展知識的同時，也學(xué)會怎么去提出問題，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。同時，在制作的過程中也可以提高我的動手操作能力。1.2設(shè)計的任務(wù)及要求：根據(jù)設(shè)計要求，完成對單路溫度進行測量，并用數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值系統(tǒng)硬件設(shè)計，并用電子CAD軟件繪制出原理圖，編輯、繪制出PCB印制版。要求：（1）原理圖中元件電氣圖形符號符合國家標(biāo)準(zhǔn)；(2) 整體布局合理，注標(biāo)規(guī)范、明確、美觀，不產(chǎn)生歧義。(3) 列出完整的元件清單(標(biāo)號、型號及大小、封裝形式、數(shù)量)(4)圖紙幅面為A4。（4) 布局、布線規(guī)范合理，滿足電磁兼容性要求。(5) 在元件面的絲印層上，給出標(biāo)號、型號或大小。所有注釋信息（包括標(biāo)號、型號及說明性文字）要規(guī)范、明確，不產(chǎn)生歧義。2.編寫并調(diào)試驅(qū)動程序功能要求：（1）溫度范圍0-100℃。（2）溫度分辨率±1℃。（3）選擇合適的溫度傳感器。系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證2.1.1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利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應(yīng)值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。2.1.2方案二進而考慮到用溫度傳感器，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，所以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，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設(shè)計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費用較低，可靠性高，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機AT89S51，溫度傳感器采用DS18B20，用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。AT89S51AT89S51LED顯示DS18B20溫度傳感器單片機復(fù)位時鐘振蕩報警溫度調(diào)整鍵蜂鳴器，指示燈圖2.2—1總體設(shè)計方框圖圖2.2—2系統(tǒng)仿真圖2.3系統(tǒng)模塊系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。2.3.1主控制器單片機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。晶振采用12MHZ。復(fù)位電路采用上電加按鈕復(fù)位。圖2.3.1—1晶振電路圖2.3.1—2復(fù)位電路圖2.3.1-3報警電路2.3.2顯示電路顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管，P0口由上拉電阻提高驅(qū)動能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動。P2口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動態(tài)掃描的方式顯示。圖2.3.2——1顯示電路2.3.3溫度傳感器DS18B20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)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：1、獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；2、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3、無須外部器件；4、可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；5、零待機功耗；6、溫度以９或１２位數(shù)字；7、用戶可定義報警設(shè)置；8、報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；9、負電壓特性，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；DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖2.3.3——1傳感器電路2.3.4報警溫度調(diào)整按鍵本系統(tǒng)設(shè)計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設(shè)置報警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個分別用于設(shè)置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。圖2.3.4——1調(diào)整按鍵電路3、系統(tǒng)軟件算法分析系統(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，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序，按鍵掃描處理子程序等。3.1主程序流程圖Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節(jié)完？CRC校驗正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNY初始化初始化讀取溫度SET鍵是否按下讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令NY調(diào)用顯示子程序設(shè)置報警溫度圖3.1主程序流程圖圖3.2溫度子程序圖3.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3.2示3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖3.3所示發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(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3.3溫度轉(zhuǎn)換3.4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3.4所示。3.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為1時將符號顯示位移入第一位。程序流程圖如圖3.5。開始開始溫度零下?溫度值取補碼置“1”標(biāo)志計算小數(shù)位溫度BCD值計算整數(shù)位溫度BCD值結(jié)束置“0”標(biāo)志NY溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器分離顯示溫度分離顯示溫度NYNY標(biāo)志位為1？標(biāo)志位為1？YY最高位顯示“—”最高位顯示“—”最高為顯示分理出的數(shù)據(jù)結(jié)束圖3.4計算溫度流程圖圖3.5顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖3.6按鍵掃描處理子程序按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為1時，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。如下圖3.6示。SET鍵按下SET鍵按下ADD鍵是否按下DEC鍵是否按下顯示切換標(biāo)志位是否為“0”調(diào)用顯示子程序報警溫度加1報警溫度減1YNYNYN圖3.6按鍵掃描處理子程序4、實驗仿真進入protuse后，連接好電路，并將程序下載進去。將DS18B20的改為0.1，數(shù)碼管顯示溫度與傳感器的溫度相同。圖4—1溫度顯示仿真當(dāng)按下SET鍵一次時，進入溫度報警上線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置的溫度報警上線，按ADD或DEC分別對報警溫度進行加一或減一。當(dāng)再次按下SET鍵時，進入溫度報警下線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置的溫度報警下線，按ADD或DEC分別對報警溫度進行加一或減一。圖4—2溫度調(diào)試仿真當(dāng)?shù)谌伟聪耂ET鍵時，退出溫度報警線設(shè)置。顯示當(dāng)前溫度。5、PCB布圖圖5-——-1PCB圖6、元件清單7、總結(jié)體會通過這次單片機課程設(shè)計，充分提高我的單片機知識及操作能力。在設(shè)計中，下載的網(wǎng)絡(luò)程序有很多問題還符合實驗要求，比如：我們的溫度計精確到1度就可以，而網(wǎng)絡(luò)程序精確到0.1度，雖然越精確越好，不過現(xiàn)階段我覺得最好是符合我們的要求，因此對單片機程序中的讀數(shù)部分進行修改，刪除小數(shù)部分；又比如我剛開始用protus仿真時用的是共陽數(shù)碼管，出現(xiàn)的結(jié)果是亂碼，最后選擇使用共陰數(shù)碼管正常使用。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)計中的最大收獲。參考文獻：譚浩強《C程序設(shè)計》（第三版）清華大學(xué)出版社潘永雄沙河《電子線路CAD實用教程》（第三版）西安電子科技大學(xué)出版社楊忠煌黃博俊李文昌《單芯片8051實務(wù)與應(yīng)用》中國水利水電出版社（美）RandallHyde《匯編評議編程藝術(shù)》清華大學(xué)出版社附1實物圖附2源程序代碼 //DS18B20的讀寫程序,數(shù)據(jù)腳P2.7////溫度傳感器18B20匯編程序,采用器件默認的12位轉(zhuǎn)化////最大轉(zhuǎn)化時間750微秒,顯示溫度-55到+125度,顯示精度////為0.1度，顯示采用4位LED共陽顯示測溫值////P0口為段碼輸入,P34~P37為位選///***************************************************/#include"reg51.h"#include"intrins.h"http://_nop_();延時函數(shù)用#definedmP0//段碼輸出口#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P2^7;//溫度輸入口sbitw0=P2^0;//數(shù)碼管4sbitw1=P2^1; //數(shù)碼管3sbitw2=P2^2; //數(shù)碼管2sbitw3=P2^3; //數(shù)碼管1sbitbeep=P1^7;//蜂鳴器和指示燈sbitset=P2^6;//溫度設(shè)置切換鍵sbitadd=P2^4;//溫度加sbitdec=P2^5;//溫度減inttemp1=0;//顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度的標(biāo)志位為0時顯示當(dāng)前溫度uinth;uinttemp;ucharr;ucharhigh=35,low=20;ucharsign;ucharq=0;uchartt=0;ucharscale;//**************溫度小數(shù)部分用查表法***********//ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09}; //小數(shù)斷碼表ucharcodetable_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};//共陰LED段碼表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""-"uchartable_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//個位帶小數(shù)點的斷碼表uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};//讀出溫度暫放uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//顯示單元數(shù)據(jù)，共4個數(shù)據(jù)和一個運算暫用/*****************11us延時函數(shù)*************************/voiddelay(uintt){for(;t>0;t--);}voidscan(){intj; for(j=0;j<4;j++) { switch(j) { case0:dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//xiaoshu case1:dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//gewei case2:dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//shiwei case3:dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//baiwei // else{dm=table_dm[b3];w3=0;delay(50);w3=1;} } 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