單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-溫度測(cè)量系統(tǒng)

摘要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)與顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，需要外加信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，這次設(shè)計(jì)的是基于DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)，它具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中選用AT89C52型單片機(jī)作為主控制器件，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為測(cè)溫元件，通過(guò)4位共陰極LED數(shù)碼顯示管并行傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要分為兩部分，一是對(duì)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，包括溫度采集電路和顯示電路；二是對(duì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，應(yīng)用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)溫度的采集與顯示。通過(guò)DS18B20直接讀取被測(cè)溫度值，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，之后進(jìn)行輸出顯示，最終完成了數(shù)字溫度計(jì)的總體設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，信號(hào)采集效果好，數(shù)據(jù)處理速度快，便于實(shí)際檢測(cè)使用。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51；溫度傳感器DS18B20；LED數(shù)碼管；數(shù)字溫度計(jì)DesignbasedDigitalThermometerDS18B20AbstractAlongwiththepresentinformationtechnology'sswiftdevelopmentandtraditionalindustrytransformation'sgradualrealization.Abletoworkindependentlyofthetemperaturedetectionanddisplaysystemusedinmanyotherfields.Traditionaltemperatureexaminationtakethermistorastemperaturesensitiveunit.Thermistor'scostislow,needsthesur-signalprocessingelectriccircuit,moreoverthereliabilityisrelativelybad,thetemperaturemeasurementaccuracyislow,theexaminationsystemalsohascertainerror.thedigitdemonstratedthatapplicablescopewideandsooncharacteristics.UsedinthedesignAT89C51MCUasthemaincontrolincludingtemperaturegatheringelectriccircuitanddisplaycircuit;Second,tothesystemsoftwarepart'sdesign,realizestemperaturegatheringandthedemonstrationusingtheClanguage.DS18B20measuredbydirectreadingtemperaturevalues,andtransferDataintoMCU,andoutputtoshow,thisisthedesignoftheDigitalThermometer.Itssystemconstitutionissimple,theeffectofsignalgatheringisgood,thespeedofdataprocessingisquick,atalitisadvantageousfortheactualexaminationuse.Keywords:MCUAT89S51;TemperatureSensorDS18B20;LEDDigitaltubeDigitalThermometer目錄1引言 42總體方案設(shè)計(jì) 42.1方案論證 42.2總體設(shè)計(jì)框圖 53硬件設(shè)計(jì) 63.1時(shí)鐘電路 63.2復(fù)位電路 63.3溫度傳感器 73.4顯示電路 73.5系統(tǒng)總電路圖 74系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 84.1主程序 85.2讀溫度子程序 85.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 85.4計(jì)算溫度子程序 85.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 85.6主程序流程圖 95實(shí)驗(yàn)仿真 106總結(jié)與體會(huì) 10參考文獻(xiàn)： 11附源代碼： 12一·引言在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問(wèn)題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問(wèn)題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。

美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持"一線總線"接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù)。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)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。二．總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是一款簡(jiǎn)單實(shí)用的小型數(shù)字溫度計(jì)，所采用的主要元件有傳感器DS18B20，單片機(jī)AT89C52，，四位共陰極數(shù)碼管一個(gè)，電容電阻若干。DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍-55°C~+125°C。在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。18B20的精度較差為±2°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。本次數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)共分為五部分，主控制器，LED顯示部分，傳感器部分，復(fù)位部分，時(shí)鐘電路。主控制器即單片機(jī)部分，用于存儲(chǔ)程序和控制電路；LED顯示部分是指四位共陽(yáng)極數(shù)碼管，用來(lái)顯示溫度；傳感器部分，即溫度傳感器，用來(lái)采集溫度，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；復(fù)位部分，即復(fù)位電路。測(cè)量的總過(guò)程是，傳感器采集到外部環(huán)境的溫度，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理判斷后將溫度傳遞到數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)能完成的溫度測(cè)量范圍是-55°C~+128°C。1.方案論證方案一：由于本設(shè)計(jì)是測(cè)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(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案設(shè)計(jì)框圖如下：熱敏電阻組成的感溫電路AD轉(zhuǎn)換熱敏電阻組成的感溫電路AD轉(zhuǎn)換數(shù)碼管顯示電路方案二：考慮到在單片機(jī)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)簡(jiǎn)單，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)處理，即可實(shí)現(xiàn)溫度顯示。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測(cè)溫范圍為-55~+125攝氏度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，其測(cè)量范圍與精度都能符合設(shè)計(jì)要求。 以上兩種方案相比較，第二種方案的電路、軟件設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，此方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在功耗、測(cè)量精度、范圍等方面都能很好地達(dá)到要求，故本設(shè)計(jì)采用方案二。2.總體設(shè)計(jì)框顯示電路驅(qū)動(dòng)電路測(cè)溫電路時(shí)鐘復(fù)位電路單片機(jī)圖顯示電路驅(qū)動(dòng)電路測(cè)溫電路時(shí)鐘復(fù)位電路單片機(jī)三．硬件設(shè)計(jì)1.時(shí)鐘電路電路中晶振和電容構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，微調(diào)電容通常選擇為30pF左右，該電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12MHz。2.復(fù)位電路單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位電路在這里采用的是上電+按鈕復(fù)位電路形式，其中電阻R采用10KΩ的阻值，電容采用電容值為10μf的電解電容。電路圖如下：3.溫度傳感器電路DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。電路圖如下：4.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(dòng)能力，作為段碼輸出，并作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。P2口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示。5.系統(tǒng)總電路圖如下：四．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jì)算溫度子程序，報(bào)警子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。1.主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示，讀出并處理DS18B20的測(cè)量溫度值。溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。2.讀出溫度子程序讀出溫度子程的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時(shí)須進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不能進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。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(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms。在本程序設(shè)計(jì)中，采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。4.計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取的值進(jìn)行BCD碼的抓換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判斷。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(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高數(shù)據(jù)顯示位為0時(shí)，將符號(hào)顯示位移入下一位。6.主程序流程圖五.實(shí)驗(yàn)仿真進(jìn)入proteus后，連接好電路，并將程序下載進(jìn)去。將DS18B20的調(diào)節(jié)鍵跳到指定的溫度，則，數(shù)碼管顯示的溫度與傳感器的溫度相同。六.總結(jié)與體會(huì)本設(shè)計(jì)是以AT89C52為核心，利用軟硬件相結(jié)合的典型例子。在單片機(jī)自動(dòng)控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的今天，傳統(tǒng)用模擬電路來(lái)控制溫度的做法，已經(jīng)逐漸被淘汰。這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法，為溫度的控制開辟了一條新的道路。根據(jù)我國(guó)的科技和工業(yè)水平，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是符合工業(yè)生產(chǎn)的需要。實(shí)現(xiàn)我國(guó)的工業(yè)化，自動(dòng)控制是其中的一個(gè)重要目標(biāo)，自動(dòng)控制系統(tǒng)正廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功知識(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的“冰山一角”，但它為以后更加智能化、人性化的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，作了鋪墊。因此這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有比較好的社會(huì)效益。經(jīng)過(guò)三周多的的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的調(diào)試，系統(tǒng)的仿真。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機(jī)及其接口電路、以及電路方面的理論。經(jīng)過(guò)了一番特殊的體驗(yàn)后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。檢查了自己的知識(shí)水平，使我對(duì)自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅鍛煉自己分析問(wèn)題、處理問(wèn)題的能力，還提高了自己的動(dòng)手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對(duì)于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，是很重要的。這次課程設(shè)計(jì)基本的完成了任務(wù)書的要求，實(shí)現(xiàn)了溫度的測(cè)量。通過(guò)測(cè)試表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確的，可行的。但是由于設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。參考文獻(xiàn)[1]于永.51單片機(jī)C語(yǔ)言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008[2]戴永成等.基于DS18B20的數(shù)字溫度測(cè)量?jī)x[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008[3]廖常初.現(xiàn)場(chǎng)總線概述［J］.電工技術(shù)，1999[4]張?jiān)降?基于DS18B20溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì)[J].微電子學(xué)，2007[5]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[6]黃河.基于DS18B20的單總線數(shù)字溫度計(jì)[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008[7]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)［Ｍ］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994[8]王建強(qiáng)等.基于DSP控制器與DS18B20的溫度測(cè)量方法[J].儀器儀表與檢測(cè)技術(shù)，2009附：源程序代碼#include<reg51.h>#include<intrins.h> //_nop_();延時(shí)函數(shù)用#defineDisdataP0//段碼輸出口#definediscanP2//掃描口#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuinth;uinttemp;sbitDQ=P3^7;//共陰數(shù)碼管ucharditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};ucharxianshi1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//不帶小數(shù)點(diǎn)的0-9編碼ucharscan_con[4]={0xf7,0xfB,0xfD,0xfe};//列掃描控制字uchartemp_data[2]={0x00,0x00};//讀出溫度暫放uchardisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//顯示單元數(shù)據(jù)，共4個(gè)數(shù)據(jù)和一個(gè)運(yùn)算暫用voiddelay(uintt){for(;t>0;t--);}voidscan(void){chark;for(k=0;k<4;k++)//4位LED掃描控制{Disdata=xianshi1[display[k]];//數(shù)據(jù)顯示if(k==1)Disdata=xianshi1[display[k]]|0x80;//小數(shù)點(diǎn)顯示discan=scan_con[k];//位選delay(90);discan=0xff;}}/****************DS18B20復(fù)位函數(shù)************************/voidow_reset(void){charpresence=1;while(presence){while(presence){DQ=1;_nop_();_nop_();//從高拉倒低DQ=0;delay(50);//550usDQ=1;delay(6);//66uspresence=DQ;//presence=0復(fù)位成功,繼續(xù)下一步}delay(45);//延時(shí)500uspresence=~DQ;}DQ=1;//拉高電平}/*向DS18B20寫入一個(gè)字節(jié)*/voidwrite_byte(ucharval){uchari;for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();//從高拉倒低DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//5usDQ=val&0x01;//最低位移出delay(6);//66usval=val/2;//右移1位}DQ=1;delay(1);}/*從DS18B20讀出一個(gè)字節(jié)*/ucharread_byte(void){uchari;ucharvalue=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//4usDQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//4usif(DQ)value|=0x80;delay(6);//66us}DQ=1;return(value);}uintread_temp(void){ow_reset();//總線復(fù)位delay(200);write_byte(0xcc);//發(fā)命令write_byte(0x44);//發(fā)轉(zhuǎn)換命令ow_reset();delay(1);write_byte(0xcc);//發(fā)命令write_byte(0xbe);temp_data[0]=read_byte();//讀溫度值的第字節(jié)temp_data[1]=read_byte();//讀溫度值的高字節(jié)temp=temp_data[1];temp<<=8;temp=temp|temp_data[0];//兩字節(jié)合成一個(gè)整型變量。returntemp;//返回溫度值}voidwork_temp(uinttem){ucharn=0;if(tem>6348