基于单片机的数字温度计设计(课程设计有电路图和程序).doc

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1、摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 关键词：单片机，数字控制，温度计， DS18B20，AT89S520 引言随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字

2、温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S52，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求1、设计方案本设计方案的选择主要是感温元件的选择，经查阅资料，IC式感温器在市场上应用比较广泛的有以下几种：(1)AD590：电流输出型的测温组件，温度每升高1摄氏度K(凯式温度)，电流增1uA，温度测量范围在-55150之间。其所采集到的数据需经A/D转换，才能得到实际的温度值。(2)DSl8B20：除了测量温度外，它还可

3、以把温度值以数字的方式(9Bit)送出，温度送出的精度为O.5，温度测量范围在-55125之间，可以做恒温控制。(3)SMARTEC感温组件：这是一只3个管脚感温IC，温度测量范围在45130。C。误差可以保持在07以内。本设计选用DSl8820感温IC，这是因其性能参数符合设计要求，接口简单，内部集成了AD转换，测温更简便，精度也较高，反应速度快，且经过市场考察，该芯片易购买，使用方便。本电路主要由以下三大模块组成。模块一：DSl8B20芯片。实现功能：实现温度的采集和模拟量与数字量的转换，采集后的数据经过芯片内部模数转换后通过一个单总线传送到单片机的信号输入口。模块二：AT89S52单片机

4、。实现功能：通过程序开发并输入到单片机，使其具备一定的数据处理能力，同时通过对DSl8B20芯片的读和写把检测到的数据转换成编码写到AT89S52单片机中，再通过单片机的输出口输出数据经过控制由LCDl602动态显示出来。模块三：LCDl602。实现功能：将单片机输出的数据进行动态显示。2、DSl8B20芯片美国DALLAS生产的DSl8B20，将各种数字转换电路都集成在一起，省去了电路中的转换、放大等单元，节约了大量的引线和控制通道切换的逻辑电路，DS18B20内部主要由四部分组成：暂态存储器、64位ROM、温度传感器及温度报警触发装置；DSl8B20的测量温度范围从一55+125，所以在实

5、际的应用中具有极高的性价比。2.1性能特点1)在一10+85范围内，DSl8B20具有O5的精度。2)独特的寄生电源供电方式和外接电源供电方式并存，且供电范围为30V55V。3)具有可编程的912位温度转换精度。4)采用“一线总线”结构，且处理只要一只I0端口就可以实现多点测温，节省硬件资源。5)内部设有程序设置寄存器，可用来设置各种参数：分辨率、报警温度等。2.2 DSl8B20的内部存储器由图1可以看到，Dsl8820的内部存储器是由8个单元组成，其中第0、1个存放测量温度值，第2、3分别存放报警温度的上下限值，第4单元为配置单元，5、6、7单元在DSl8820这里没有被用到。对于第4个寄

6、存器，用户可以设置温度转换精度，系统默认12bit转换精度，相当于十进制的00625，其转换时间大约为750磷。具体见表l。图1 内部存储器结构图R1R0转换精度（16进制）转换精度（十进制）转换时间009bit0.593.75ms0110bit0.25187.5ms1011bit0.125375ms1112bit0.0625750ms表1 温度精度配置由于DS18B20采用的“一线总线”结构，所以数据的传输与命令的通讯只要通过微处理器的一根双向Io口就可以实现。DSl8B20约定在每次通信前必须对其复位，具体的复位时序如图2所示。图2 复位时序图图2中所示，tRSTL为主机发出的低电平信号，

7、本文中有AT89S52提供，tRSTL的最小时延为，然后释放总线，检查DSl8B20的返回信号，看其是否已准备接受其他操作，其中tPDHIGH时间最小为，最长不能超过，否则认为DS18B20没有准备好，主机应继续复位，直到检测到返回信号变为低电平为止。主机一旦检测到DS18B20的存在，根据DS18B2的工作协议，就应对ROM进行操作，接着对存储器操作，最后进行数据处理。在DS18B20中规定了5条对ROM的操作命令。见表2.主机在发送完ROM操作指令之后，就可以对DS18B20内部的存储器进行操作，同样DS18B20规定了6条操作指令。见表3。 DS18B20的读、写时序图见图3。图3 DS

8、18B20的读、写时序图3、AT89S52单片机3.1主要性能 与MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、 1000次擦写周期、 全静态操作：0Hz33Hz 、 三级加密程序存储器 、 32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符 。3.2功能特性描述 AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完

9、全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，R

10、AM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻

11、辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系

12、统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口

13、：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储

14、器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，

15、可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内

16、部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。4、电路原理4.1电路原理本设计进行温度显示控制主要的控制器件是AT89S51单片机，而DSl8820芯片是单总线结构的电子元件。单线总线是一种具有一个总线主机和一个或若干个从机(从属器件)的系统。DSl8S20芯片在电路中起从机的作用。单线总线只有一根线，即线上的第一个器件能在适当的时间驱动该总线。为了做到这一点，第一个连接到单线总线上的器件必须具有漏极开路或三态输出。另外。单线总线的空闲状态是高电平。不管任何原因，如果执行需要被挂起，那么，若要重新恢复执行，总线

17、必须保持在空闲状态。如果不满足这一点且总线保持在低电乎时阈大于480us，那么总线上所有器件均被复位。由此。DSl8820芯片的DQ接单片机lqO 1：1 P33，通过温度传感器采样的数据送入单片机，单片机依据预先写好的程序，通过静态显示，最后在LcDl602显示出了温度数值。电路原理如图l所示。42电路的焊接和调试由于本设计的电路比较简单。为了节省成本选择了使用万用板。按电路图把所有的元器件焊接好，并连接好电源线和地线，检查无误，用“easy Isp_2”下载线，使用Easy 51Prov20下载程序，把程序下载到52单片机实验板上，即可通电调试。另外，为了向温度计提供一个稳定的5v稳压工作

18、电源，在板上另加了一个5V稳压电源。5、结束语基于单片机的数字式温度计通过在各种环境温度下的多次测量实验，测试结果表明本文设计的数字温度计能较好地显示出实际环境温度，且反应迅速，使用方便，测量的温度精确在08E之内，完全满足设计要求。该数显温度计已在各种冷藏库、鸡苗孵化房等场合使用，收到了良好的效果6、参考文献1林伸茂8051单片机彻底研究实习篇M北京：人民邮电出版社。20022李群芳张士军，黄建单片微型计算机与接口技术(第2版)M北京：电子工业版社，20053马家展。孙玉德，张颖MCS-51单片机原理及接口技术Ml哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社。1998附件电路原理图PCD板程序：/*/ /*

19、名称： 测温+显示程序 */ /*功能： 读取当前18B20温度，由数码管显示出来。 */ /*/#include#define uchar unsigned charsbit DQ =P37;/18B20数据线引脚/行扫描数组uchar code scan4 = 0x7f,0xbf,0xdf,0xef;/row0-row4/数码管显示的段码表uchar code table20 =0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,;uchar

20、 dispbuf4; /显示缓冲区 uchar temper2;/存放温度的数组 /*延时函数*/void delay (unsigned int us) while(us-);void reset(void) /复位 uchar x=0; DQ = 1; delay(8); /稍做延时 DQ = 0; delay(80); /精确延时 大于 480us DQ = 1; /拉高总线 delay(14); x=DQ; delay(20);/*从DS18B20读一字节*/uchar readbyte(void) /读1字节 uchar i=0; uchar dat=0; for (i=8;i0;i

21、-) DQ = 0; dat=1; DQ = 1; if(DQ) dat|=0x80; delay(4); return(dat); /*向DS18B20写一字节*/void writebyte(unsigned char dat) /写1字节 uchar i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay(5); DQ = 1; dat=1; delay(4);/*CPU读取温度值*/void readtemp(void) /读取温度 uchar a=0,b=0; reset(); writebyte(0xCC); / 跳过序列号 writ

22、ebyte(0x44); / 启动温度转换 reset(); writebyte(0xCC); writebyte(0xBE); /读9个寄存器,前两个为温度 a=readbyte(); /低位 b=readbyte(); /高位 temper0=a&0x0f; a=a4; /低位右移4位，舍弃小数部分 temper1=b4; /高位左移4位，舍弃符号位 temper1=temper1|a; /*显示+读键*/void vLedKey_Scan() unsigned char i,value; for(i=0;i=3;i+) value =tabledispbufi; /取一行显示数据 if(

23、i=0) value &= 0x7f; P0 = value; P2 = scani;/取row0-row7行扫描数据 delay(100); /延时50us P2 = 0xff;/关显示 /*主函数*/main() uchar i; uchar temp; float backbit; for(i=0;i=3;i+) dispbufi = 17; while(1) vLedKey_Scan(); /显示，读键扫描 readtemp();/读18B20 backbit = temper0;/换成浮点数 backbit = backbit * 6.25;/乘以0.0625*100 temp = backbit;/取低2位整数部分 dispbuf3 = temp%10 ; temp = temp/10; dispbuf2 = temp%10 ; temp = temper1;/取整数部分 dispbuf1 = temp%10; dispbuf1+=10;/给数码管显示第二位后面加小数点 temp = temp/10; dispbuf0= temp%10; /*结束*/ .