数字温度计的设计

东北石油大学东北石油大学课程设计课程单片机课程设计题目数字温度计的设计院系电气信息工程学院测控技术与仪器系专业班级学生姓名学生学号指导教师2013年7月8日东北石油大学课程设计任务书课程单片机课程设计题目数字温度计的设计专业一、任务以AT89C51单片机为控制核心，利用DS18B20数字式温度传感器设计出一种结构简单、测量精度较高的数字温度计。二、设计要求1、采用单总线结构的数字式温度传感器DS18B20；2、基本电路包括单片机最小系统、温度测量电路、LED显示电路等；3、提交设计报告、电路图及程序源码。4、具有温度越限报警功能。5、掉电后，数据具有自动保存功能。三、参考资料1吴金戌，沈庆阳，郭庭吉8051单片机实践与应用M北京清华大学出版社，20022李玉峰，倪虹霞MCS51系列单片机原理与接口技术J北京人民邮电出版社，2004，1872163林伸茂8051单片机彻底研究经验篇J北京人民邮电出版社，2004，7144沙占友单片机外围电路设计J北京电子工业出版社，2003，37485何希才传感器及其应用电路J北京电子工业出版社，2001，3647完成期限2013712013710指导教师专业负责人2013年6月29日目录第1章绪论111AT89C51功能概述112DS18B20功能概述113本设计任务1第2章总体方案论证与设计221采用模拟集成温度传感器222采用数字单片智能温度传感器2第3章系统硬件设计331件组成框图33289C51单片机的介绍333液晶模块简介434DS18B20介绍4第4章系统的软件设计641主程序设计6第5章系统调试与测试结果分析851使用的仪器仪表852系统调试及结果8结论10参考文献11附录1仿真效果12附录2程序13第1章绪论随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。本文采用单片机来实现对温度的控制1。它的主要组成部分有AT89S51单片机、温度传感器、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。通过测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，从而大幅提高了被控温度的技术指标。11AT89C51功能概述AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS一5L系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS51的CMOS产品2。不仅结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS48单片机的体系结构和指令系统。12DS18B20功能概述DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为05C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EPROM中，掉电后依然保存。13本设计任务采用单总线结构的数字式温度传感器DS18B20；基本电路包括单片机最小系统、温度测量电路、LED显示电路等；提交设计报告、电路图及程序源码，具有温度越限报警功能，掉电后，数据具有自动保存功能。第2章总体方案论证与设计本系统采用单片机AT89C51为核心，以温度传感器DS18B20为主要元件，实现将温度模拟量通过A/D转化传入单片机，并将数字量由LCD输出。并具有上下限控制报警装置。现在对不同方案加以论证比较。21采用模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一仅测量温度、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。但AD590的增益有偏差，电阻也有误差。22采用数字单片智能温度传感器采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用DS18B20第3章系统硬件设计31件组成框图本课题以是89C51单片机为核心设计的一种数字温度控制系统，系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等组成。系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。硬件框图如31所示主控制器LED显示温度传感器单片机复位报警按键设置时钟振荡图31硬件框图3289C51单片机的介绍与MCS51兼容，4K字节可编程闪烁存储器；灵活的在线系统编程，掉电标识和快速编程特性；寿命为1000次写/擦周期，数据保留时间可10年以上；全静态工作模式0HZ33HZ；三级程序存储器锁定；1288位内部RAM，32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器，6个中断源；全双工串行UART通道，低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路3。其最小系统如图31所示4图32单片机最小系统33液晶模块简介LM016L液晶模块采用HD44780控制器，HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，HD44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAMAC。图33液晶显示123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE8JUN2009SHEETOFFILEEBAIHAO业业业业业业业业业业业业4业16X16业业DDBDRAWNBYP101P112P123P134P145P156P167P178RST9RXD/P3010TXD/P3111INT0/P3212INTI/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717XTAL218XTAL119VSS20P21/A922P22/A1023P23/A1124P24/A1225P25/A1326P26/A1427P27/A1528PSEN29ALE30BA31P07/AD732P06/AD633P05/AD534P04/AD435P03/AD336P02/AD237P01/AD138P00/AD039VCC40P20/A821UAT89C51Y112MC222PFC322PFC110UFS1RESETR110KVCC34DS18B20介绍DS18B20功能特点采用单总线技术，与单片机通信只需要一根I/O线，在一根线上可以挂接多个DS18B20。每只DS18B20具有一个独有的，不可修改的64位序列号，根据序列号访问地应的器件。5低压供电，电源范围从35V，可以本地供电，也可以直接从数据线上窃取电源（寄生电源方式）。测温范围为55125,在1085范围内误差为05。可编辑数据为912位，转换12位温度时间为750MS（最大）。用户可自设定报警上下限温度。报警搜索命令可识别和寻址哪个器件的温度超出预定值。DS18B20的分辩率由用户通过EEPROM设置为912位。DS18B20可将检测到温度值直接转化为数字量，并通过串行通信的方式与主控制器进行数据通信。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2S减为750MS6DS18B20测温原理低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值7。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。DS18B20引脚图如34所示8图34DS18B20引脚图第4章系统的软件设计41主程序设计整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义9。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。主程序流程见图41，DS18B20初始化流程图如图42所示10。MCU初始化DS18B20初始化判定温度是否在设定范围内灯灭显示温度结束黄灯亮绿灯亮大于某一值小于某一值开始图41主程序流程图C51寄存器初始化温度转换命令18B20存在读取温度温度数据处理温度显示报警温度比较超出范围开始YNYN图42DS18B29初始化流程图第5章系统调试与测试结果分析51使用的仪器仪表表51所用仪器仪表名称型号个数单片机AT89C511温度传感器DS18B201液晶显示LM016L1LED灯LEDYELLOWLEDGREEN各一个电阻4K，10K各一个晶振12MHZ1个电容22PF，22PF，22UF各一个52系统调试及结果设置温度上限为37度，温度下限为10度如图52示。此时温度时38度，超出上限温度，黄灯亮，实现报警。图52大于上限黄灯亮如图53所示。此时温度为9度，低于下限温度，绿灯亮，实现报警图53低于下限绿灯亮如图54示。此时温度为20度，在所设范围内，两灯都没亮，说明温度正常。图54在设定范围两灯都不亮结论本文介绍了基于AT89C51单片机的数字温度计控制系统的设计，对整个硬件电路和软件程序设计做了分析，文中介绍了数字温度计的现状及发展，通过对于PROTUS及KILEC的学习及应用，成功实现将软件设计与硬件电路相结合。加深了51单片机的知识了解，介绍51单片机的结构、特点等。并学习了数字温度传感器DS18B20，设计软件仿真，更直观的反应设计的正确性。本设计基本达到以下功能以单片机为基础，通过温度传感器感受温度，并将温度由模拟量转化为数字量，并由LCD显示其温度，具有温度上下限报警装置，并具有掉电保持的功能。通过此次学习让我对于单片机有了跟深刻的认识,并且能够将传感器于单片机结合使用,实现了二者完美的对接并且学会了运用仿真技术,使得理论知识与实际应用得到了结合,使得自己的设计更加的合理化,可应用化实现了知识的的可操作化参考文献1杨素行模拟电子技术基础第三版M北京高等教育出版社,20062康华光数字电子技术基础第五版M北京高等教育出版社,20063李全利，仲伟峰，徐军著单片机原理及应用M北京清华大学社,20064田金云基于单片机的LED汉字点阵显示系统设计J工业控制计算机2008687885李玉峰，倪虹霞MCS51系列单片机原理与接口技术J北京人民邮电出版社，2004，1872166沙占友集成温度传感器原理与应用J北京机械工业出版社，2002，84957刘君华智能传感器系统J西安电子科技大学出版社，1999，831058马忠梅，籍顺心，张凯等著单片机的C语言应用程序设计第4版M北京北京航天航空大学出版社,20079谭浩强著C语言程序设计教程第三版M北京清华大学出版社，200510于永，戴佳，常江著51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲M北京电子工业出版社，2007附录1仿真效果附录2程序INCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTUCHARISBITLCDRSP30SBITLCDRWP31SBITLCDENP32SBITD1P10SBITD2P11UCHARCODET0“THETEMPERATURE“UCHARCODET1“IS“UCHARCODEWENDU“0123456789“/利用一个温度表解决温度显示乱码SBITDQP37/定义DS18B20总线IO/液晶显示模块VOIDDELAYUINTZUINTX,YFORX100X1XFORYZY1YVOIDWRITE_COMUCHARCOMLCDRS0P2COMDELAY5LCDEN1DELAY5LCDEN0VOIDWRITE_DATEUCHARDATELCDRS1P2DATEDELAY5LCDEN1DELAY5LCDEN0VOIDINIT_LCDLCDEN0LCDRW0WRITE_COM0X38WRITE_COM0X01WRITE_COM0X0CWRITE_COM0X06WRITE_COM0X80FORI0I0IDQ0/给脉冲信号DAT1DQ1/给脉冲信号IFDQDAT|0X80TMPDELAY4RETURNDATVOIDWRITEONECHARUNSIGNEDCHARDAT/写一个字节UNSIGNEDCHARI0FORI8I0IDQ0DQDATTMPDELAY5DQ1DAT1UNSIGNEDINTREADTEMP/读取温度UNSIGNEDCHARA0UNSIGNEDCHARB0UNSIGNEDINTT0FLOATTT0INIT_DS18B20WRITEONECHAR0XCC/跳过读序号列号的操作WR