课程设计实验报告温度计的设计

1、课程设计报告课题名称： 基于 DS18B20 的温度计的设计姓名：常艳昭学号： 1128401073班级： 11 级通信工程时间：2014 年 6 月 10 日1摘要本实验介绍了一种基于单片机控制的数字温度计，就是用单片机 AT89C51 实现温度测量和报警，采用 DS18B20 温度传感器来作为温度监测元件，测温范围是 -30 度 120 度，使用 LCD 显示模块，能通过按键调整报警的上下限温度。该电路设计结构简单，可靠性高，功能强大。关键词：单片机，温度计， AT89C51，DS18B20，LCD 显示AbstractThe design of the Digital Thermomet

2、er ， using AT89C51 MCD as the core to control the temperature measurement and alarm，uses DS18B20 temperature sensor for temperature monitoring device， which can measure temperatures from -30 to 120 degrees. This study uses LCD to show the current temperature. It can adjust the upper and lower temper

3、ature of the alarm by the three buttons. This circuit design has simple structure, high reliability and powerful functions.Key words: MCD, Thermometer, AT89C51, DS18B20, LCD2目录1.设计目标 ···················

4、83;·····························41.1 设计要求···················

5、····································41.2 设计背景············

6、83;··········································42.设计方案2.1 设计思路·····

7、·················································42.2 设

8、计框图·················································

9、83;····42.3 所需器材············································

10、··········53.硬件设计·······································

11、;·················53.1 主控制器 AT89C51 ······························

12、;················53.2 温度传感器 DS18B20·······························

13、;··············53.3 各部分电路说明··································

14、;·············7晶振电路····································

15、··············7复位电路···································&

16、#183;··············8蜂鸣器和指示灯电路·································

17、83;······8温度采集电路及按键控制电路························ 8显示电路················&

18、#183;·····························84.电路测试及分析··················

19、83;······························94.1 实物图··················&

20、#183;·····································94.2 实测结果··········

21、3;············································9温度显示及报警····&#

22、183;·······································9掉电保存·········

23、83;········································105.总结········

24、83;·················································

25、83;·11附录一、 proteus仿真电路图······································· 11附录二、总程序····

26、3;··············································1131. 设计目标1.1 设计要求1、使用

27、 DS18B20温度传感器设计温度测量电路，温度范围设置为 -30 度到 150 度。2、能进行温度显示3、温度报警设定，掉电后数据保存。4、温度超限报警功能。1.2 设计背景在一些传统温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或 PN 结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成 AD 转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行 AD 转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本实验介绍单片机结合 DS18B20进行温度控制系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感（ DS18B20），不需复杂的信号调理电路和

28、 A D 转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。2. 设计方案2.1 设计思路在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值， 进行转换，就可以满足设计要求。显示模块采用的是液晶显示屏。2.2 温度计电路设计总体设计方框图如图1 所示42.3 所需器材AT89C51 芯片一个， DS18B20 温度传感器一个， LCD 液晶屏一个， 22pF 电容 2 个， 12M 晶振 1 个， 10uF 电容 1 个，触碰式按键 4 个， 220 欧电阻 3 个

29、， 1K 欧电阻一个， 4.7K 欧电阻一个， 10K 欧电阻一个， 10K 欧滑动变阻器一个， 1K 欧排阻一个，三极管一个，蜂鸣器一个， LED 灯 2 个。3.硬件设计3.1 主控制器 AT89C5140 个引脚， 4k bytes flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（ ram）， 32 个外部双向输入 / 输出（ I/O ）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电

30、模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。单片机 AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。单片机 AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。3.2温度传感器 DS18B20DS18B20温度传感器是美国 DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度

31、传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。TO92 封装的 DS18B20的引脚排列见下图。DS18B20 的特点如下：? 1、适应电压范围更宽，电压范围：3.0 5.5V ，在寄生电源方式下可由数 据线供电。? 2、独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双5向通讯。? 3、 DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。? 4、 DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形

32、如一只三极管的集成电路内。? 5、温范围 55 +125，在 -10 +85时精度为± 0.5 。?6、可编程 的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5 、 0.25 、 0.125 和 0.0625 ，可实现高精度测温。? 7、在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在 750ms内把温度值转换为数字，速度更快。? 8、测量结果直接输出数字温度信号，以 " 一 线总线 " 串行传送给 CPU，同时可传送 CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。?9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正

33、常工作。? 10、内部含有 E2PROM,其报警上、下限温度值和设定的分辨率倍数在芯片掉电的情况下不丢失。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM的结构为字节的存储器，结构如图 3 所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。 DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图 3 所示。低位一直为，是工作模式位，用于设置 DS18B20在工作模式还是在测试模式， DS18B20出厂时该位

34、被设置为，用户要去改动， R1和 0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度 LSB温度 MSBTH用户字节 1TL 用户字节 2配置寄存器保留保留保留CRC.TM R1 R011111.DS18B20 的初始化1.时序图62.写时序图3.读时序图3.3 各部分电路说明晶振电路7每个单片机系统里都有晶振， 全程是叫晶体震荡器。如右图电路所示， C1、C2 为瓷片电容，其大小均为 22PF；X1 即为晶振，其大小为11.0592MHz，电路中的 XTAL1 与 XTAL2 分别与 AT89S51 的第 19 脚和第 18 脚相连。在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单

35、片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。复位电路单片机在启动时都需要复位，以使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。 如上图所示电路可实现上电复位与手动复位。图中的 SW 为微动按钮， C3 为电解电容，其大小为 10uF/16V,所用的电阻 R 为 10K 。手动按钮复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平。当人为按下按钮时， 则 Vcc 的+5V 电平就会直接加到 RST 端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒， 所以，完全能够满足复位的时间要求。蜂鸣器和指示灯电路当温度

36、在安全范围内时， D2灯保持点亮； 当超出安全温度时， D1 灯点亮，同时，蜂鸣器报警。温度采集电路及按键控制电路电路中采用 R2 为 4.7K 的上拉电阻， 作用是在电路驱动器关闭时给线路（节点）以一个固定的电平。三个按键是用来调整温度报警的上下限值。显示电路本实验中是采用的LCD 液晶显示模块。84.电路测试及分析4.1 实物图实物图如下所示，左边是正面图，右边是反面图。4.2 实测结果温度显示及报警左图中显示的温度下限是 26 度，当实际温度下降到温度下限以下时， D1 等点亮，蜂鸣器报警；右图显示的是温度上限 80 度，实际温度高于下限温度， D2 灯点亮，且蜂鸣器不响。9掉电保存下面

37、左图显示的是掉电前温度上限设置为 69 度，右图是掉电后重启时，温度上限仍为 69 度，实现了掉电后保存温度上下限。105.总结经过我们小组成员的共同努力，终于完成了这次关于温度计的设计实验。虽然还有一点点不足，但总算是完成了任务，总体来说是达到了目标。通过这次实验，让我加深了对单片机的认识，同时也了解了 DS18B20 温度传感器的一些工作原理，以及如何写入掉电保存。当然，在实验过程中也碰到很多困难，其中程序上的就是关于掉电保存的问题， DS18B20 内部含有 E2PROM，芯片本身可以实现掉电保存，但是必须事先用程序写进去，这一步花了我们好多时间查找资料，最终是完成了。还有就是电路焊接的

38、时候遇到点小麻烦，有的地方焊得不牢固，导致电路板测试时不稳定。这次实验让我收获颇多，学到了不少知识，也增加了我对单片机的兴趣。附录一、仿真电路图附录二、程序代码#include <reg51.h>#include <intrins.h>#include <stdio.h>#define INT8U unsigned char11#define INT16U unsigned intsbit SET = P37;/定义调整键sbit DEC = P36;/定义减少键sbit ADD = P35;/定义增加键sbit DQ = P34;INT16U warn_h

39、1=0x20;INT16U warn_l1=0x14;INT8U Temp_Disp_Buff17;INT8U set_st=0;void Xianshi();void KEY_Scan();void copyRAMtoEE();void huidiaotoRAM();extern INT8U Temp_Value;extern INT8U Init_DS18B20();extern void LCD_Initialise();extern void LCD_ShowString(INT8U r, INT8U c,INT8U *str); extern void delay_ms(INT16U

40、);extern voidDelayX(INT16U x);extern INT8U Read_Temperature();externvoid WriteOneByte(INT8U dat);/-/ 主函数/-sbit beep=P23;sbit led0=P10;sbit led1=P11;sbit led2=P12;sbit led3=P13;void warn(INT16U s,INT8U led)INT8U i;i=s;beep=1;P1=led;while(i-)delay_ms(1);void copyRAMtoEE() /把 RAM中的 TH,TL,CONFIGURE REGI

41、STER数据复制到 EEPROM中Init_DS18B20();WriteOneByte(0xcc);12WriteOneByte(0x48); /RAM中数据复制到 EEPROMDelayX(100);/当数据完全复制到EEPROM中时总线会输出1void writetoRAM(INT8U CR) /CR-Configure registerInit_DS18B20();WriteOneByte(0xcc); /跳过写 ROMWriteOneByte(0x4e); /向 RAM中写数据WriteOneByte(warn_h1);WriteOneByte(warn_l1);WriteOneBy

42、te(CR);Init_DS18B20();void huidiaotoRAM() Init_DS18B20();WriteOneByte(0xcc); /跳过写 ROMWriteOneByte(0xb8);void KEY_Scan()writetoRAM(0x7f);if(DEC=0|ADD=0|SET=0)delay_ms(10);if(SET=0) while(SET=0); set_st+;if(set_st=3) set_st=0;else if (1)if(DEC=0)&&(set_st=1)delay_ms(10);if(DEC=0)&&(set

43、_st=1) while(DEC=0)&&(set_st=1); LCD_Initialise();warn_h1-;sprintf(Temp_Disp_Buff,"TEM:%dxDFx43",warn_h1); LCD_ShowString(0,0,Temp_Disp_Buff) ; delay_ms(150);13elseif(DEC=0)&&(set_st=2)delay_ms(10);if(DEC=0)&&(set_st=2) while(DEC=0)&&(set_st=2); LCD_Initiali

44、se();warn_l1-;sprintf(Temp_Disp_Buff,"TEM:%dxDFx43",warn_l1); LCD_ShowString(0,0,Temp_Disp_Buff) ; delay_ms(150);elseif(ADD=0)&&(set_st=1)delay_ms(10);if(ADD=0)&&(set_st=1) while(ADD=0)&&(set_st=1); LCD_Initialise();warn_h1+;sprintf(Temp_Disp_Buff,"TEM:%dxDFx43",warn_h1); LCD_ShowString(0,0,Temp_Dis