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数字温度计的设计与测量 摘要： 根据8051 的特点及APD 转换器的原理,实现温度测量的数字化和自动化.并且熟悉数字温度传感器DS18B20的使用，掌握用单片机口线进行1-wire串行通信的方法；根据DS18B20工作时序要求进行程序设计，能够通过软件调试正确得到采集的温度值；将单片机采集温度程序和显示程序结合起来，通过系统软硬件整体调试正确得到采集的温度值并进行显示。关键词：8051 单片机;数字温度计;APD 转换;温度传感器;数码管正文：温度测量涉及各行各业,而传统的温度测量仪器有酒精温度计、煤油温度计、水银温度计等,都需人工手动测量. 在科学技术发展的今天很多场合(有毒、高温、无人等) ,用传统的温度测量技术就显得比较麻烦. 单片机的出现,电子技术的飞速发展,使温度计的自动化、数字化就变得容易实现. 本文着重研究用单片机控制的数字温度计,采用LED 七段数码管显示温度值,实现一目了然的测量被测物的温度大小. 设计一个8051 单片机控制的数字式测温仪,测量温度0 50 ,并要求将温度在两个数码管上显示,分别显示十位数和个位数,最小温度变化量为1 ,每变化一个温度值在数码管上显示6秒.硬件结构如下所示制做简单的电路板，电路图如下所示关于A/D转换单元，由ADC0809 转换器及温度传感器电路组成. 温度传感器电路如图2 示,RT 为热敏电阻,起检测被测物温度的作用,将温度物理量变成电压物理量. 而ADC0809 是8 位APD 转换器,将温度传感器得到的模拟信号变成数字信号送入CPU. 从图2 可知APD 转换器的模拟输入端电压:Vi = 15R8P(R8 + RT) ,由热敏电阻特性可知,温度越高阻值越小,而获得的模拟电压值越高. 因ADC0809 具有通道地址锁存功能,所以这里采用P0. 0P0. 2 直接与模拟输入通道地址译码输入A、B、C 相接. 模拟电压Vi 从IN0 输入,因此模拟通道地址为F7F8H. 转换典型时钟频率为640KHz ,由于ADC0809 内部无时钟电路,在此通过8051 的ALE 端提供时钟信号. P0 口也作为ADC0809 的数据口用,数据信号就是通过P0 口送到8051 内部进行处理的.关于显示接口单元，由两个七段数码管显示器及一块七段锁存译码驱动器组成,并用P1 口作十进制调整后的二十进制数的输出口及显示控制口. 而数据信号只用上了P1. 0 P1. 3 ,P1. 4 和P1. 5 用作显示控制信号端. 4 位BCD 码再经CD4511 转换成七段显示码去驱动两个共阴七段数码管.通过计算机进行编程如下所示数值转换程序XJM: MOV DPTR , # DATA1 ; 取表首地址MOV R5 ,AMOV R6 , # 00HLOOP : CLR AMOVC A , A + DPTR ; 查表CLR C ; 清借位零SUBB A ,R5 ; 比较MOV A ,R6JNC JM1ADDC A , # 1DA A ; 温度值十进制调整MOV R6 ,AINC DPTR ; 取下一个表地址AJMP LOOP ; 进行下一次比较JM1 : RETA/D 输出值对照表:DATA1 : 58 0 61 1 63 2 :255 50 A/D转换程序START: MOV DPTR , # F7F8H ; 发APD 启动脉冲MOVX DPTR ,AMOV 30H , # 0AHDELY: DJNZ 30H ,DELY ; 延时,等EOC 变为低电平WEND: JB P3. 3 ,WEND ; 查APD 转换结束否MOVXA , DPTR ; 若结束,读取APD 转换值ACALL XJM ; 调数值转换子程序:显示程序MOV R0 ,AANL A , # 0FH ; 取低四位值ORL A , # 0E0HMOV R3 ,A ; 送个位数字到R3 中MOV A ,R0RR A ; 右移四位(高低四位交换位置)RR ARR ARR AANL A , # 0FHORL A , # 0D0HMOV R4 ,A ; 送十位数字到R4 中:如果用C程序则如下所示#include#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit DATA = P37; /DS18B20接入口uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;char bai,shi,ge; /定义变量/*延时子函数*/void delay(uint num)while(num-) ;/*DS18b20温度传感器函数*/Init_DS18B20(void) /传感器初始化 uchar x=0; DATA = 1; /DQ复位 delay(10); /稍做延时 DATA = 0; /单片机将DQ拉低 delay(80); /精确延时 大于 480us /450 DATA = 1; /拉高总线 delay(20); x=DATA; /稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay(30);/读一个字节ReadOneChar(void)uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i0;i-) DATA = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DATA = 1; / 给脉冲信号 if(DATA) dat|=0x80; delay(8); return(dat);/写一个字节WriteOneChar(unsigned char dat) uchar i=0; for (i=8; i0; i-) DATA = 0; DATA = dat&0x01; delay(10); DATA = 1; dat=1; delay(8);/读取温度int ReadTemperature(void)uchar a=0;uchar b=0;int t=0;float tt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度a=ReadOneChar();/低位b=ReadOneChar();/高位t=b;t=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t= tt*10+0.5; return(t);/*显示子函数*/void display(int bai,int shi,int ge)P2=0XFB; /显示小数点P0=0X80; /显示小数点delay(50);/显示小数点P2=0xf7;P0=tablebai;/显示千位delay(50);/一小段延时动态显示P2=0xfb;P0=tableshi;/显示百位delay(50);P2=0xfd;P0=tablege;/显示十位delay(100);P2=0xfe;P0=table0;/显示个位delay(50);void main()int temp;while(1) temp=ReadTemperature();/读温度bai=temp%1000/100;/显示百位shi=temp%100/10;/显示十位ge=temp%10;/显示个位display(bai,shi,ge);/显示函数 用计算机软件仿真如下电路结果分析实验需要的仪器设备如下所示1、单片机实验板 1套2、电脑1台 、示波器1台、焊接工具1套、万用表1台3、DS18B20 1个，通用板 1块，4.7k电阻1个，电线若干在该系统设计中送“个位数”或“十位数”后,需调用2 ms 的延时子程序,而显示一个温度值后应轮流显示6 秒的循环程序,程序设计较容易实现.有个别问题：数码管不能正常显示温度；或电路输出有闪烁不明的问题。前者可能是程序问题，也可能是板子问题，还有可能是单片机板与ds18b20板子的连接问题，后者多为需加个去抖动程序即可。本次实验过程中焊板较为简单，只是由两个电阻和一个DS18B20组成 即可完成程序，该系统设计运用了延时程序来表示十位和个位，程序较容易实现，成本低，适用范围广，应用于一般的数字温度测量已经达到要求，是一个入门实验的首选。增加了我的动手能力。 参考文献：1 蔡美琴,张为民,沈新群等.MCS 51 系列单片机系统及其应用M . 北京:高等教育出版社,1992.2 王振伟. 51P98 单片计算机原理及应用技术M . 长沙:湖南师范大学出版社,1996.3 瞿星志