基于51单片机和DS18B20的数字温度计设计

毕毕 业业 设设 计计 论 论 文 文 课题名称 基于 51 单片机和 DS18B20 的温度计设计 指导教师 系 别 电 子 信 息 系 专 业 楼 宇 智 能 化 工 程 技 术 班 级 14 楼 宇 1 班 姓 名 摘摘 要要 随着科技的不断发展 电子设备的应用已经取得了非凡的成就 即使是高度集成化的 今天 单片机技术依旧在我们的日常生活中占据着重要的地位 温度是日常生活 工业 医学 环境保护 化工 石油等领域最常用到的一个物理量 测量温度的基本方法是使用 温度计直接读取温度 最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计 它们常常以刻度 的形式表示温度的高低 人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度 利用单片机和温度 传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度 得到温度的数字值 既简单方便 有直观准确 本文介绍了一个基于 STC89C51 单片机和数字温度传感器 DS18B20 的测温系 统 并用 LED 数码管显示温度值 易于读数 系统电路简单 操作简便 系统具有可靠性 高 成本低 功耗小等优点 通过 Proteus 画图以及 Keil 编程 成功的仿真出了能够实时 测量温度并显示温度的数字温度计 关键词 单片机 数字温度传感器 温度计 目目 录录 摘 要 2 目 录 3 第一章 绪言 1 1 1 课题背景 1 1 2 课题研究的目的和意义 1 1 3 国内外研究现状 2 第二章 设计要求 3 2 1 设计任务 3 2 2 基本要求 3 第三章 课程设计方案及器材选用分析 4 3 1 设计总体方案 4 3 1 1 方案论证 4 3 1 2 总体框图设计 5 3 2 器材选用分析 5 3 2 1 DS18B20 温度传感器 5 3 2 2 AT89S52 单片机介绍 9 1 AT89S52 的主要性能 9 2 AT89S52 的功能特性 9 3 3 系统硬件设计 10 3 3 1 主电路搭建 10 3 3 2 显示电路 11 3 3 3 总体电路 12 第四章 软件设计 13 4 1 主程序 13 4 2 读出温度子程序 13 4 3 温度转换命令子程序 14 4 4 计算温度子程序 15 5 4 键盘扫描流程图 15 第五章 仿真与调试 16 5 1 仿真与调试 16 5 2 调试与运行 16 致 谢 17 主要参考文献 18 附录 1 元件清单 19 附录 2 原理图 20 附录 3 实物图 21 附录 4 程序 22 0 第一章第一章 绪言绪言 1 1 课题背景 工农业生产中经常需要测量温度 在设计温度测量系统时 通 要采用电池供电的极低功耗模块 传统的温度测量手段比较多 但不论是采用分立晶体管 或者是热电偶 功耗都降不下来 为达到低 功耗要求 采用一枚极低功耗的 带 Flash 存储器的 MCU 以及热敏电阻传感器 日历时钟和液晶模 块 LCD 组成测量系统 采用负温度系数 NTC 热敏电阻 具有测量灵敏度高 体积小 电阻值大 价 格便宜等特点 且温度范围可以从 40 125 精度可达 1 基本上满足了行业中对温度的测量 需求 系统兼顾了温度测量精度和低功耗方面的要求 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛 但从国内生产的温度控制器来讲 总体 发展水平仍然不高 同日本 美国 德国等先进国家相比 仍然有着较大的差距 成熟的温控产品主 要以点位控制及常规的 PID 控制器为主 它们只能适应一般温度系统控制 而用于较高控制场合的智 能化 自适应控制仪表 国内技术还不十分成熟 形成商品化并广泛应用的控制仪表较少 随着我国 经济的发展及加入 WTO 我国政府及企业对此都非常重视 对相关企业资源进行了重组 相继建立了 一些国家 企业的研发中心 开展创新性研究 使我国仪表工业得到了迅速的发展 1 2 课题研究的目的和意义 温度是日常生活 工业 医学 环境保护 化工 石油等领域最常用到的一个物理量 测量温度 的基本方法是使用温度计直接读取温度 最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计 例如 水 银玻璃温度计 热电偶或热电阻温度计等 它们常常以刻度的形式表示温度的高低 人们必须通过读 取刻度值的多少来测量温度 传统的方式是采用热电偶或热电阻 利用单片机和温度传感器构成的电 子式智能温度计就可以直接测量温度 得到温度的数字值 既简单方便 有直观准确 随着社会的不断发展 人们对自动化集成中调空的要求日益提高 即使是高度集成化的今天 单 片机技术依旧在我们的日常生活中占据着重要的地位 科技不断发展 现代社会对各种信息参数的采 集的准确度和精确度的要求都有了巨大的增长 然而如何准确却又快速的获取需要的阐述却受限于当 代信息基础的发展水平 在三大信息技术中心急采集 传感器技术 信息传递 通信技术 和信息的处理 技术 计算机技术 中 传感器技术属于信息技术的前沿尖端产品 尤其是温度传感技术 在我国各个 领域已经引用的非常广泛 可以说是渗透到社会的每一个领域 人民的生活与环境的温度息息相关 1 在工业生产过程中需要实时测量温度 农业生产中也离不开温度的测量 因此研究温度的测量方法和 装置具有重要的意义 单片机自问世以来 性能不断提高和完善 其资源又能满足很多应用场合的需要 加之单片机具 有集成度高 功能强 速度快 体积小 功耗低 使用方便 价格低廉等特点 因此 在工业控制 智能仪器仪表 数据采集和处理 通信系统 高级计算器 家用电器等领域的应用日益广泛 并且正 在逐步取代现有的多片微机应用系统例如 单片机 LPC2148 目前在移动产品中有还是具有优势的 4 单片机的潜力越来越被人们所重视 特别是当前用 CMOS 工艺制成的各种单片机 由于功耗低 使用 的温度范围大 抗干扰能力强 能满足一些特殊要求的应用场合 更加扩大了单片机的应用范围 也 进一步促使单片机性能的发展 而现在的单片机在农业上页有了很多的应用 1 3 国内外研究现状 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统 尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上 但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件 CPU 内存 内部和外部总线系统 目前大部分还 会具有外存 同时集成诸如通讯接口 定时器 实时时钟等外围设备 而现在最强大的单片机系统甚 至可以将声音 图像 网络 复杂的输入输出系统集成在一块芯片上 单片机也被称为微控制器 Microcontroller 是因为它最早被用在工业控制领域 单片机具有低 的处理速度和存储容量小的特点 单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来 最早的设计理念 是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中 使计算机系统更小 更容易集成进复杂的而对体积 要求严格的控制设备当中 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器 从此以后 单片机和 专用处理器的发展便分道扬镳 早期的单片机都是 8 位或 4 位的 其中最成功的是 INTEL 的 8031 因为简单可靠而性能不错获 得了很大的好评 此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统 基于这一系统的单片机系统直到 现在还在广泛使用 随着工业控制领域要求的提高 开始出现了 16 位单片机 但因为性价比不理想并 未得到很广泛的应用 90 年代后随着消费电子产品大发展 单片机技术得到了巨大的提高 随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用 32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位 并且进入主流市场 而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高 处理能力比起 80 年代提高了数百 倍 目前 高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz 性能直追 90 年代中期的专用处理器 而普通 的型号出厂价格跌落至 1 美元 最高端的型号也只有 10 美元 当代单片机系统已经不再只在裸机环境 下开发和使用 大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上 而在作为掌上电脑和手 机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统 2 第二章第二章 设计要求设计要求 2 1 设计任务 现代社会生活中 多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便 支持 一线总线 接 口的温度传感器简化了数字温度计的设计 降低了成本 以美国 MAXIM DALLAS 半导体公司的单总 线温度传感器 DS18B20 为核心 以 ATMEL 公司的 AT89S52 为控制器设计的 DS18B20 温度控制器结 构简单 测温准确 具有一定控制功能的智能温度控制器 此次课程设计 就是用单片机 1 实现温度控制 传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器 但热敏电阻的可靠性差 测量温度准确率低 而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单 片机进行处理 本次采用 DS18B20 数字温度传感器来实现基于 51 单片机的数字温度计的设计 该数字温度计利用 AD590 集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号 经由模数转换器 ADC0804 转换成单片机能够处理的数字信号 然后送到单片机 AT89C51 中进行处理 变换 最后将温度值显示在 D4 D3 D2 D1 共 4 位七段码 LED 显示器上 系统以 AT89C51 单片机 为控制核心 加上 AD590 测温电路 ADC 模数转换电路 4 位温度数据显示电路以及外围电源 时 钟电路等组成 2 2 基本要求 实现实时温度显示 4 位 LED 显示 设计温度控制器原理图 学习用 PROTEL 画出该原理图 并 用 proteus 进行仿真 设计和绘制软件流程图 用 C 语言进行程序编写 焊接硬件电路 进行调试 3 第三章第三章 课程设计方案及器材选用分析课程设计方案及器材选用分析 3 1 设计总体方案 显示器件 LED8 位数码管 LED 液晶屏 12864 由于本设计的需要 仅仅需要显示温度值 而且在显示方面 8 为数码管有着直观清晰容易分辨的 特性 并且综合考虑 8 为数码管价格便宜 体积小巧等优点 所以当前选取 LED8 为数码管作为显示 器件 提及到温度的检测 我们首先会考虑传统的测温元件有热电偶和热电阻 而热电偶和热电阻测出 的一般都是电压 再转换成对应的温度 需要比较多的外部硬件支持 硬件电路复杂 软件调试也复 杂 制作成本高 因此 本数字温度计设计采用智能温度传感器 DS18B20 作为检测元件 测温范围 为 55 C 至 125 C 最大分辨率可达 0 0625 C DS18B20 可以直接读出被测量的温度值 而采用 三线制与单片机相连 减少了外部的硬件电路 具有低成本和易使用的特点 按照系统设计功能的要求 确定系统由三个模块组成 主控制器 STC89C51 温度传感器 DS18B20 驱动显示电路 总体电路框图如下 图 3 1 系统总体框图 3 1 1 方案论证 方案一 由于本设计是测温电路 可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应 在将随被测温 度变化的电压或电流采集过来 进行 A D 转换后 就可以用单片机进行数据的处理 在显示电路上 就可以将被测温度显示出来 这种设计需要用到 A D 转换电路 感温电路比较麻烦 所以 他的设计理论不符合本次设计的方案要求 应继续考虑另一可行方案 方案二 进而考虑到用温度传感器 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 所以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 因此 从以上两种方案很容易看出 方案二 电路比较简单 软件设计也比较简单 故采用了方 4 案二 3 1 2 总体框图设计 温度计电路设计总体设计方框图如图 3 2 所示 控制器采用单片机 AT89S52 温度传感器采用 DS18B20 用 3 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示 DS18B20 采用 3 脚 PR 35 封装或 8 脚 SOIC 封装 图 3 2 总设计方框图 主控制器 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 显示电路 显示电路采用 3 位共阳 LED 数码管 从 P3 口 RXD TXD 串口输出段码 3 2 器材选用分析 3 2 1 DS18B20 温度传感器 本设计的测温系统采用芯片 DS18B20 DS18B20 是 DALLAS 公司的最新单线数字温度传感器 它的体积更小 适用电压更宽 更经济 实现方法简介 DS18B20 采用外接电源方式工作 一线测温一线与 STC89C51 连接 测出的数据放在寄存器中 将数据经过 BCD 码转换后送到 LED 显示 DS18B20 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 9 12 位的数字值读数方式 5 DS18B20 的性能特点如下 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信 多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上 实现多点组网功能 无须外部器件 可通过数据线供电 电压范围为 3 0 5 5 零待机功耗 温度以 9 或 12 位数字 用户可定义报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度 温度报警条件 的器件 负电压特性 电源极性接反时 温度计不会因发热而烧毁 但不能正常工作 DS18B20 内部结构主要由四部分组成 64 位光刻 ROM 温度传感器 非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL 高速暂存器 DS18B20 的管脚排列如图 3 3 所示 64 位光刻 ROM 是出厂前被光刻好的 它 可以看作是该 DS18B20 的地址序列号 不同的器件地址序列号不同 图 3 3 DS18B20 引脚图 64 位 ROM 的结构开始 8 位是产品类型的编号 接着是每个器件的惟一的序号 共有 48 位 最后 8 位是前面 56 位的 CRC 检验码 这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因 温度报警触发 器 和 可通过软件写入户报警上下限 6 图 3 4 DS18B20 的内部结构图 DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EERAM 高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器 头 2 个字节包含测得的温度信息 第 3 和第 4 字 节 TH 和 TL 的拷贝 是易失的 每次上电复位时被刷新 第 5 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 字节各位的定义如下图 3 5 所示 低 5 位一直为 1 TM 是工作模式位 用于设置 DS18B20 在工作模 式还是在测试模式 DS18B20 出厂时该位被设置为 0 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 以 12 位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算 12 位转化后得到的 12 位数据 存储在 DS18B20 的两个高低两个 8 位的 RAM 中 二进制中的前面 5 位是符号位 如果测得的温度大于 0 这 5 位为 0 只要将测到的数值乘于 0 0625 即可得到实际温度 如果温度小于 0 这 5 位为 1 测到的 数值需要取反加 1 再乘于 0 0625 才能得到实际温度 DSl8B20 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 DSl8B20 这里没有被用到 对于第 4 个寄 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 0 0625 其转换时 间大约为 750ms 由表 3 1 可见 DS18B20 温度转换的时间比较长 而且分辨率越高 所需要的温度数据转换时间 越长 因此 在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑 高速暂存 RAM 的第 6 7 8 字节保留 未用 表现为全逻辑 1 第 9 字节读 出前面所有 8 字节的 CRC 码 可用来检验数据 从而保证通信数据的正确性 表 3 1 温度精度配置 当 DS18B20 接收到温度转换命令后 开始启动转换 转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展 的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1 2 字节 单片机可以通过单线接口读出该数据 读数 据时低位在先 高位在后 数据格式以 0 0625 LSB 形式表示 当符号位 S 0 时 表示测得的温度值为正值 可以直接将二进制位转换为十进制 当符号位 S 1 时 表示测得的温度值为负值 要先将补码变成原码 再计算十进制数值 表 2 4 2 是一部分温 7 度值对应的二进制温度数据 表 3 2 温度精度配置 DS18B20 完成温度转换后 就把测得的温度值与 RAM 中的 TH TL 字节内容作比较 若 T TH 或 T TL 则将该器件内的报警标志位置位 并对主机发出的报警搜索命令作出响应 因此 可用多 只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索 在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码 CRC 主机 ROM 的前 56 位来计算 CRC 值 并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较 以判断主机收到的 ROM 数据是否正确 DS18B20 的测温原理是这这样的 器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小 用于产生 固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1 高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变 所产生的 信号作为减法计数器 2 的脉冲输入 器件中还有一个计数门 当计数门打开时 DS18B20 就对低温度 系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决 定 每次测量前 首先将 55 所对应的一个基数分别置入减法计数器 1 温度寄存器中 计数器 1 和温度寄存器被预置在 55 所对应的一个基数值 减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数 当减法计数器 1 的预置值减到 0 时 温度寄存器的值将加 1 减法计数器 1 的预置将重新被装入 减法计数器 1 重新开始对低温度系 数晶振产生的脉冲信号进行计数 如此循环直到减法计数器计数到 0 时 停止温度寄存器的累加 此 时温度寄存器中的数值就是所测温度值 其输出用于修正减法计数器的预置值 只要计数器门仍未关 闭就重复上述过程 直到温度寄存器值大致被测温度值 另外 由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的 它有严格的时隙概念 因此读写时序很重要 系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行 操作协议为 初使化 DS18B20 发复位脉冲 发 ROM 功 能命令 发存储器操作命令 处理数据 8 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 I o 口就可以实现 DSl8B20 约定在每次通信前必须对其复位 表 3 3 DS18B20 的ROM操作指令 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 3 3 表 3 4 DS18B20 的存储器操作指令 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 3 2 2 AT89S52 单片机介绍 1 AT89S52 的主要性能 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 0Hz 33Hz 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 2 AT89S52 的功能特性 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 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 9 许 RAM 定时器 计数器 串口 中断继续工 作 掉电保护方式下 RAM 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 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 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 P3 口 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 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 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 则执行内部程序存储器的指令 10 22pF22pF 10MHz GND 3 3 系统硬件设计 3 3 1 主电路搭建 主电路主要是 测温电路以及单片机最小系统 测温电路 由于每片 DS18B20 含有唯一的硅串行通信口 加上温度传感器 DS18B20 的高集成度 导致测量电路非常简单 仅需要用单口与单片机通信即可 图 3 5 测温电路 单片机最小系统 单片机最小系统主要包括 3 个主要部分 复位电路 电源电路以及时钟电路 单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准 时钟信号通常用两种电路形式得 到 内部振荡和外部振荡 本系统设计采用内部振荡方式 图 3 6 时钟电路 RST 端的外部复位电路有两种操作方式 上电自动复位和按键手动复位 按键手动复位有电平方 式和脉冲方式两种 本系统设计采用上电复位 图3 7 复位电路 3 3 2 显示电路 显示电路 显示电路用四位一体的共阳极数码管显示 GND VCC RK1 200 RK2 10k C3 10uF 11 图 3 8 显示电路 3 3 3 总体电路 当接通电源以后 温度传感器正常工作 温度传感器将根据被测温度的不同来采集不同的数据 然后将所采集到的数据传送到比较器到中 然后由比较器将采集到的数据转变成高低电平 在送入单 片机 单片机通过控制各个引脚电平的高低来来控制温度的显示输出 整机电路图如图 3 9 所示 图 3 9 总体电路 12 第四章第四章 软件设计软件设计 整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的 当硬件基本定型的时候软件也基本定下拉了 从软件的功能不同 可以分为两的类 一是主程序 它是整个软件的核心 专门用来协调各个执行模 块和操作者的联系 二是子程序 它是用来完成各种实质性的工作的 如测量 计算 显示 通讯等 每一个执行软件就是一个小的执行模块 这里将每一个模块一一列出来 并为每个执行模块进行功能 定义和接口定义 4 1 主程序 主程序的主要功能是负责读出并处理 DS18B20 的测量的当前温度值 温度的实时显示 并根据设 置的上下限判断是否报警 系统开始运行时 温度传感器测量并计算温度值通过 P1 0 口传输进单片机 里进行处理 经过处理后的数据再通过 P0 口传输到数码管进行显示 通过按键设置温度报警界限 当超过报警界限时单片机将相应的数据通过 P1 1 口传输进行声光报警 温度测量每 1s 进行一次 这 样可以在一秒之内测量一次被测温度 其程序流程见图 4 1 所示 图 4 1 主程序流程图 13 4 2 读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节 在读出时需进行 CRC 校验 校验有错时不 进行温度数据的改写 其程序流程图如图 4 2 示 图 4 2 读温度流程图 4 3 温度转换命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令 当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750ms 在 本程序设计中采用 1s 显示程序延时法等待转换的完成 16 温度转换命令子程序流程图如上图 图 4 3 所示 图 4 3 温度转换流程图 14 4 4 计算温度子程序 计算温度子程序将 RAM 中读取值进行 BCD 码的转换运算 并进行温度值正负的判定 图 4 4 计算温度流程图 5 4 键盘扫描流程图 图 4 5 按键扫描流程图 15 第五章第五章 仿真与调试仿真与调试 5 1 仿真与调试 此设计的电路在 Proteus 软件中进行仿真 运行 Proteus 的 ISIS 程序后 进入该仿真软件的主界 面 主界面由菜单栏 工具栏 预览窗口 元件选择按钮 元件列表窗口 原理图绘制窗口和仿真进 程控制按钮组成 如图 7 2 所示 通过元件选择按钮 P 从库中选择元件命令 命令 在弹出的 Pick Devices 窗口中选择电路所需的元件 放置元件并调整其相对位置 对元件参数设置及元器件间连线 完成单片机系统的硬件原理图绘制 5 2 调试与运行 1 首先启动 KEIL C51 软件的集成开发环境 从桌面上双击 uVision 图标以启动软件 2 建立工程文件 通常单片机应用系统软件包含多个源程序文件 KEIL C51 使用工程这一概 念 将这些参数设置和所需的所有文件都加在一个工程中 因此 需要建立一个工程文件 并为这个 工程选择 CPU 确定编译 汇编 连接的参数 指定调试的方式 3 建立并添加源文件 使用菜单或者单击工具栏的新建文件按钮 出现文本便捷窗口 在该窗 口中输入新编制的源程序并保存该文件 然后 我打开已经画好的仿真图 再将生成的 HEX 文件导入单片机里 点击开始按钮 电路正 常工作 并且能够实现预先设想的所有功能 而且效果很好 从而验证了我的程序的正确性 图 5 1 仿真结果图 16 致致 谢谢 值此论文撰写即将结束之际 回想 2 年半的学习和研究生活 本人感慨颇深 深感时间的短促 在此次的论文撰写过程中 许多熟识的或仅仅是认识的人向本人提供了无私热情的帮助和支持 这是 由于这些人的鼓励和默默支持 才使本人能够较为顺利的完成了此次论文的编写 在本文即将完成之 际 我在此向所有为本文的完成提供了有益的建议和全力的帮助的人们致以最为由衷的谢意以及表达 本人的感激之情 在本论文的撰写过程中 我首先要对李艳华导师表示最诚挚的感谢 在论文选题及早期的准备工 作期间 老师无私的分享了所掌握的相关研究资料 并对资料内容进行了详细而有效的分析 为本人 的论文撰写提供较好的背景资料 在论文撰写期间 老师为课题的进行提供了尽可能多的物质和理论 的支持 并在算法的研究过程中给予了启发性的指导 没有老师的潜心指导和悉心照料 本课题根本 无法进行 在此再次对老师表示谢意 我还要感谢同学们对我的帮助 他们用丰富的理论和实践经验 为本人提供了良好的学习氛围和参考价值 正是在与他们的实际接触中让我逐渐完善自己的不足 并 不断取得进步 同时 还要感谢我身边的朋友们 在我生活和学习彷徨的时候给我有力的支持和帮助 我还要要感谢我的父母 是他们在精神 学业和生活上给我全力的关心和鼓励 论文的顺利完成也有 他们的一份功劳 最后 衷心的向给予我无私帮助的所有老师和同学致以谢意 向本人就读的安徽工 商职业学院致谢 它的严格 严肃 认真的教育态度和良好的学习设施及氛围让本人受益匪浅 总之 经过长时间的论文撰写 我不仅提高了理论分析的能力 同时也提高了动手实践的能力 作为这段学 习生活的总结 本论文的完成对于本人有着无法替代的重要意义 17 主要参考文献 主要参考文献 1 王小立 单片机应用技术一体化教程 中国科学技术大学出版社 2006 2 孙育才 MCS 51 系列单片微型计算机及其应用 第 3 版 南京 东南大学出版社 2003 3 毕万新 单片机原理与接口技术 第 2 版 大连理工出版社 4 谭浩强 C 语言程序设计 第三版 北京 清华大学出版社 2005 5 谭浩强 C 语言设计解题与上机指导 第二版 北京 清华大学出版社 1999 6 单片机学习网 http 7 DS18B20 使用说明书 18 附录附录 1 元件清单 元件清单 序号元件名称代号规格数量 1单片机U1AT89C521 2温度计U2DS18B201 3四位一体共阳数码管U30 561 4晶振Y112MHz1 5三极管Q1 Q2 Q3 Q490124 6电阻R1 R610K2 7电阻R2 R3 R4 R52 2K4 8瓷片电容C2 C330pF2 9电容C110uF1 10万用板7 91 11圆孔母座3PIN1 12电源插座DC1 13电源线USB1 14小按键K11 15自锁开关S11 16IC 座40 脚1 19 附录附录 2 原理图 原理图 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RST 9 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 AD7 P0 7 32 AD6 P0 6 33 AD5 P0 5 34 AD4 P0 4 35 AD3 P0 3 36 AD2 P0 2 37 AD1 P0 1 38 AD0 P0 0 39 VCC 40 U1 AT89C51 Y1 12MHz C2 30 C3 30 e 1 d 2 dp 3 c 4 g 5 S4 6 b 7 S3 8 S2 9 f 10 a 11 S1 12 U3 4 LED GND 1 DQ 2 VCC 3 U2 DS18B20 R1 10K A A F F B B E E D D dp dp C C G G S4 S3 S2 S1 C1 10uF R2 2 2K R3 2 2K R4 2 2K R5 2 2K b ce Q1 9012 b ce Q4 9012 b ce Q2 9012 b ce Q3 9012 S1 S2 S3 S4 12 34 K1 3 21 P1 POWER 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 S1 VCC VCC VCC VCC VCC VCC R6 10K P27 P25 P23 P21 P27 P25 P23 P21 P37 P37 20 附录附录 3 实物图 实物图 21 附录附录 4 程序 程序 include define ui unsigned int define uc unsigned char 宏定义 sbit DQ P3 7 定义 DS18B20 总线 I O bit bdata fuhao uc qian bai shi ge uc code led 0 x5F 0 x44