基于51单片机的数字温度计.doc

分类号 分类号 TPTP 单位代码 单位代码 107107 密密 级 级 一般一般 学学 号 号 本科毕业论文 设计 本科毕业论文 设计 题题 目 基于目 基于 5151 单片机的数字温度计单片机的数字温度计 专专 业 业 姓姓 名 名 指导教师 指导教师 职职 称 称 答辩日期 二答辩日期 二 一三年五月二十七日一三年五月二十七日 基于基于 5151 单片机的数字温度计的设计单片机的数字温度计的设计 摘要 摘要 本系统采用 AT89C51 型单片机作为数字温度计控制核心 采用 DS18B20 温 度传感器作为测温电子元件 通过 LED 显示管传输数据 实现温度的测量 并用发光 二极管的灭和亮进行报警 整个系统包含两部分 一是硬件部分 另一个是软件部分 硬件采用常用的器件单片机和温度传感器 软件用 C 语言进行编程 从而实现所需功 能 此系统是软硬结合 传感器测温 单片机处理 显示管显示 最终完成电子温度 计的总体设计 此系统小巧紧促 控制精度高 信号采集效果好 便于实际的应用 关键词 温度计 单片机 温度传感器 Design of digital thermometer based on 51 single chip Microcomputer Abstract The system uses AT89C51 microcontroller as a digital thermometer to control core DS18B20 temperature sensor for temperature measurement of electronic components and transmit data through LED display transistors and temperature measurement Realization of temperature measurement and led out and light alarm The whole system consists of two parts that is hardware other is software Commonly used by hardware devices and single chip microcomputer temperature sensors software programming in the c language in order to achieve the required functionality This system is a combination of soft and hard temperature measurement sensor MCU display display finalize the General design of the electronic thermometer This system is small jincu high control precision signal acquisition effects ease of practical applications Keywords Thermometer Single chip microcomputer Temperature sensor 目 录 1 绪论 1 1 1 题目背景及目的 1 1 2 国内外研究状况 1 1 3 课题主要工作 2 2 开发工具 keil 简介 2 2 1 keil 的介绍 2 2 1 1 系统概述 2 2 1 2 整体结构 3 3 数字温度计方案可行性分析 4 4 系统硬件选择与设计系统硬件选择与设计 5 5 系统软件的设计系统软件的设计 16 结论 18 参考文献 18 谢辞 19 附录 20 1 绪论 1 1 课题的背景和目的 温度对于生物的生存起着重要的作用 而人们对环境的感知也从单纯的身体感感 官发展到今天的用各种温度计来对周围的环境进行准确的测量 过去的温度测量方法 不仅耗时耗力 而且精度差 但单片机的出现使得温度的采集和数据的处理得到了很 好的解决 过去的温测装置主要以热敏电阻为测温元件 其成本低 但需用一些信号 处理电路 并且可靠性相对较差 精确度低 与过去的测温装置比较 这里设计的电 子温度计具有测温准确 便于读数 适用范围广等等 单片机自 1976 年由 Intel 公司推出 MCS 48 开始 迄今已有三十多年了 由于单 片机集成度高 功能强 可靠性高 体积小 功耗低 使用方便 价格低廉等一系列 优点 以广泛应用到各种行业 这次设计选用的是最常用的 51 系列 便于实现和应 用 测温传感器采用美国 DALLAS 半导体公司的智能温度传感器 DS18B20 测温范围为 55 125 最大分辨率可达 0 0625 可以直接读出被测温度值 采用单线制 与单片机相连 具有低成本和易使用的特点 同时它具有微型化 低功耗 高性能 抗干扰能力强 易配微处理器等优点 特别适合于构成多点温度测控系统 可直接将 温度转化成串行数字信号供微机处理 从 DS1820 读出或写入 DS1820 信息仅需要一根 口线 其读写及温度变换功率来源于数据总线 该总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电 而无需额外电源 DS18B20 能提供 12 位温度读数 它无需任何外围硬 件即可方便地构成温度测量系统 课题的设计目的 1 深入学习单片机应用的知识 提高综合及灵活运用所学知识的能力 2 学习 DS18B20 数字温度传感器的测温原理 3 通过对课题设计方案的分析 选择 比较 熟悉单片机用系统开发 研制的过 程 软硬件设计的方法 内容及步骤 4 学会用 Proteus 7 Professional 进行电路的仿真 5 学会使用 Keil uVision3 软件 进一步学会用 c 语言进行单片机的编程 1 2 国内外研究状况 虽然我国这几年在温度控制领域有很大突破 但综其实力还不能和欧美以日本相比 我国一般的温控技术比较成熟 但就智能方面 我国还不是非常成熟的 但随着国家 资金的投入 以及项目的研究使我国的温控逐步得到很好的发展 单片机是一种集成电路芯片 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的 中央处理器 CPU 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 多种 I O 口和中断系统 定时器 计时器等功能 可能还包括显示驱动电路 脉宽调制电路 模拟多路转换器 A D 转 换器等电路 集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统 在工业控制 领域的广泛应用 从上世纪 80 年代 由当时的 4 位 8 位单片机 发展到现在的 32 位 300M 的高速单片机 1 3 课题的主要工作 本课题的重点是应用单片机和温度传感器 进行温度的转换及测量 主要工作如下 1 选好单片机和温度传感器 用 Proteus 进行仿真 及其 PCB 的焊接和调试 2 温度传感器采用 DS18B20 3 温度的显示用数码管 4 用 c 语言编写好程序 调试 最后完成设计要求 2 开发工具 keil 2 1 keil 的介绍 编程使用的软件是 KEIL 编程使用 C 语言 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发 系统 与汇编相比 C 语言在功能上 结构性 可读性 可维护性上有明显的优势 因而易学易用 Keil 提供了包括 C 编译器 宏汇编 连接器 库管理和一个功能强 大的仿真调试器等在内的完整开发方案 通过一个集成开发环境 uVision 将这些 部分组合在一起 假如运用 C 语言编程 Keil 的使用十分方便 即使不使用 C 语言 而仅用汇编语言编程 其方便易用的集成环境 强大的软件仿真调试工具也能发挥很 大作用 2 1 1 系统概述 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具 全 Windows 界 面 另外重要的一点 只要看一下编译后生成的汇编代码 就能体会到 Keil C51 生 成的目标代码效率非常之高 多数语句生成的汇编代码很紧凑 容易理解 在开发大 型软件时更能体现高级语言的优势 下面详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和 使用 2 1 2 Keil C51 单片机软件开发系统的整体结构 C51 工具包的整体结构 uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境 IDE 可以完成编辑 编译 连接 调试 仿真等整个开发流程 开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件 然后分别由 C51 及 C51 编 译器编译生成目标文件 OBJ 目标文件可由 LIB51 创建生成库文件 也可以与库 文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件 ABS ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件 以供调试器 dScope51 或 tScope51 使用进行源代码级调试 也可由仿真器 使用直接对目标板进行调试 也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中 3 方案的设计与论证 3 1 显示电路方案 方案一 采用 LCD 液晶显示 采用 1602 LCD 液晶显示 此方案显示虽然内容相对丰富 但价格高 方案二 采用数码管动态显示 使用七段 LED 数码管 采用动态显示的方法来显示各项指标 此方法价格成本低 综合上述原因 采用方案二 使用数码管作显示电路 3 2 测温电路方案 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 在将随被测温度变化的 电压或电流采集过来 A D 转换后 就可以用单片机进行处理 在显示电路上 就可 以显示出来 但这种设计需要用到 A D 转换电路 其中还涉及到电阻与温度的对应值 的计算 比较麻烦 而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏 差 方案二 用温度传感器 在单片机电路设计中 大多都是使用传感器 所以可以采用一只 温度传感器感器 DS18B20 此传感器 可以很容易直接读取被测量温度值 进行转换 电路简单 精度高 如硬件都可以实现 而且使用单片机的接口便于系统的在扩展 满足设计要求 以上两种方案 很容易看出 采用方案二 电路比较简单 费用较低 可靠性高 软件设计也比较简单 故采用方案二 4 元器件介绍 4 1 核心处理器的设计 4 1 1 单片机 STC89C52RC STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速 低功耗 超强抗干扰的单片机 指令代码完全兼容传统 8051 单片机 12 时钟 机器周期和 6 时钟 机器周期可以任意 选择 主要特性如下 1 增强型 8051 单片机 6 时钟 机器周期和 12 时钟 机器周期可以任意选择 指令代码完全兼容传统 8051 2 工作电压 5 5V 3 3V 5V 单片机 3 8V 2 0V 3V 单片机 3 工作频率范围 0 40MHz 相当于普通 8051 的 0 80MHz 实际工作频率 可达 48MHz 4 用户应用程序空间为 8K 字节 5 片上集成 512 字节 RAM 6 通用 I O 口 32 个 复位后为 P1 P2 P3 P4 是准双向口 弱上拉 P0 口是漏极开路输出 作为总线扩展用时 不用加上拉电阻 作为 I O 口 用时 需加上拉电阻 7 ISP 在系统可编程 IAP 在应用可编程 无需专用编程器 无需专 用仿真器 可通过串口 RxD P3 0 TxD P3 1 直接下载用户程序 数秒 即可完成一片 8 具有 EEPROM 功能 9 具有看门狗功能 10 共 3 个 16 位定时器 计数器 即定时器 T0 T1 T2 11 外部中断 4 路 下降沿中断或低电平触发电路 Power Down 模式可由外 部中断低电平触发中断方式唤醒 12 通用异步串行口 UART 还可用定时器软件实现多个 UART 13 工作温度范围 40 85 工业级 0 75 商业级 14 PDIP 封装 STC89C52RC 单片机的工作模式 掉电模式 典型功耗 0 1 A 可由外部中断唤醒 中断返回后 继续执行原程序 空闲模式 典型功耗 2mA 正常工作模式 典型功耗 4Ma 7mA 掉电模式可由外部中断唤醒 适用于水表 气表等电池供电系统及便携设备 STC89C52RC 引脚图 STC89C52RC 引脚功能说明 VCC 40 引脚 电源电压 VSS 20 引脚 接地 P0 端口 P0 0 P0 7 39 32 引脚 P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I O 口 作为输出端口 每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载 对端口 P0 写入 1 时 可以作为高 阻抗输入 在访问外部程序和数据存储器时 P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数 据的复用总线 此时 P0 口内部上拉电阻有效 在 Flash ROM 编程时 P0 端口接收 指令字节 而在校验程序时 则输出指令字节 验证时 要求外接上拉电阻 P1 端口 P1 0 P1 7 1 8 引脚 P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 的输出缓冲器可驱动 吸收或者输出电流方式 4 个 TTL 输入 对端口写 入 1 时 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位 这是可用作输入口 P1 口作输入 口使用时 因为有内部上拉电阻 那些被外部拉低的引脚会输出一个电流 此外 P1 0 和 P1 1 还可以作为定时器 计数器 2 的外部技术输入 P1 0 T2 和定时器 计数器 2 的触发输入 P1 1 T2EX 具体参见下表 在对 Flash ROM 编程和程序校验时 P1 接收低 8 位地址 P1 0 和 P1 1 引脚复用功能 引脚号功能特性 P1 0 T2 定时器 计数器 2 外部计数输入 时钟输出 P1 1 T2EX 定时器 计数器 2 捕获 重装触发和方向控制 P2 端口 P2 0 P2 7 21 28 引脚 P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 端口 P2 的输出缓冲器可以驱动 吸收或输出电流方式 4 个 TTL 输入 对端口 写入 1 时 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平 这时可用作输入口 P2 作为输 入口使用时 因为有内部的上拉电阻 那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流 在访问外部程序存储器和 16 位地址的外部数据存储器 如执行 MOVX DPTR 指令 时 P2 送出高 8 位地址 在访问 8 位地址的外部数据存储器 如执行 MOVX R1 指令 时 P2 口引脚上的内容 就是专用寄存器 SFR 区中的 P2 寄存器的内 容 在整个访问期间不会改变 在对 Flash ROM 编程和程序校验期间 P2 也接收高位地址和一些控制信号 P3 端口 P3 0 P3 7 10 17 引脚 P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 端口 P3 的输出缓冲器可驱动 吸收或输出电流方式 4 个 TTL 输入 对端口写 入 1 时 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位 这时可用作输入口 P3 做输入口 使用时 因为有内部的上拉电阻 那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流 在对 Flash ROM 编程或程序校验时 P3 还接收一些控制信号 P3 口除作为一般 I O 口外 还有其他一些复用功能 如下表所示 P3 口引脚复用功能 引脚号复用功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 外部中断 0 0INT P3 3 外部中断 1 1INT P3 4 T0 定时器 0 的外部输入 P3 5 T1 定时器 1 的外部输入 P3 6 外部数据存储器写选通 WR P3 7 外部数据存储器读选通 RD RST 9 引脚 复位输入 当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效 用 来完成单片机单片机的复位初始化操作 ALE 30 引脚 地址锁存控制信号 ALE 是访问外部程序存储器时 锁存P 低 8 位地址的输出脉冲 在 Flash 编程时 此引脚 也用作编程输入脉冲 P 29 引脚 外部程序存储器选通信号 是外部程序存储器选通PSENPSEN 信号 当 AT89C51RC 从外部程序存储器执行外部代码时 在每个机器周期被激PSEN 活两次 而访问外部数据存储器时 将不被激活 PSEN VPP 31 引脚 访问外部程序存储器控制信号 为使能从 0000H 到 FFFFHEA 的外部程序存储器读取指令 必须接 GND 注意加密方式 1 时 将内部锁定位EAEA RESET 为了执行内部程序指令 应该接 VCC 在 Flash 编程期间 也接收 12EAEA 伏 VPP 电压 XTAL1 19 引脚 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端 XTAL2 18 引脚 振荡器反相放大器的输入端 4 1 2 80C51 单片机的中断系统 80C51 系列单片机的中断系统有 5 个中断源 2 个优先级 可以实现二级中断服 务嵌套 由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器 IE 控制 CPU 是否响应中断请求 由中断优先级寄存器 IP 安排各中断源的优先级 同一优先级内各中断同时提出中断 请求时 由内部的查询逻辑确定其响应次序 4 1 3 80C51 单片机的定时 计数器 在单片机应用系统中 常常会有定时控制需求 如定时输出 定时检测 定时扫 描等 也经常要对外部事件进行计数 80C51 单片机内集成有两个可编程的定时 计 数器 T0 和 T1 它们既可以工作于定时模式 也可以工作于外部事件计数模式 此 外 T1 还可以作为串行口的波特率发生器 4 1 4 复位电路的设计 单片机复位电路的设计如图 4 3 所示 该复位电路采用上电复位的方式 实现上电复 位功能 上电复位是利用电容来实现的 即上电瞬间 RST 端的电位与 VCC 相同 随着 充电电流的减少 RST 的电位逐渐下降 图中的 R 是施密特触发器输入端的一个 10K 下拉电阻 时间常数为 10 10 6 10 103 100ms 只要 VCC 的上升时间不超 过 1ms 振荡器建立时间不超过 10ms 这个时间常数足以保证完成复位操作 上电复 位所需的最短时间是震荡周期建立时间加上 2 个机器周期的时间 在这个时间内 RST 的电平应该维持高于施密特触发器的下阀值 图 4 3 单片机复位电路 4 1 5 晶振电路的设计 单片机晶振电路的设计如图 4 4 所示 XTAL1 X1 为反向振荡放大器的输入及 内部时钟工作电路的输入 XTAL2 X2 是来自反向振荡器的输出 按照理论上 AT89C51 使用的是 12MHz 的晶振 但实测使用 11 0592MHz 所以设计者通常用的是 12MHz 图 4 4 单片机晶振电路 4 2 数字温度传感器 DS18B20 Dallas 公司的数字温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持一线总线接口的温 度传感器 一线总线具有独特而经济的特点 用户可轻松地组建传感器网络 为测试 系统构建引入了全新的概念 其测量温度的范围为 55 125 在 10 85 范围 内 可以程序设定 9 12 bit 的分辨率 现场温度直接以一线总线的数字方式传输 大大提高了系统的抗干扰能力 适合于恶劣环境的温度测量 4 2 1 DS18B20 的引脚描述 DS18B20 的引脚图如图 3 所示 图 3 DS18B20 的引脚图 GND 电源地 DQ 数据输入 输出脚 VDD 可选电源脚 电源电压范围 3 5 5V 4 2 2 DS18B20 主要由以下四部分组成 1 温度传感器 完成对温度的测量 2 非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL 3 配置寄存器 出厂时被设定为 12 位数据格式 4 64 位光刻 ROM 其中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的 它可以看作 该得地址序列码 并且其中的 48 位为该得自身惟一序列号 其作用就是使每一个 温度传感器都不相同 这样就可以实现一根总线上挂多个DS18B20 的目的 4 2 3 温度数据格式及数值转换 以 12 位转换为例 用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供 以 0 0625 表示 12 位二进制温度数据代码存储在两个8bit 的 RAM 中 二进制的 前两位的前五位是符号位 如果测得的温度大于零 这五位为零 只要将测得的数 值转化为十进制数值乘以 0 0625 即可以得到实际的温度 如果温度小于零 这五 位为 1 测得的数值转化为十进制乘以 0 0625 即可得到实际温度 具体的实际温 度值和两字节数据对应关系如表 4 所示 表 4 实际温度值和两字节数据对应关系 温度 数字输出数字输出 十六 1250000 0111 1101 000007D0H 10 1250000 0000 1010 001000A2H 0 50000 0000 0000 10000008H 00000 0000 0000 00000000H 0 51111 1111 1111 1000FFF8H 10 1251111 1111 0101 1110FF5EH 551111 1100 1001 0000FC90H 4 2 4 操作和控制 DS18B20 工作过程中的协议如下 初始化 ROM 操作命令 RAM 操作命令 处理数据 1 初始化 单总线上的所有处理均从初始化开始 2 ROM 操作命令 总线主机检测到 DS18B20 的存在便可以发出 ROM 操作命令 这些命令如表 5 所示 表 5 ROM 操作命令 ROM 操作命令指令代码ROM 操作命令指令代码 Read ROM 读 ROM 33H Search ROM 搜索 ROM F0H Match ROM 匹配 ROM 55H Alarm search 报警搜索 ECH Skip ROM 跳过 ROM CCH 3 RAM 操作命令如表 6 所示 根据 DS18B20 的通信协议 主机控制 DS18B20 完成温度转化必须经过以下 3 个步骤 每次读写之前都要对 DS18B20 进行复位 复位成功后发送一条 ROM 指令 最后发送 RAM 指令 这样才能对 DS18B20 进行 预定的操作 复位要求 CPU 将数据线下拉 500 s 然后释放 DS18B20 收到信号 后等待 16 60 s 发出 60 240 s 脉冲 CPU 收到此信号表示复位成功 表 6 RAM 操作命令 RAM 操作指令指令代码RAM 操作指令指令代码 Write Scratchpad 写暂存存储器 4EH Convert Temperature 温度变换 44H Read Scratchpad 读暂存存储器 BEH Recall EPROM 重新调出 B8H Copy Scratchpad 复制暂存存储器 48H Read Power Supply 读电源 B4H 4 2 5 系统总体构成图和系统总电路图如图 4 1 和图 4 2 STC89 C52RC MAX282 电平转换 PC 机 DS18B20 温度传感器数码管显示 晶振电路 发光二极管 图 4 1 系统总体构成图 图 4 2 系统总电路图 4 3 数码管显示模块 数码管是一种半导体发光器件 其基本单元是发光二极管 数码管按段数分为七 段数码管和八段数码管 八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元 多一个小 数点显示 按能显示多少个 8 可分为 1 位 2 位 4 位等等数码管 按发光二极 管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管 共阳数码管是指将所有发光二极 管的阳极接到一起形成公共阳极 COM 的数码管 共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到 5V 当某一字段发光二极管的阴极为低电平时 相应字段就点亮 当某一 字段的阴极为高电平时 相应字段就不亮 共阴数码管是指将所有发光二极管的阴 极接到一起形成公共阴极 COM 的数码管 共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到 地线 GND 上 当某一字段发光二极管的阳极为高电平时 相应字段就点亮 当某一字 段的阳极为低电平时 相应字段就不亮 数码管要正常显示 就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码 从而显示出我们 要的数字 因此根据数码管的驱动方式的不同 可以分为静态式和动态式两类 1 静态驱动也称直流驱动 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单 片机的 I O 端口进行驱动 或者使用如 BCD 码二 十进制译码器译码进行驱动 静态 驱动的优点是编程简单 显示亮度高 缺点是占用 I O 端口多 个数码管 实际应用 时必须增加译码驱动器进行驱动 增加了硬件电路的复杂性 2 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一 动态驱 动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a b c d e f g dp 的同名端连在一起 另外为每 个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路 位选通由各自独立的 I O 线控制 当单 片机输出字形码时 所有数码管都接收到相同的字形码 但究竟是那个数码管会显示 出字形 取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制 所以我们只要将需要显示的数码 管的选通控制打开 该位就显示出字形 没有选通的数码管就不会亮 通过分时轮流 控制各个数码管的的 COM 端 就使各个数码管轮流受控显示 这就是动态驱动 在轮 流显示过程中 每位数码管的点亮时间为 1 2ms 由于人的视觉暂留现象及发光二 极管的余辉效应 尽管实际上各位数码管并非同时点亮 但只要扫描的速度足够快 给人的印象就是一组稳定的显示数据 不会有闪烁感 动态显示的效果和静态显示是 一样的 能够节省大量的 I O 端口 而且功耗更低 4 4 发光二极管报警模块 发光二极管 LightEmittingDiode LED 是一种半导体组件 初时多用作为指示灯 显示发光二极管板等 随着白光 LED 的出现 也被用作照明 发光二极管的两根引线 中较长的一根为正极 应接电源正极 有的发光二极管的两根引线一样长 但管壳上 有一凸起的小舌 靠近小舌的引线是正极 与小白炽灯泡和氖灯相比 发光二极管的 特点是 工作电压很低 有的仅一点几伏 工作电流很小 有的仅零点几毫安即可 发光 抗冲击和抗震性能好 可靠性高 寿命长 通过调制通过的电流强弱可以方 便地调制发光的强弱 由于有这些特点 发光二极管在一些光电控制设备中用作光源 在许多电子设备中用作信号显示器 把它的管心做成条状 用 7 条条状的发光管组成 7 段式半导体数码管 每个数码管可显示 0 9 十个数目字 图 4 3 发光二极管 5 系统软件设计 5 1 DS18B20 的工作过程 DS18B20 复位初始化程序 读出转换后的温度值 写 DS18B20 程序 读 DS18B20 程序 DS18B20 实现温度转换读取温度数值程序流程图如图5 1 所示 开始 DS18B20 的初始化 启动温度转换 读取温度寄存器 跳过读序列号的操作 跳过读序列号的操作 DS18B20 的初始化 RET LOW 低八位 HIGH 高八位 图 5 1 DS18B20 实现温度转换读取温度数值程序流程图 5 2 主程序设计 主程序的主要功能是负责温度的实时显示 读出并处理 DS18B20 的测量的当前温 度值 温度测量 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 如 5 2 所示 图 5 2 对 DS18B20 读出温度处理程序流程图 总结 本文重点介绍了单片机和数字传感器 DS18B20 的原理和功能 并用 DS18B20 与 STC89C52RC 单片机 数码管 发光二极管组成数字温度计 该系统具有更高速 更 灵敏 更简捷地获取被分析 检测 控制对象的温度信息的能力 同时具有良好的抗 干扰及环境适应能力 判断温度 正温度负温度 读出温度的地位 LSB 读出温度 的高位 MSB 取出 tempH 的最高 位 判断是否为 1 补码转换 取反加一 读取 DS18B20 温度数据 将十六进制数转换成十进制 输出显示 Yes No 通过这次毕业设计使我学习到了很多的东西 不仅加深了对专业知识的理解 而 且更好地把理论知识与实践相结合 提高了自身的动手能力和实践水平 增强了学习 单片机系统开发与设计的兴趣 由于本人的知识有限 在本设计中不可避免存在一些不足之处 我会在后的学习 生活中不断加以完善 参考文献 1 延安大学本科毕业论文 设计 指导手册 N 教发 2006 61 号 2 童诗白 模拟电子技术基础 M 北京 高等教育出版社 2001 1 3 阎石 数字电子技术基础 M 北京 高等教育出版社 1998 11 4 余锡存 单片机原理及接口技术 M 西安 西安电子科技大学出版社 2000 7 5 刘法制 常用电子元器件及典型芯片应用技术 M 北京 机械工业出版社 2006 12 6 党丰 王敬农 高国旺 基于 DS18B20 的数字式温度计的实现 J 应 用实践 2003 6 167 173 7 江世明 刘先任 基于 DS18B20 的智能温度测量装置 N 邵阳学院学报 自然科学版 2004 12 25 10 8 李正浩 姜宝钧 邓兴成 51 单片机在 LED 数码管显示中的应用 J 实验科学与技术 2005 3 68 72 9 王明慧 数字温度传感器 DS18B20 在化学工业现场温度检测中的应用 J 计算机与化学应用 2007 8 82 87 10 Sha Zhanyou Wang Xiaojun Optimize Design of Multiple Channel Dustlike Object Temperature Measure and Control System M 2003 6 谢辞 首先 感谢我的指导老师 在整个设计过程中对我的热心指导和严格要求 在选 题 技术方案和系统总体设计上给了我许多宝贵的建议 帮助我建立了正确的设计思 想 保证了课题的顺利完成 我从他那里不仅学到了学术方面的知识 更重要的是学 到了严谨的教学态度 再次 我还要感谢学院的各位老师 正是由于他们一丝不苟 任劳任怨的付出 才会使我 通过四年的理论学习 完成了今天的毕业设计 感谢学院为我们毕业设计 提供的良好环境和仪器设备 有了这些 我们才能高效的完成毕业设计任务 最后 对毕业设计中 给于我帮助的老师和同学 致以诚挚的谢意 全文总共 9168 字 附附录录 程程序序清清单单 include include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit POINT P0 7 sbit DQ P3 6 温度输入口 sbit MOTOR P1 5 sbit LAMP P1 4 sbit SPEAK P3 7 uchar code LEDData 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 数码管 void DelayMS uint ms uchar i while ms for i 0 i0 P0 LEDData disbuf 3 else P0 0 x00 DelayMS 5 P2 0 xfe if key 1 P0 0 x40 else P0 0 x00 DelayMS 5 void Delay uint x while x 函数名称 Init DS18B20 void 函数功能 初始化 void Init DS18B20 void unsigned char x 0 DQ 1 DQ 先置高 Delay 8 稍延时 DQ 0 发送复位脉冲 Delay 80 延时 480us DQ 1 拉高数据线 Delay 5 等待 15 60us x DQ 用 X 的值来判断初始化有没有成功 18B20 存在的话 X 0 否则 X 1 Delay 20 函数名称 ReadOneChar 函数功能 读一个字节 uchar ReadOneChar 主机数据线先从高拉至低电平 1us 以上 再使数据线 升为高电平 从而产生读信号 unsigned char i 0 每个读周期最短的持续时间为 60us 各个读周期之间 必须有 1us 以上的高电平恢复期 unsigned char dat 0 for i 8 i 0 i 一个字节有 8 位 DQ 1 Delay 1 DQ 0 dat 1 DQ 1 if DQ dat 0 x80 Delay 4 return dat 函数名称 WriteOneChar unsigned char dat 函数功能 写一个字节 void WriteOneChar unsigned char dat unsigned char i 0 数据线从高电平拉至低电平 产生写起始信号 15us 之内将所需写的位送到数据线上 for i 8 i 0 i 在 15 60us 之间对数据线进行采样 如果是高电平就写 1 低写 0 发生 DQ 0 在开始另一个写周期前必须有 1us 以上的高电平恢复期 DQ dat Delay 5 DQ 1 dat 1 Delay 4 函数名称 ReadTemperature void 函数功能 读温度值 低位放 tempL 高位放 tempH uchar ReadTemperature void uchar fg 0 unsigned char tempL 0 unsigned char tempH 0 unsigned int sdate 测量到的温度的整数部分 unsigned char pointnum 小数第一位 Init DS18B20 初始化 WriteOneChar 0 xcc 跳过读序列号的操作 WriteOneChar 0 x44 启动温度转换 Delay 125 转换时间 Init DS18B20 初始化 WriteOneChar 0 xcc 跳过读序列号的操作 WriteOneChar 0 xbe 读温度寄存器 头两个值分别为温度的低位和高位 tempL ReadOneChar 读出温度的低位 LSB tempH ReadOneChar 读出温度的高位 MSB if tempH 0 x7f 最高位为 1 时温度是负 tempL tempL 补码转换 取反加一 tempH tempH 1 fg 1 读取温度为负时 fg 0 sdate tempL 16 tempH 16 整数部分 pointnum tempL 小数第一位 if fg sdate 15 pointnum 0 if fg MOTOR 0 else MOTOR 1 if fg LAMP 0 else LAMP 1 disbuf 3 sdate 10 disbuf 2 sdate 10 disbuf 1 pointnum return fg main Delay 5 延时 5ms 给硬件一点反应时间 Init DS18B20 MOTOR 1 while 1 uchar flag ReadTemperature Display Result flag 仿真图 仿真图 袁节膅袁节膅 薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀 薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀 聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃 薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀