数字温度计方案设计书(单片机)

1、1设计目的 错误！未定义书签。 2. 设计要求 错误！未定义书签。 3. 总体设计方案 错误！未定义书签。 3.1数字温度计设计方案论证 错误！未定义书签。 3.2方案一的总体设计框图 错误！未定义书签。 3.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路 错误！未定义书签。 3.4系统整体硬件电路 错误！未定义书签。 3.5系统软件算法分析 6 3.6读出温度子程序 6 3.7温度转换命令子程序 7 3.8计算温度子程序 8 3.9显示数据刷新子程序 9 4. 总结与体会 11 参考文献 11 附录 错误！未定义书签。 3.1、元器件选择 8 3.1 . 1、单片机选择 8 3.1 . 2、

2、温度传感器选择 8 3.2、温度检测电路 10 3.3、温度报警电路 11 单片机课程设计目的： 单片机原理及接口技术是一门专业技术基础课，是一门实践性很强的课程，单片机课程设计要求将所 学的理论知识通过实践加强理解和认识，提高学生们的单片机接口电路的设计能力和实践动手能力。 单片机课程设计报告要求： 1 根据设计题目要求进行系统总体设计 2设计系统总体电路图，阐述系统中各个单元电路的工作原理 3.系统的硬件设计、电路中元器件的选择，参数确定 4系统的软件设计、主程序流程图和主要子程序流程图 5给岀系统设计硬件元器件清单 6列岀参考资料 题目二数字温度计设计 一、设计内容： 采用MCS-51系

3、列单片机进行数字温度计设计并通过实验仪验证通过。 二、设计要求： 1 .设计单片机最小系统（电路包括复位、晶振电路、外扩3个2764共24KROM、3个6264共24KRAM 等） 2.设计键盘/显示器接口电路。 3设计温度测量接口电路 4通过软件编程实现环境温度的测量和显示（温度显示：25.8 C） 5通过键盘可预置温度报警值，实现温度越限报警功能。 三、总体设计方案 3.1数字温度计设计方案论证 3.1.1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，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岀来，这种设计需要用到A/D转

4、换电路，感温 电路比较麻烦。 3.1.2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。 所以采用方案二 整机电路分析 图3.4设计方框 本系统采用单片机作为微控制器，分为四个模块（如上图2.3）:测温电路，数码管显示，报警电路， 复位电路。单片机I/O 口资源的利用：P1 口作为数码管控制端输入，P2 口作为测温电路测量温度值的输 入，P0 口（已外接了上拉电阻）作为数码管显示输出，P2.7接蜂鸣器，P2.4接温度传感器DS18

5、B20。采 用12MHZ晶振。电源采用5V为单片机，LED，蜂鸣器供电。主要技术指标：准确度达微秒级，以市电 220V50HZ为输入电源，工作温度-10C60C。该电路经过设计分析，绘图，制板、焊接、仿真调试等工 作后温度计成形。 第三章硬件设计电路 3.1元器件选择 3.1 . 1单片机选择 对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8052系列，由于8031没有内部RAM，系统又需要大量内存 存储数据，因而不适用。AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能 CMOS8位单片机，片 内含4kbytes的可编程的Flash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash

6、程序存 储器既可在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程，所以低价位AT89S52单片机可为提供许多高性 价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。单片机AT89S52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。 3.1.2温度传感器选择 DALLAS最新单线数字温度传感器 DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多 种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片 支持“一线总线”接口的温度传感器。温

7、度测量范围为-55+125摄氏度，可编程为9位12位转换精 度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电 后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以 采用寄生电源方式产生；多个 DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多 DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系 统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 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

8、发的温度报警触发器TH和 TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列、各种封装形式，DQ为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引 脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。当工 作于寄生电源时，此引脚必须接地。、 3.2 温度检测电路 DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式， DS18B20的数据I/O均由同一条线来完成。 DS18B20 的电源供电方式有2种：外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时 ，VDD和GND均接地， 他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用 ，原理是当1 W ire总线的信号线DQ为高电平时，窃 取信

9、号能量给DS18B20供电，同时一部分能量给内部电容充电，当DQ为低电平时释放能量为 DS18B20 供电。但寄生电源方式需要强上拉电路，软件控制变得复杂（特别是在完成温度转换和拷贝数据到 E2PR0M时），同时芯片的性能也有所降低。因此，在条件允许的场合，尽量采用外供电方式。无论是内 部寄生电源还是外部供电，I/O 口线要接5K Q左右的上拉电。在这里采用前者方式供电。DS18B20与芯片 连接电路如图 3.2所示： DS18B20 =-VCC 图3.2 DS18B20与单片机的连接 外部电源供电方式是 DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简 单，可以开发

10、出稳定可靠的多点温度监控系统。在开发中使用外部电源供电方式，毕竟比寄生电源方式 只多接一根VCC引线。在外接电源方式下，可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点，即使电源电 压VCC降到3V时，依然能够保证温度量精度。 由于DS18B20只有一根数据线，因此它和主机（单片机）通信是需要串行通信，而AT89S51有两个 串行端口，所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DC18B20必须遵循如下协议：初始化、 ROM操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作，一切处理均严格按照时序。 3.3 温度报警电路 本设计的发挥部分，是加入了报警，如果我们所设计的系统是监控某一设备，一当

11、设备的温度超过 我们所设定的温度值时，系统会产生报警。 报警时由单片机产生一定频率的脉冲，由P2.7引脚输出，P2.7外接一只PNP的三极管来驱动杨 声器发出声音，以便操作员来维护，从而达到报警的目的。如下图（g）: 图3.3温度报警电路 (3)数据显示模块： 采用4位一体共阴LED显示器。本课程设计中，显示器型号选取SM420564在采用动态扫描方式时, 要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率，根据课设任务所要求的功能确 定。显示电路如下： 其中：AG管脚与P0 口的P1.0P1.6相连，确定显示器被选中数据位的段码； 2，3, 4管脚分别于P3 口的P3.4，P

12、3.5，P3.7相连，确定显示器的位码，分别对应于数据的百位, 十位和个位。 (4)硬件电路的安装与调试 也是整个过程的最难阶段。在整个过程中, 直到硬件连接完毕接上 5V电源时，第一个问 电路的安装与调试是我们这次课程设计的主要任务之一, 开始的时候我和我们组的组员们都信心百倍，一切进展顺利, 题摆在我们面前，显示器示数存在却不发生变化，甚至在外界温度变化比较大时也一样，开始我们怀疑是 硬件连线有问题，可是经过反复检查，并不断对照资料上各个元器件管脚图及其相应功能，并没发现连线 方面的错误。之后，有的组员怀疑是程序有问题，可是也有的组员提岀系统仿真并没 有岀现类似问题，所以不应该是这样。最后

13、经过讨论，我们一致决定检查程序。因为软件为硬件服务，硬 件岀现了问题，也不能完全说程序一定正确。可是经过重新确认，检查程序漏洞，并没有发现任何错误, 大家开始感觉有点烦了， 不过好在大家的信心并没有丧失，我们开始查找资料而且向身边的同学虚心求教， 最终我们把目标锁定在温度传感器DS18B20器件和显示器SM420564上，确认是两者可能存在问题。后又分 开检测两者之一，经过软件程序的单独处理，我们得出最终结论，我们所领取的元器件 DS18B20是劣质品。 我们重新申请领取了一个 DS18B20用其替换了原来的那个，发现一切运行正常，经过测试各方面的性能， 而且反复检查了几遍，一致认定硬件电路的

14、性能完全符合我们的任务要求指标。直到这时，大家才松了一 口气，每个人都很兴奋，完全没有了之前的烦闷。至此，装调工作结束。 3.5系统软件算法分析 系统程序主要包括主程序，读岀温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷 新子程序等。 3.5.1主程序 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读岀并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每 7所示。 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 图7主程序流程图 3.6读岀温度子程序 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

15、图8示 图8读温度流程图 读出温度转换的子程序： EMPER: SETB P2.0 ;定时入口 LCALL INIT_1820 JB 20H.1,TSS2 RET ;若DS18B20不存在则返回 TSS2: MOV A,#0CCH ; 跳过 ROM 匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ;发出温度转换命令 LCALL WRITE_1820 LCALL INIT_1820 MOV A,#0CCH ; 跳过 ROM 匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ;发出读温度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 MOV 3

16、7H,A ;将读出的温度数据保存 RET 3.7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。温度转换命令子程序流程图如上图，图9所示 发DS18B20复位命令 图9温度转换流程图 温度命令子程序： TEMPER_COV: MOV A,#0F0H ANL A,36H ;舍去温度低位中小数点 SWAP A MOV 37H,A MOV A,36H JNB ACC.3,TEMPER_COV1 ; 四舍五入去温度值 INC 37H TEMPER_COV1: MOV A,35H ANL

17、A,#07H SWAP A ADD A,37H MOV 37H,A ;保存变换后的温度数据 LCALL BIN_BCD RET 3.8计算温度子程序 其程序流程图如图10所示 图10计算温度流程图 计算机温度子程序： BIN_BCD: MOV 39H,37H MOV A,37H MOV B,#100 DIV AB MOV 38H,A MOV 37H,B XCH A,B MOV B,#10 DIV AB MOV 37H,A MOV 36H,B RET 3.9显示数据刷新子程序 0时将符号 显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为 温度数据移入显示寄存器 图11

18、显示数据刷新流程图 显示数据子程序： READ_18200: MOV R4,#2 ;将温度高位和低位 DS18B20中读 RE00:MOV R2,#8 RE01:CLR C SETB P2.0 NOP NOP CLR P2.0 NOP NOP NOP SETB P2.0 NOP NOP MOV C,P2.0 MOV R3,#35 RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET 4.总结与体会 经过将近三周的单片机课程设计，终于完成了我的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求， 但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余不得不深思呀！ ,感觉 在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长 进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几 次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我 用的都是BCD码，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减，显示处理时在用除法去删分 效果比较好，有好多