数字温度计课程设计报告

1、一数字温度计的总体方案设计 根据系统设计的功能，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实 现，用单片机的自动控制能力来测量、显示温度数值。 初步确定设计系统由单片机主控模块、测温模块、显示模块共3个模块组成, 电路系统框图如图所示。 图系统基本方框图 对于单片机的选择，如果用8051系列，由于它没有内部RAM系统又需要一 定的内存存储数据。AT89S52是一个低功耗、高性能CMOS位的单片机，片内含 8k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，兼容标准MCS-5指 令系统及80C51引脚结构，功能强大的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供 高性价比的解

2、决方案。而AT89S5与AT89C5相比，外型管脚完全相同，AT89C51 的HEX?序无须任何转换可直接在 AT89S52运行，且AT89S5比AT89C5新增了一些 功能，相比较后，在本设计中选用 AT89S52更能很好的实现温度计控制功能。 测温电路可以使用热敏电阻之类的器件， 利用其感温效应，将被测温度变化 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处理。 但是 这种感温电路比较复杂，且采用热敏电阻精度低，重复性、可靠性都比较差。 如果采用温度传感器DS18B20可以减少外部硬件电路，而且可以很容易直接 读取被测温度值，进而转换，且成本低、易使用，可以很好的满足设计

3、要求。所 以本文采用传感器DS18B20弋替传统的测温电路。 温度的显示可以采用LED数码管来显示，LED亮度高、醒目，但是电路复 杂，占用资源多且信息量小。而采用液晶显示器有明显的优点：工作电流比LED 小几个数量级，功耗低；尺寸小，厚度约为LED的1/3 ;字迹清晰、美观、使 人舒服；寿命长，使用方便，可得性强。故本设计采用LCD来显示温度。 二、系统器件的具体选择 单片机的选择 本次设计采用的是单片机AT89C52 AT89C52是一个低电压，高性能 CMOS位单片机，片内含8k bytes的可反 复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAMI，器 件

4、采用ATME公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系 统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业 中有着广泛的应用。 图PDIP封装的AT89C52引脚图 AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功 能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。 功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的 初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及 与主板CPU通信等。 主要管脚有：XTAL1 （19脚）和XTAL2 （18脚）为振荡器输入输出端 口，外

5、接12MHz晶振。RST/Vpd（ 9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组 成的复位电路。 VCC（ 40脚）和VSS（ 20脚）为供电端口，分别接 +5V电 源的正负端。P0P3为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本 设计中，P0端口（ 3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与 N1的相 应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总 线控制端口，分别连接N1的SDAS（ 18脚）和SCLS（ 19脚）端口， 12脚、 27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用 于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 温度传感器的选择

6、DS18B20的简单介绍 DS18B2C温度传感器是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 912位的数字值读数方式。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可以并联在惟一的三线上，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V; 零待机功耗； 温度以9或12位数字； 负电压特性，电极接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作。 DS18B20的外形和内部结构 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

7、的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图 所示，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；GNCfe 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。 12 3 S 89 9 BOTTOM VIEW DALLAS DS1820 DS18620 TO-92 PACKAGE NG DO GM匚 1 6 =|N DQ匚 2 5 二hi Vmj匸 孑 4 nN TSOC DS16B20Z 8 PtN SOIC f150 MILi NC ON 111 外部封装形式 DS18B20的电路

8、DS18B2C采用3脚PR 35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2-4 所示。 图2-4 DS18B20内部结构 64位ROM勺结构开始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。 DS18B2C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勺结构为9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

9、 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。低5位一直 为1, TMI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R0决定温度转换的精度位数，来 设置分辨率。 DS18B20的测温原理 DS18B2 0的温度值的位数因分辨率不同而不同，温度转换时的最大延时为 750ms。DS18B20测温原理如图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影 响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变 化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度 寄存器被预置在

10、-55C所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1, 计数器1的预置将重新被装入，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，如此循环直到计数器 2计数到0时，停止温度寄存器值的累加， 此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温 过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1的预置值。 图DS18B20测温原理 DS18B2的外部电路图 根据设计要求，传感器的硬件电路图如图所示 图DS18B20外部电路图 三程序流程 发DS18B20复位命令心 r 发跳过KOM命令* r 发读取

11、温度命令卩 读取操作心匚校验 移入温度暂存 结束屮 图读出温度子程序流程图 图DS18B20温度计主程序流程图 君虞频據務人旦示寄存器 十位数豆示符号 百位数不S示 图计算温度子程序 图显示数据刷新子程序流程图 四.Proteus仿真调试结果及分析 温度计电路设计原理图如图所示,控制器使用单片机AT89C2052温度计传感 器使用DS18B20用液晶实现温度显示。 本温度计大体分三个工作过程。首先，由 DS1882温度传感器芯片测量当前 的温度，并将结果送入单片机。然后，通过 89C2052单片机芯片对送来的测量温 度读数进行计算和转换，井将此结果送入液晶显示模块。 最后，SMC1602芯片将

12、 送来的值显示于显示屏上。 由图可看到，本电路主要由DS18820温度传感器芯片、SMCI602液晶显示模 块芯片和89C205洋片机芯片组成。其中，DSI8B2C温度传感器芯片采用“一线制” 与单片机相连，它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。 图温度计电路设计仿真图 五硬件调试结果及分析 软件调试 根据流程图编写程序软件。本次设计系统的调试以程序的调试为主。 程序的调试我们采用K eil C51. Keil C51软件是众多单片机应用开发的优 秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编，PLM语言和C语言的程 序设计，界面友好，易学易用。 系统调试 软硬件分别调试完

13、成以后，将程序下载入单片机中，电路板接上电源，按刷 新按钮LCD显示当前温度。用手去碰触温度传感器，按刷新按钮，温度显示值出 现变化，显示当前手的温度值。 完成了我们预期的要求。 六设计感受与见解 本次综合实训是针对MCS-51系列的单片机芯片STC89C5来设计一个数字 温度计，该设计充分利用了温度传感器 DS18B20功能强大的优点，如DS18B20 可以直接读出被测温度值，进行转换；而且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，大大简化了硬件电路，也使得 该数字温度计不仅具有结构简单、成本低廉、精确度较高、反应速度较快、数 字化显示和不易损坏等特点，而且性

14、能稳定，适用范围广，因此特别适用于对 测温要求比较准确的场所。 在这次设计中，熟悉了制作一个产品的总体流程，能熟练使用一些必要的 设计工具和仿真工具等。通过选认元件，连线，调试检测等过程，锻炼自己的理 论联系实际的能力和实际操作能力， 从而综合性地巩固所学的知识，为将来的工 作做一次实战演习。 经过将近2周的综合实训，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， 从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系 实际，把我们所学的理论知识用到实际当中， 学习单机片机更是如此，程序只有 在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次实训

15、中的最大收获。 七附件一：元器件清单 STC89C51 1 个 温度传感器DS18B201 个 插针 1 排 LCD1602 1 个 40脚插座 1 个 12MH晶振 1 个 电容30PF 2 个 22UF 1 个 电阻10K 2 个 1 个 附件二：源程序 #in clude #defi ne uchar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int sbit DQ=P3A7;/ds18b20 与单片机连接口 sbit RS=P3A0; sbit RW=P3A1; sbit EN=P3A2; un sig ned char code str1=te

16、mperature: ; un sig ned char code str2=; uchar data disdata5; ui nt tvalue;/温度值 uchar tflag;/温度正负标志 程序 延时1毫秒（不够精确的） /* lcd1602 void delay1ms( un sig ned int ms)/ un sig ned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j0;i-) DQ = 0; /给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; /给脉冲信号 if(DQ) dat|=0 x80; delay_18B20(10); return(dat); v

17、oid ds1820wr(uchar wdata)/* 写数据 */ un sig ned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = wdata delay_18B20(10); DQ = 1; wdata=1; 读取温度值并转换*/ read_temp()/* uchar a,b; 跳过读序列号*/ 启动温度转换*/ 跳过读序列号*/ 读取温度*/ ds1820rst(); ds1820wr(0 xcc);* ds1820wr(0 x44);* ds1820rst(); ds1820wr(0 xcc);* ds1820wr(0 xbe);* a=ds1

18、820rd(); b=ds1820rd(); tvalue=b; tvalue=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalueOxOfff) tflag=O; else tvalue=tvalue+1; tflag=1; tvalue=tvalue*;温度值扩大10倍，精确到1位小数 return(tvalue); /* void ds1820disp() 温度值显示 uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0 x30;百位数 disdata1=tvalue%1000/100+0 x30; 十位数 disdata2=tvalue%100/10+0 x30;个位数 disdata3=tvalue%10+0 x30;/ 小数位 if(tflag=0) flagdat=0 x20; 正温度不显示符号 else flagdat=0 x2d; 负温度显示负号：- if(disdata0=0 x30) disdata0=0 x20; 如果百位为0，不显示 if(disdata1=0 x30) disdata1=0 x20; 如果百位为0，十位为0也不显示 wr_com(OxcO); wr_dat(flagd