基于单片机控制数字温度计

1、数字温度计1设计要求基本范围-50 C -110C精度误差小于0.5 C LED数码直读显示2扩展功能实现语音报数可以任意设定温度的上下限报警功能数字温度计摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟 的技术，本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温 度不在设置范围内时，可以报警。关键词：单片机，数字控制，温度计，DS18B20，AT89S511引言随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便 也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人

2、们对它的要求越来越高，要为现代人 工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制， 智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其 输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用 单片机AT89S51，测温传感器使用 DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度 显示，能准确达到以上要求。2总体设计方案2.1数字温度计设计方案论证2.1.1方案一因为本设计是测温电路，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

3、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。2.1.2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DS18B2Q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。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了2.2方案二的总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送

4、数据实现温度显示。单片机复位LED:显主示图1总体设计方框图2.2.1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。222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。2.2.3温度传感器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

5、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3.05.5V;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采用3脚PR 35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。Id -存储器与控制逻辑图2 DS18BI20内部结构64 位 ROM最后8位是前面报警触发器TH和？L，可通过软件写入户报警上下限度传感器的EERAM。高速暂存 RAM3C和第*字节TH禾，它的

6、丽用于确定温度值的数字转换分辨率的结构开始8位是产品类型CRC检验码，这56位的的编号，接:也是多个每个器件的惟一的序号，共有48位,込可以采用一线进行通信的原因。温度DS18EDS18E20 温勺内部存储器还包恬一个高 的结构为也字节的存储器, 1TL的拷贝，是易EERaM信息，第 窖吉:few 置寄存器相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图设置 DS18B20和R 0决定温度转易失的,还是在测试模式， 数，来设置分辨率。3丿DS1速暂存rAm和一个非易失性的可电擦除的 结构如图 每次上电复。缓D所示存低5 8B20出厂时该位被设置置0存用户要去改动，所示。高温触发字节包含测得的温度位时被

7、屈_辭丽20工作低温触存器中的分辨率转换为位一直为1 ,TM是工作模式位，用于R1GTMR1R01111 1温度温度LSEMSB8位CRC发生器图3DS18B20字节定义由表1可见，DS18B20温度转换 需要的温度数据转换时间越长。因 时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、89字节读出前面所有8字节的 数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后,CRC的时间比较长，而且分辨率越高，所 此，在实际应用中要将分辨率和转换字节保留未用，表现为全逻辑1。第 码，可用来检验数据，从而保证通信TH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符

8、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0.0625C/ 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是一部分温度值对应的二进制温度数据。表1 DS18B20温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.5110113751112750DS18B20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

9、v 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勺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直作比较，以判断主机收到的RO嗽据是否正确。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

10、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-55C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-55C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

11、被测温度值。表2 一部分温度对应值表温度/ c二进制表示十八进制表示+ 1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+ 10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-5

12、51111 1100 1001 0000FC90H另外，因为 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DS18B2 0的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20 中写入 00HLCALL WRITE_1820MOV A,#00H 。 TL( 报警下限 中写入 00HLCALL WRITE_1820MOV A,#1FH 。 选择 9 位温度分辨率LCALL WRITE_1820RET*。 *。 读出转换后的温度值*。GET_TEMPER:SETB P2.0 。 定时入口LCALL INIT_1820JB 20H.1,TSS2RET 。 若

13、 DS18B20 不存在则返回TSS2:MOV A,#0CCH 。 跳过 ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H 。 发出温度转换命令LCALL WRITE_1820LCALL INIT_1820MOV A,#0CCH 。 跳过 ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#0BEH 。 发出读温度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200MOV 37H,A 。 将读出的温度数据保存RET*。 *。 写 DS18B20 的程序*。 *WRITE_1820:MOV R2,#8CLR CWR1:CLR P2.0NOPNOPNOPNOP

14、RRC AMOV P2.0,CMOV R3,#35DJNZ R3,$SETB P2.0NOPDJNZ R2,WR1SETB P2.0RET*。 读 DS18B20 的程序 , 从 DS18B20 中读出两个字节的温度数据*。 *READ_18200:MOV R4,#2 。 将温度高位和低位 DS18B20 中读RE00:MOV R2,#8RE01:CLR CSETB P2.0NOPNOPCLR P2.0NOPNOPNOPSETB P2.0NOPNOPMOV C,P2.0MOV R3,#35RE20:DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01MOV R1,ADEC R1DJNZ

15、R4,RE00RET*。 *。 将从 DS18B20 中读出的温度数据进行转换* 。TEMPER_COV:MOV A,#0F0HANL A,36H 。 舍去温度低位中小数点SWAP AMOV 37H,AMOV A,36HJNB ACC.3,TEMPER_COV1 。 四舍五入去温度值INC 37HTEMPER_COV1:MOV A,35HANL A,#07HSWAP AADD A,37HMOV 37H,A 。 保存变换后的温度数据LCALL BIN_BCDRET *。 *。 将 16 进制的温度数据转换成压缩 BCD 码。 38H 中放百位， 37 十位， 36 个位*BIN_BCD:MOV 39H,37HMOVA,37HMOVB,#100DIVABMOV38H,AMOV37H,BXCHA,BMOVB,#10DIVABMOV37H,AMOV36H,BRETDISP: SETB RS0MOV R0, #36HMOV R7, #3LOOPP:MOV A, R0MOV DPTR, #TABMOVC A, A+DPTRMOV SBUF, AJNB TI, $CLR TIINC R0DJNZ R7, LOOPPC