基于数字温度传感器的数字温度计

1、精品文档黄河科技学院单片机应用技术课程设计题目：基于数字温度传感器的数字温度计姓 名： 时鹏院（系）： 工学院专业班级：学 号：指导教师：黄河科技学院课程设计任务书工 学院 机械 系 机械设计制造及其自动化专业s13 级 1 班学号 1303050025 姓名 时鹏 指导教师 朱煜桂题目：基于数字温度传感器的数字温度计设计课程：单片机应用技术课程设计课程设计时间2014 一年1（_月22 日至2014年11月10日 共2周课程设计工作内容与基本要求（设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料 ）（纸张不够可加页）4欢在下载精品文档课程设计任务书及摘要一、课程设计题目：基于数字温度传感器的数字温

2、度计二、课程设计要求利用数字温度传感器ds18b20f单片机结合来测量温度。利用数字温度传感 器ds18b20w量温度信号，计算后在led数码管上显示相应的温度值。其温度测 量范围为-55c125c,精确到0.5 c。数字温度计所测量的温度采用数字显示， 控制器使用单片机at89c51温度传感器使用ds18b20用3位共阳极led数码 管以串口传送数据，实现温度显示。三、课程设计摘要ds18b2隽一种可组网的高精度数字式温度传感器， 由于其具有单总线的独 特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简 单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了 ds18b20t?温度传感器

3、在单片机下 的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。该系统由上位机和下位机两大部分组成。下位机实现温度的检测并提供标准 rs232通信接口，芯片使用了 atme心司的at89c51单片机和 dalla铃司的 ds18b2嗷字温度传感器。上位机部分使用了通用pg该系统可应用于仓库测温、 楼宇空调控制和生产过程监控等领域。四、关键字：单片机 温度测量ds18b20数字温度传感器at89c511欢向下载精品文档3欢好载目录绪论31 .原理绍41.1 总体案.41.2 主控分41.3 总体图.42 .硬件路52.1 硬件设计方设计框电路预精品文档2.2 ds18b20介绍.52.3 at89c51介

4、绍.82.4数码管绍103 .程序计113.1 程序流图113.2 程序单124 .仿真效图165 .结论与结18绪论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 所给人带来的方便一是不可否定的， 其中数字温度计就是一个典型的例子， 但人 们对它的要求越来越高，腰围现代人工作、科研、生活提供更好更方便的设施就 需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。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，科研等各 个领域，已经成为一种比较成熟的技术，在工、农业生产和日常生活中，对温度 的测量及控制占据着极其重要的地位。首先了解一下多点温度检测系统在

5、各个方 面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知 检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测， 保全与监视系统 之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。由此可见， 温度检测系统应用十分广阔。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，该设计控制器使用单片机at89c51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。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报警。4欢野载精品文档1 .原理

6、介绍1.1 总体设计方案总体设计方案采用at89c51i1片机作控制器，温度传感器选用ds18b20fe设 计数字温度计，系统由3个模块组成：主控制器、测温电路及显示电路。主控制 器由单片机at89c51实现，测温电路由温度传感器 ds18b2cr现，显示电路由4 位led数码管直读显示。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at89c51测温传感器使用ds18b20用4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。1.2 主控制部分本

7、设计采用at89c51k位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过 编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多ds18b20空制工作，还可以与pc机通信.运用主从分布式思 想，由一台上位机（pc微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集， 组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统，实现远程控制。另外at89c51在 工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特 点，运用分布式通讯的思想。设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测 系统。该系统采用的是

8、 rs-232串行通讯的标准，通过下位机（单片机）进行现 场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示， 也可以送回上位机进行 数据处理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。1.3 总体设计框图控制器采用单片机 at89c51温度传感器采用ds18b20用4位led数码管5欢好载精品文档显示温度。总体设计框图如图1-1所示led显示时沪振荡主控电路号二1 温度传感器单片机复位 匚二7欢if载图1.1总设计框图2 .硬件电路2.1 硬件电路预览 1窜44石1g rzaacfi 一, f?s*aq fjfai- fzzavp-jaw c fl, gt m - j1ft h- itcv ad

9、jg usrr-a+nflt 曹：-rfrre1a匚!l-l-*.，.lprcfeeh.l-lhhh图2.1总电路2.2 ds18b20 介绍ds18b2比由美国dallas导体公司研制的一款数字温度传感器，与一般的热敏电阻相比，它能够直接检测出被测温度并且可根据实际的要求通过简单的 编程实现912位的数字读取方式。ds18b2林用独特的单总线接口方式，只需 一根线与单片机直接连接便可实现数据的读写操作，简化了分布式温度传感网络 的应用。ds18b2嗷字温度传感器的优点是结构简单，耐磨耐碰，体积较小，使 用方便，与传统温度传感器相比测量精度较高，其抗干扰能力强，封装形式也有很多种，可以根据不同

10、的应用场合而选择不同形式的封装。因此，本系统选择 ds18b20作为系统温度传感器，可以简化系统结构，使测量方便、可靠，同时 ds18b20勺价格也比较便宜。ds18b20t以下优点：(1)单总线接口方式：ds18b20与单片机联接只需一根数据总线便能完成 数据的全双工通信。(2)在使用时不需要外围元器件。(3) ds18b20r作电压范围宽，可工作于 3.0 v5.5v ,可以由数据线直接 供电，不需要外部电源。(4)测温范围为：-55 c+125c,可以满足一般的生产生活需要，测温分 辨率0.5 c(5)可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5 c、0.25 c、 0.125

11、 c、0.0625 c,可实现高精度测温。(6) ds18b20支持多传感器组成测温网功能，可以由单片机引出的一条总 线上并联多个温度传感器以实现多点组网测温。ds18b20勺封装有很多种，最常见的是to-92封装，它的管脚说明如图所示。 其封装结构共有三个引脚，分别为电源引脚(vcc ,数据线引脚(dq)和接地引 脚(gnddallas 18b201 2 30 q口 ifbotto!kte!i-：tom(ds1sb20)图 2.2 ds18b20 的 to-92 封装精品文档ds18b20勺内部结构如图所示。图2.3 ds18b20的内部结构图从图中我们可以看出，ds18b20数字温度传感器

12、主要由四部分组成：64位 row读存储器、温度传感器、高低温度触发器 th和tl、配置寄存器。ds18b20 的管脚排列如图2.3所示，其中dq为数字信号i/o 口； gn师电源地，需要与 单片机共地；vdm外接电源输入端。每个ds18b20i勺rom?有不同64位序列号，其序列号是出厂前被光刻好的， 不可更改，它可以看作是该 ds18b20b勺地址序列码。64位rom勺排循环冗余校 验码是crc=x8x5+ x4+ 1。romff列号的作用是使每一个 ds18b2嘟各不相同， 这样就可以实现一根总线上并联多个 ds18b2改现多点组网测温的目的。温度的测量由ds18b2(fr的温度传感器完成

13、，并将检测到的温度用16位带符号扩展的二进制补码读数形式由数据总线传出，以 0.0625 c/lsb形式表达， 其中s为符号位。例如+ 125c的数字输出为07d0h + 25.0625 c的数字输出为 0191h, 25.0625 c的数字输出为ff6fh 55c的数字输出为 fc90h高速暂存器是一个9字节的随机存储器。开始低位两个字节包含被测温度的 数字量信息；第3、4、5字节分别是th tl、配置寄存器的临时拷贝，每一次 上电复位时被重置；第6、7、8字节未用，默认为全逻辑1;第9字节读出的是 前面所有8个字节的crck,可用来保证通信正确。ds18b20&使用中的注意事项。ds18b

14、23然具有测温电路简单、测温精度较高、连接方便、占用 i/o端口 线少等优点，在实际应用中应注意以下几个问题：(1)简单的硬件电路需要相对复杂的软件进行编辑，ds18b20与单片机问采用串行数据传送，因此，在对ds18b208行读取和写入编程时，必须严格保证 读写时序，否则将无法读取测温结果。(2)在实际应用中，当单总线上所挂 ds18b20t好不要超过8个，否则， 就需要解决单片机的总线驱动问题。(3)连接ds18b2q5勺总线电路是有长度限制的。当采用普通信号电缆传输 数据，且电缆长度超过50m时，读取的测温数据会因为有外界的干扰而发生错误。 而将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距

15、离最远可达150m因此，在用ds18b208行长距离测温系统设计时，需要解决总线分布电容的阻抗匹配问 题。(4)在ds18b20w温程序设计中，向ds18b20出温度转换命令后，程序 需要等待ds18b20i勺返回信号。实际应用中难免出现某个 ds18b2嘶线问题，当 程序需要读该ds18b20寸，将没有返回信号，程序将进入死循环。测温电缆最好 采用带屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接电源线和地线， 屏蔽层在源端单点接地。2.3at89c51 介绍mcs-51单片机是指由美国英特尔公司生产的一系列单片机的总称，这一系 列单片机包括很多种，如 8031、8032、8051、805

16、2、8752等。其中8051是最早 研制的且最具典型性的产品，而该系列其他单片机都是以8051为基础发展起来的，与8051的基本结构和软件特征相似。8051单片机包含微型计算机所必须具 备的基本功能部件，各部件相互独立地集成在同一块芯片上。8051基本功能特性如下：(1) 8 位 cpu(1) 四个8位并行i/o端口；(3) 4kb程序存储器(rom ,外部可扩充至64kb;(4) 128b数据存储器(ram ,外部可扩充至64kb(5)两个16位定时/计数器；(6) 5个中断源；(7)全双工的串行通信口；(8)具有布尔运算能力；标准的8051单片机有几种不同的封装形式。最常见，也是最廉价的是

17、pdip40 封装的塑料双列直插40引脚8051单片机，其引脚排列如图所示。9欢通f载精品文档ot2/?i. 0 !140 vcct2ex/p1.1 1239_p0.0/ad0pl2 338_ p0, 1/ad1pl3 _1437_ p0, 2/ad2pl4 _1 536_ p0, 3/ad3p1.5 1 635i p0, 4/ad4p1.6 734_ p0,5/ad5pl7 11 833_ p0.6/ad6rst _1 9232_ p0. 7/ad7rxd/巴工01 10731_ eatxd/p3. 1 111台30_ ale/rroginto/p3- 2 1229_ psi 式1nt1/p

18、3, 3 _1328-p2.7/a15wp3r _| 1427_| p2. 6/a14t1/p3,3 1 1526_1 p2. 5/a13m/p3. 6 _11625 p2. 4/a12rd/p3, 7 1 1724_ p2, 3/a11xtal2 一1 1823_ p2.2/a】。xtal1 i 1922p2.1/a9vss 1 2021i_ p2,0/a8图2.4单片机的管脚排列图40个引脚功能如下：(1)主电源引脚vs&口 vccvss地线。vcc 5v电源。(2)外界晶振引脚xtal1和xtal2xtal1外接晶体的引线端。当使用芯片内部时钟时，此端用于外接石英品 体和微调电容；当使用

19、外部时钟时，对于hmosi片机，此引脚接地；对于chmos 单片机，此引脚作为外部振荡信号的输入端。xtal2外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此端用于外接石英晶体 和微调电容；当使用外部时钟时，对于 hmosi片机，此引脚接外部振荡源；对 于chmos片机，此引脚悬空不接。(3)控制或与其他电源复用引脚 rst ale/ prog, pesn和ea 。rst复位信号。当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。在vece生故障、降低到低电平规定值掉电 期间，此引脚可接上备用电源 vpd由vpd向内部ramft电，以彳持内部raw 的数据。ale/

20、prog :地址锁存控制信号。在系统扩展时，ale用于控制把p0 口输出的低8位地址锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外由于ale是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。pesn :外部程序存储器读选通信号。在读外部rom时有效(低电平)，以实现外部rom1元的读操作。ea :访问程序存储控制信号。当 ea信号为低电平时，对rom勺读操作先低昂在外部程序存储器；而当 ea信号为高电平时，则对 rom的读操作是从 内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。(4)输入/输出引脚，p0dp3口。p0 口(p0.0-p0.7) : 8位双向并行i/o

21、 口。扩展片外存储器或i/o 口时， 作为低8位地址总线和8位数据总线的分时复用接口，它为双向三态。p0 口能以吸收电流的方式驱动8个lsttl负载。p1 口(p1.0-p1.7) : 8位准双向并行i/o接口。p1 口每一位都可以独立设 置成输入输出位。p1 口能驱动4个lsttl负载。p2 口(p2.0-p2.7) : 8位准双向并行i/o 口。扩展外部数据、程序存储器 时，作为高八位地址输出端口。p2口能驱动4个lsttl负载。p3 口(p3.0-p3.7) : 8位准双向并行i/o 口。p3 口除了作为一般的准双向 口使用外，每个引脚还有特殊功能.p3 口能驱动4个lsttl负载。2.

22、4数码管介绍le国码管(ledsegmentdisplays )由多个发光二极管封装在一起组成 “8” 字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数 码管实际上是由七个发光管组成 8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分 别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于 3 位“+1”型。位数有半位，1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10位等等.,led数码管 根据led的接法不同分为共阴和共阳两类，了解led的这些特性，对编程是很重 要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，

23、编程方法也是不 同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路， 它们的发光原理是一样的，只是 1制刚下载精品文档它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。 led数码管广泛用于 仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波 长等。下面将介绍常用led数码管内部引脚图片。图2.5数码管3.程序设计3.1程序流程图开始- 5获取温度并转: r . 获取温度并显示-h图3.1主程序流程图精品文档1宠衙载图3.2 ds18b20程序流程图3.2程序清单#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsi

24、gned intsbit ds=p1a0; uint temp; float f_temp; bit flag;/温度传感器信号线/定义整形的温度数据/定义浮点型的温度数据/共阳极数码管显示0-9/带小数点的0-9/正负温度标志位uchar code table0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90, 0x40,0x79,0x24,0x30, 0x19,0x12,0x02,0x78,精品文档15;的下载0x00,0x10,0xbf,0xff;/ 正负号void delay(uint z)/ 延时函数，约 1msuint x,y;f

25、or(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);)void dsreset(void) uint i;ds=0;i=103;while(i0)i-； ds=1;i=4;while(i0)i-；)/ds18b20 复位，初始化函数bit tempreadbit(void) uint i;bit dat;ds=0;i+;ds=1;i+;i+;dat=ds;i=8;while(i0)i-; return(dat);)/读一位数据函数uchar tempread(void)uchar i,j,dat;dat=0;for(i=1;i=8;i+)j=tempreadbit();dat=(j1)

26、;)return(dat);/读一个字节数据函数精品文档1&15下载void tempwritebyte(uchar dat) uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j1;if(testb)ds=0;i+;i+;ds=1;i=8;while(i0)i-; elseds=0;i=8;while(i0)i-;ds=1;i+;i+;/ 向ds18b20f一个字节数据函数void tempchange(void)dsreset();delay；tempwritebyte(0xcc); /tempwritebyte(0x44); / /ds18b20开始获取温度并转换跳过读r

27、om旨令 写温度转换指令uint get_temp()uchar a,b;dsreset();delay；tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0xbe); a=tempread();b=tempread();/读取寄存器中存储的温度数据/读低八位读高八位精品文档temp=b;temp=8;/两个字节组合为一个字temp=temp|a;if(temp=0x800)flag=1；temp=temp+1;f_temp=temp*0.0625;/ 温度在寄存器中为12位，分辨率为0.0625 temp=f_temp*10+0.5;/乘以10表示小数点后取一位，加0.5是

28、四舍五入f_temp=f_temp+0.05;return temp;/temp 是整型1欲衙载void dis_temp(int t) / .显示温度数值函数，t传递的是整型的温度值uchar b,s,g;b=t/100; s=t%100/10;g=t%100%10;/除100得到商，为温度的十位/100 取余除以10,为温度的各位/100 取余再用10取余，为温度的小数位if(flag=1)p2=0x01;p0=table20; delay(1);else if(flag=0)p2=0x01;p0=table21; delay(1);p2=0x02;p0=tableb;delay；p2=0x04;p0=tables+10;delay；p2=0x08;/温度的正负号/温度显示精品文档1及17下载p0=tableg;delay； void init(void)p0=0x00;p2=0x00;p1=0x00;/i/o 口初始化void main()uchar i;init()；while(1)tempchange(); for(i=10;i0;i-) /主函数/温度转换函数dis_temp(get_temp(); 获取温度并显示4.仿真效果图精品文档1歆%下载ziu.ji.-*.; p1