基于单片机的数字温度计—课程设计

1、单片机原理课程设计报告题目： 数字温度计 院（系）：工学院专 业：电子信息工程年 级：2010级姓 名：xxx学 号：xxxxxx指导教师：xxx2013 年 12 月 6 日电子信息工程专业10级学生单片机原理课程设计任务书课程设计题目三、数字温度计指导教师xxx职称xxx设计任务和要求：1.基本要求(1) 采用ds18b20作为温度传感器进行温度检测(2) 对采集温度进行显示（显示温度分辨率0.1）(3) 采集温度数值应采用数字滤波措施，保证显示数据稳定(4) 显示数据，无数据位必须消隐。2.设计步骤 (1) 使用proteus按设计要求绘制电路图。 (2) 按要求编写相应程序。 (3)

2、使用proteus仿真程序，对程序进行调试。 (4) 撰写课程设计报告3撰写课程设计报告课程设计报告内容包括题目、摘要、目录、正文、结论、致谢、参考文献等。学生在完成上述全部工作之后，应将全部内容以先后顺序写成设计报告一份，阐述整个设计内容，要求重点突出、特色鲜明、语言简练、文字通畅，字迹工整。报告书以a4纸打印，装订成册（文字不少于3000 字）。 目 录1设计目的42设计任务与要求43方案设计与论证44单元电路设计54.1单片机的选择54.2温度传感器的选择64.3温度检测电路75总原理图及元器件清单75.1总原理图85.2元器件清单86软件部分86.1初始化程序86.2读出温度子程序96

3、.3读、写时序子程序96.4温度处理子程序106.5显示程序116.6延时程序12 6.7 proteus软件介绍.137调试与分析138心得与总结149致谢1510参考文献16附件：17数字温度计摘要：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。它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，作为电子信息工程专业的学生，我们学习了单片机，就应该把它熟练应用到生活之中来。此次课程设计是一种基于单片机控制的数字温度计，本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。关键词：单片机，数

4、字控制，温度计，ds18b20，proteus。1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。2设计任务与要求（1）采用ds18b20作为温度传感器进行温度检测（2）对采集温度进行显示（显示温度分辨率0.1oc）（3）采集温度数值应采用数字滤波措施，保证显示数据稳定（4）显示数据，无数据位必须消隐3方案设计与论证方案一：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，在将随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

5、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，测温电路比较麻烦。 方案二：采用数字温度芯片ds18b20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。ds18b20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计ds18b20和微控制器at89s52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用52 单片机控制，软件编程的自由度大

6、，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。该系统利用at89s52芯片控制温度传感器ds18b20进行实时温度 从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，但是线性误差较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二。4单元电路设计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at89s52，温度传感器采用ds18b20，用4位共阴led数码管以串口传送数据实现温度显示。主控制器led显示单片机复位时钟振荡温度传感器图1 总体设计框图4.1 单片机的选择对于单片机的选择，可以考

7、虑使用8052系列，at89c52 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 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 at89c52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at89c52 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。4.2 温度传感器的选择dallas 最新单线数字温

8、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

9、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、非挥发的温度报警器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。 64位rom和单接口 高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器th低温触发器tl配置寄存器8位crc发生器图2 ds18b20内部结构4

10、.3 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， 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

11、电源还是外部供电，i/o口线要接5k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2所示：图3 ds18b20与单片机的连接电路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

12、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。5总原理图及元器件清单5.1 总原理图5.2 元器件清单 at89c52单片机、ds18b20、7seg-mpx2-ca、 74hc245 6软件部分系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，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。6.1 初始化程序dq置1短延时dq置0延时450usdq置1延时15-60us延时至少60usx=dq结束x=dq图4 初始化程序流程图6.2 读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读

13、出ram中的2字节，读出温度的低八位和 八位，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。其程序流程图如图5所示初始化发跳过rom指令开始温度转换延时2ms初始化写入跳过rom、读取暂存器和crc字节指令读取温度的低八位和高八位取中间八位结束图5读温度程序流程图6.3 读、写时序子程序读写的程序是本次设计中的重点和难点，通过我们对其时序的分析，从而写出高效的程序。dq置1短延时dq置0延时450usdq置1延时15-60us延时至少60usx=dq结束x=dqdq=0延时15usdat&=0x01dat1延时45usdq=1结束图6 写时序子程序流程 图7 读时序子程序流程图6.

14、4 温度处理子程序 计算温度子程序将ram中读取值进行bcd码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图8所示取反flag=1开始flag=0ht128?求百位、十位、个位和小数位bai=0？shi=0?显示个位和小数位显示十位显示百位结束 图8 温度处理程序流程图6.5 显示程序 此函数实现的对数码管显示的处理，其亮点在于可以直接对数码管进行操作，其本身是个两变量函数，第一个变量是要开通的位选，第二个变量是要显示的数据，这样我们可以直接方便而又简单直观的对数码管进行操作。程序流程图如图9送位选位选值左移n位送段码n=2?p0.7=0延时1ms关断位选结束图9显示数据刷新流程图6.6

15、 延时程序延时程序主要分为短延时和长延时，短延时如果要求十分的精确可以采用定时器，如果要求不太高的话可以采用普通函数的叠加，可以近似时间的延时。长延时同样的道理，不过要求不是很精确的话，可以采取语言结构的循环来实现延时。表1 delay15（）延时函数的取值采样n的取值1234101520222324时间（us）174869902163214264684895106.7 proteus软件介绍 proteus软件是英国labcenter electronics公司出版的eda工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件

16、。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。proteus是世界上著名的eda工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年即将增加cortex和dsp系列处理器，并持续增加其他系列处理

17、器模型。在编译方面，它也支持iar、keil和mplab等多种编译器。proteus软件具有其它eda工具软件的功能。这些功能是： （1）原理布图；（2）pcb自动或人工布线；（3）spice电路仿真。革命性的特点：（1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如ram，rom，键盘，马达，led，lcd，ad/da，部分spi器件，部分iic器件。（2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、avr、pic、arm、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，proteus建立了完备的电子设计开

18、发环境。7调试与分析系统的调试以程序调试为主，软件调试可以先编写显示程序并进行硬件的正确性检验，然后分别进行主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和显示数据刷新子程序等的编写及调试。本设计应用proteus及keil软件，首先根据自己设计的电路图用proteus软件画出电路模型，关于这个软件的使用通过查一些资料和自己的摸索学习；然后用keil软件对所编写的程序进行编译、链接，如果没有错误和警告便可生成程序的hex文件，调试好程序后将目标文件导入proteus的at89c52芯片中进行软件调试。由于ds18b20与单片机采用串行数据传送，因此，对ds18b20进行读/写编程时

19、必须严格地保证读/写时序；否则将无法读取测量结果。本程序采用单片机汇编语言编写，用keil c51编译器编程调试。软件调试到能显示温度值，而且在有温度变化时显示温度能改变，就基本完成。数字温度计的仿真电路图如图10所示。图10 调试运行图8心得与总结经过将近两周的单片机课程设计，在老师和同学的帮助下，我终于完成了数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计我已经尽力了。在设计期间，我每天都在接触新的东西，每天都会有新的问题等待我去探讨去解决，每天都有新收获。 回想课设第一天，我们做点电脑前，不知道自己能干点什么，对于指导老师的讲解也是云里雾里的。因为头一回

20、接触proteus和keil这两个软件。但是我相信，只要自己用心了，没有办不成的事。于是，我静下心来，仔细研究老师下发的教程。我珍惜每一次的上机机会，勤加练习，课下积极研究手册和相关书籍。两天过后，才算有点眉目了。到这时心里才算稍微安稳了一些，再加上以前学过名为protel的电路设计软件，所以我的自信心加强了。本次设计涉及两个方面，c语言程序设计和单片机工作电路设计。软件设计方面，我们在参考别人成功先例的基础上根据自己设计的需要编制程序，其中历经不少曲折，最让我们感叹的是：编程c语言一定要细心，稍有疏忽，程序就没办法正常工作。硬件是在同学的帮助下完成的。对于这次课程设计，主要是利用了keil和

21、proteus软件设计和仿真统。过程中所用到的主要电路由我们自主设计制作，通过查阅资料和借助指导老师最终设计出结构合理、美观，主要电气指标良好，性能稳定可靠的电路。以培养我们严谨的科学态度，正确的设计思想，科学的设计方法和良好的工作作风，掌握一定的专业技能及综合运用基础理论、基本知识的能力。在这次设计过程中，体现出了设计电路的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。同时，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。9致谢在此感谢我们的刘宏老师，舒昌老师，老师严谨细致、一

22、丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次基于单片机的数字温度计设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。老师无论在理论上还是在实践中，都给予了本人很大的帮助，使自己的理论和技术水平都得到很大的提高，这对于自己以后的工作和学习都是一种巨大的鼓舞。在本课程设计的过程和论文编写过程中，很多同学和朋友给予了我许多无私的帮助，给我的设计和论文提出了很多宝贵的修改意见，在这里，我向这些无私帮助我的人表示衷心的感谢和良好的祝愿。谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊

23、。至此，衷心感谢各位老师及同学的帮助！10参考文献1 余发山，王福忠.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社，20032 李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，2005.3 张有德，赵志英.单片微型机原理、应用于实验.复旦大学出版社，2000.4 ds18b20数据手册.5 求是科技编著8051系列单片机c程序设计完全手册北京: 人民邮电出版社, 2006.6 阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，2004.附件：源程序代码：#include#include#define uint unsigned int /宏定义#define

24、 uchar unsigned char sbit tem=p32; /18b20数据口uchar temp4; /温度转化时用/*共阴数码管*/uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40;/*ms级延时*/void delayms(uint ms) uint i,j;for(i=ms;i0;i-)for(j=120;j0;j-); /*us级延时*/ void delay_1(uint t) while( t-) ; /*写*/ void xie_qianduan(uchar k) uchar

25、 n;for(n=8;n0;n-)tem=0;tem=k&0x01; delay_1(5); tem=1; k=1;/*读*/uchar du_qianduan() uchar u;uchar g=0;for(u=8;u0;u-) tem=0; g=1; tem=1; if(tem) g|=0x80; delay_1(4); return g; /*初始化*/void init_1820()uchar x=0; tem=1;/复位delay_1(8);/延时大于1ustem=0;delay_1(80); /延时大于480ustem=1;delay_1(14);x=tem;delay_1(20);/*读取数