课程设计基于AT89S52的数字温度计设计实验

1、信息学院电子系统设计设计报告专业：通信工程班级：092设计题目：数字温度计设计学生姓名：张庆余、陈子杰、王洪亮指导教师：张铮完成日期:一、设计任务和性能指标 31.1 设计任务 31.2 性能指标 3二、设计方案 3三、系统硬件设计 33.1 主控制器AT89C52 33.2 温度采集装置DS18B2Q 43.3 显示电路的设计 73.4 温度调节设置按键电路 83.5 复位电路 83.6 时钟电路 83.7 报警电路 9四、系统软件设计 94.1 主程序设计 94.2 温度检测装置设计 104.3 中断设定子程序设计 124.4 报警模块设计 14五、调试及性能分析 145.1 调试步骤 1

2、45.2 性能分析 15六、心得体会 15参考文献 16附录1系统硬件电路图 16附录2程序清单 错误！未定义书签。、设计任务和性能指标1.1 设计任务设计以智能集成温度传感器 DS18B20 89S52单片机为控制器构成数字温度 测量装置，它与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，输 出温度采用数字显示。要求用 Protel 画出系统的电路原理图(要求以最少组件，实现系统设计所要求的功能)，印刷电路板(要求布局合理，线路清晰)，绘出程序流程图，并给出程序清单(要求思路清晰，尽量简洁，主程序和子程序分开，使程序有较强的可读性) 。1.2 性能指标(1) 实时显示环境温度值(2)

3、 通过按键可以设定报警温度的上下限值(3) 当环境温度大于报警温度上限值，通过红灯闪烁和蜂鸣器报警；当环境温度 小于报警温度下限值，通过绿灯闪烁和蜂鸣器报警。二 . 设计方案按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，电路系统构成框图如图1.1 所示。方案采用数字温度芯片DS18B2CM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0 100 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DS18

4、B20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51 单片机控制，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机通信上传数据，另外AT89S52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。该系统利用AT89S52芯片控制温度传感器DS18B20S行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需 要设定上下限报警温度。图2.1 DS18B2闻度测温系统

5、框图显示模块采用采用了四位数码管，通过温度传感器和单片机交换数据， 把当 前环境下的温度数据适时传输给数码管。键盘采用线性连接，连接方式相对简单， 使用查询法实现调整功能。三、系统硬件设计3.1 单片机的选择采用AT89C52I片机为中心空制芯片。AT89C521美国ATME公司生产的低电压、高性能CMOS航单片机，片内含 8K bytes的可反复擦写的 PEROM口 256bytes 的RAMUZ及通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52功能强大，可充分 满足该控制器存储等各方面的需求。AT89C5双供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM 32个I/

6、O 口线，3个16位定时器/计时器，一个6位向量级中断结构，一个全双 工用通信口 ,片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0 H z的静态逻辑操作，并支持两种软件的可选节电工作方式：空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复 位。Pl . c c Pl 1 d Pl 2 Pl . 5 C Fl 4 C FL 5 C Pl 6 C Fl . 7 C KST C TUUMF3 fl C MMP3, 1 C 2 C nFTT/fa 3 已 IO/P3,4 C 11/P3 5 C TO/F3 & C K5/F3 7 d ira

7、u q imi c cm WIT 2,4。 33口3注43r5366734«13:q箱10311130123勺1329142T】，旄161724；J«21：112121M1PTcc PO I/ADO PO JZAD1PO pa a/AD)FOPO 6，*口& ?a "他 Ein>FgFI i/llS 屋 e/Ai4F2FE "盛工E 隈，1 Pl ：/A10nPN，以上图3.1 AT89C52引脚图AT89C52勺参数了解:工作温度55 C + 125 c储藏温度65C+ 150c任一引脚对地电压一 1 v + 7 v最高工作电压6.6 v

8、直流输出电流15mA3.2 温度采集装置由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温 度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采 用DALLA宓司的数字温度传感器 DS18B20乍为测温元件。DALLAS1新单线数字温度传感器DS18B2隽一种新型的“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。DALLA评导体公司的数字化温度传感器DS18B2Q1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

9、警温度存储在 EEPROM,掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式用行输出； 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®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勺性能特点如下： 独特的单线接口方式，DS18B20fc与微处理器连接时仅需要一条口 线即可实现微处理器与 DS18B20勺双向通讯； DS18B20t持多点组网功能，多个 D

10、S18B2W以并联在唯一的三线 上，实现组网多点测温； DS18B20fc使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路 集成在形如一只三极管的集成电路内； 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V,在寄生电源方式下可 由数据线供电；温范围55C+ 125C,在-10+85C时精度为± 0.5 C ;零待机功耗；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 Cft 0.0625 C,可实现高精度测温；在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨 率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；用户可定义报警设置；报

11、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；测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU 同时可传送CRCJ验码，具有极强白抗干扰纠错能力；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11以上特点使DS18B20t常适用与多点、远距离温度检测系统。DS18B2的部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM温度传感器、非挥 发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20勺管脚排列、各种封装形 式如图3-2所示，DM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；GN师地信号；VDM可选择的VDD5

12、I脚。 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。帕嫩Nchc% 8图3.2外部封装形式图图3.3所示图为引脚图位ROM单片机64图3.4 DS18B20内部结构框图3.3 显示电路的设计图3.6 时钟电路百位 12 十位 9 个位 8 十分位 6A 11 B 7 C 4 D 2 E 1 F 10 G 5 DP 3DS18B2(R集的温度数据经单片机分析在该数码管上显示3.4 温度调节设置按键电路通过四个外围按键与单片机 AT89C52ft接相连，用户可根据需要设置自己想要控制的正常范围内任意想要温度3.5 复位电路进行复位工作是单片机进入工作的状态的初始化操作，是CPLW系统中的其它部件都处于一个

13、确定初始状态，并从这个状态开始工作。另外当程序运行错误或由 于错误操作而是单片机进入锁死状态的时侯。 也可以通过复位操作进行的从新启 动的操作。等到复位以后，单片机的计算机初始值被初始化。A1 » i*o o-±ci ICKlFA Q RST图3.5 复位电路3.6 时钟电路 对于每个系统工程的时钟电路，都是用于单片机工作所需要的时钟信号，单片机 只有在时钟信号的控制下，其各部件之间才能协调一致工作，时钟信号控制着计 算机的工作节奏。在单片机的TXAL1 TXAL12之间跨接晶体振荡器和微调电容，可以喝单片 机内部的振荡器构成一个稳定的自激振荡器， 这就是单片机的时钟电路。

14、这种方 式称之为内部的时钟源方式。电容C4和C5的主要作用是帮助振荡器起振，且振 荡器大小对振荡频率有微调作用，在 80C51系列中电容的大小20微法。另外， 振荡器的频率只要由石英晶振的频率来决定本次设计选用12MHzL亍。03:02Y 33Qp-|n|1T13.7温度报警电路本设计采软件处理报警，利用有源蜂鸣器进行报警输出，采用直流供电。当 所测温度超过获低于所预设的温度时， 数据口相应拉高电平，报警输出。报警电 路硬件连接见图3.7S6Z26-OD3BUZ1P37图3.7蜂鸣器电路连接图四、系统软件设计4.1主程序设计主程序模块主程序需要调用4个子程序，分别为数码管显示程序，温度测试及处

15、理子程序，报警子程序，中断设定子程序。各模块程序功能如下： 数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。 温度测试及处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。 报警子程序：进行温度上下限判断及报警输出。 中断设定程序：实现设定上下限报警功能。主程序流程图见图4.1。1S1120。江（JF始）4.2温度检测装置设计图4.2 DS18B20初始化流程图图4.1主程序流程图温度检测流程DS18B20s单片机控制下分三个阶段 18B20初始化：初始化流程图见4.2读18B20时序：读DS18B2CM程见图4.3写18B20时序：写18B20流程见图4.4斗设二I* J ,的卜

16、M也片则4崛思嫄1 w$51 4小器切始化康特接命令a 1图4.3 读DS18B2航程图图4.4 写DS18B2航程图4.3 中断设定子程序设计中断模块采用了外中断和内中断套用方法。当设计需要实现上下限报警时， 利用INTO 口进行中断，set键进行上下限报警温度设定，进入温度设定状态后（按一下温度设定键），首先会提示显示“ UP字母，表示要用户设定高温报警 温度，按S3键，表示本位数字+1,按S4表示移向下一位，如 果4位高温设 定完毕，则显示“ DO ,表示要用户设定低温报警温度。4位低温设定完毕，如 果用户设置的高温比设定的低温高的话则显示“ERRO表示错误提示，同时会有蜂鸣器及时报警提

17、示，然后自动显示“ UP',让用户重新进行温度设定。中断设 定子程序流程图见下图图4.5中断设定子程序流程图4.4 报警模块设计图4.6报警模块子程序流程图五、调试及性能分析5.1 调试步骤 调试分为硬件调试和软件调试。硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、 断路、虚焊等。具体步骤及测试结果 如下：(1)检查电源与地线是否全部连接上，用万用表对照电路原理图测试各导线是 否完全连接，测试结果所有连接线都已连接好；(2)检验单片机的晶振是否起振，用示波器观察波形；测试结果波形都很好；(3)检查各芯片的功能是否正常，检测按键的导通情况。测试结果正常。软件调试主要是程序调试，将整个温度计显示程

18、序按照实现功能分为各子模块进 行调试，首先都要在实验台上进行调试。具体步骤如下：(1)显示程序调试。在单片机实验课中我们已经做过LED显示实验，所以这部分相对简单，很快便调试无误了。我们设计的硬件显示部分与实验台虽然并不相 同，但相差并不多，经改动后在单路板上也调试通过了；（ 2）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调试。由于DS18B20f单片机采用串行数据传送，因此，对 DS18B20!行读/写编程时，必须严格的保证读/写时序，否则将无法读取测量结 果。5.2 性能分析省略六、心得体会通过本次课程设计，使我对电子设计及制作产生了较为浓厚的兴趣，这不仅加强了自己对理论知识的理解和巩固，还能提高自己的动手能力，可以说受益匪浅。本次课程设计主要分为四部分