广西科技大学单片机DS18b20温度传感器课程设计

1、广西科技大学（筹）单片机课程设计报告课题名称 数字温度计 姓 名： 学 号：专业班级：电科指导教师： 所在学院：理学院 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, 本文主要介绍了一个基于STC12C5A16S2单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分 析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进 行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起

2、来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积 小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B2与STC12C5A16S2结合实现最简温度检测系统,该系统结构简单,抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量,有广泛的应用前景。 关键词:单片机 DS18B20 温度传感器 数字温度计STC12C5A16S2 目录1.概述11.1课程设计的意义11.2设计的任务和要求12 .系统总体方案及硬件设计12.1数字温度计设计方案论证1方案一1方案二12.2系统总体设计22.3系统模块 2主控制器2显示电路22

3、.3.3 温度传感器2报警温度调整按键33.系统软件算法分析33.1主程序流程图33.2读出温度子程序43.3温度转换命令子程序53.4计算温度子程序53.5显示数据刷新子程序63.6按键扫描处理子程序74.实验仿真75.总结与体会8参考文献9附1 源程序代码10附2原理图 . 19 1.概述1.1课程设计的意义 本次课程设计是在我们学过单片机后的一次实习，可增加我们的动手能力。特别是对单片机的系统设计有很大帮助。本课程设计由六个人共同完成，在锻炼了自己的同时也增强了自己的团队意识和团队合作精神。1.2设计的任务和要求 1、基本范围-55-125 2、精度误差小于0.5 3、LCD 液晶显示

4、4、可以任意设定温度的上下限报警功能 2 .系统总体方案及硬件设计2.1数字温度计设计方案论证2.1.1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，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。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DS18B20，此传感

5、器，可以很容易直接读取被测 温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，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，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.2系统总体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STC12C5A16S2，温度传感器采用DS18B20，用LCD液晶以串口传送数据实现温度显示。2.3系统模块 系统由单片机最小系统、时钟振荡、显示电路、按键、温度传感 器等组成。 主控制器 单片机STC12C5A16S2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

6、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。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。显示电路 显示电路采用LCD液晶显示，P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出。 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1位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下： 1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 2、多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能 3、无须外部器件； 4、可通过数据线供

7、电，电压范围为3.05.5； 5、零待机功耗； 6、温度以或位数字； 7、用户可定义报警设置； 8、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； 9、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可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图4 所示单片机端口接单线 总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对 总线的上拉。 当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉

8、开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 报警温度调整按键 本系统设计只需三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换 设置报警温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。 3.系统软件算法分析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，按键扫描处理子程序等。3.1主程序流程图 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见下图所 示。3.2读出温度子程序

9、读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，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。其程序流程图如下图示 。3.3温度转换命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为 750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如下图。3.4计算温度子程序 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，其程序流程图如下图所示。 3.5显示数据刷新子程序 显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1 时将符号显示位移入第一位。程序流程图如下图

10、。3.6按键扫描处理子程序 按键采用扫描查询方式。4.实验仿真 进入protuse 后，连接好电路，并将程序下载进去。将DS18B20 的改为0.1，LCD显示温度与传感器的温度相同。 当按下选择键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按up 或down分别对报警温度进行加一或减一。 当再次按下选择键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设置的温度报警下线，按up 或down分别对报警温度进行加一或减一。 当第三次按下选择键时，退出温度报警线设置,显示当前温度。5.总结与体会通过这次对数字温度计的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字温度计的原理与设

11、计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。在焊接过程中，我们粗心大意将电源开关焊反了，虽然不影响使用，可是还是给我们提了个醒，焊接任何元件之前必须得弄清它的正确焊接方法，不能自以为然、想当然，要实实在在，脚踏实地。电路板可能由于在焊接过程没掌握

12、好时间，使得板子持续高温，损坏某些元件，从而影响了板子的一些功能，焊接技术有待在以后的实践中提高。由于本人的的编程能力有限，无法实现修改上下限温度。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，这就是我在这次课程设计中的最大收获。参考文献1曹巧媛主编. 单片机原理及应用(第二版). 北京:电子工业出版社,20022全国大学生电子设计竞赛组委会编.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001), 北京:北京理工大学出版社，20033何力民编. 单片机高级教程. 北京:北

13、京航空大学出版社,20004金发庆等编. 传感器技术与应用.北京机械工业出版社,20025王锦标，方崇智过程计算机控制北京：清华大学出版社，1997；6邵惠鹤工业过程高级控制上海：上海交通大学出版社，1997；7胡寿松自动控制原理北京：国防工业出版社，2000；8刘伯春智能PID调节器的设计及应用电子自动化，1995；9 Katsuhiko OgataModen Control EngineeringPublishing house of electronics industry，2000：10 周润景，张丽娜基于PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真M北京:航空航天大学出版社 ,200

14、611王忠飞，胥芳MCS-51 单片机原理及嵌入式系统应用M西安：西安电子科技大学出版社，200712 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录.第1版.北京：高等教育出版社，195713 Microchip 24C01B/02B 8 位PIC®单片机产品手册ED/OL，14赵娜，赵刚，于珍珠等.基于51 单片机的温度测量系统J. 微计算机信息，200715 Borko H，Bernier C LIndexing concepts and methods .New York:Academic 附1 源程序代码#include<reg52.h>#include <intri

15、ns.h>#include<math.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit beep=P10;/位定义报警显示灯sbit xuanze=P00;/位定义选择按键sbit up=P01;/位定义极限加sbit down=P02;/位定义极限减int th=35,tl=20;/初始上限值和下限值uchar i,num=0;/定义变量/* 延时函数*/void delay(uint t) uint x,y; for (x=t;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);/* LCD部

16、分*/sbit rs=P21;sbit rw=P22;sbit E=P23;uchar tmp5="temp:"uchar tmp6="C"uchar code tab1="TH:"uchar code tab2="TL:"write_com(uchar com)/LCD写地址函数 P2=0X18;/rs=0,rw=0, E=1 P0=com; delay(5); E=0; write_data(uchar dat)/LCD写数据函数 P2=0X1A;/rs=1,rw=0,E=1 P0=dat; delay(5);

17、 E=0;init_lcd()/LCD初始化函数 write_com(0x38);/16*2显示，5*7点阵，8位数据 write_com(0x0c);/设置为显示开，关光标，不闪烁 write_com(0x06);/写操作后，AC自动加1 write_com(0x01); /LCD清屏 write_com(0x80+0x01);/LCD第一行第二个位置起显示"TH:" for(i=0;i<3;i+) write_data(tab1i); write_com(0x80+0x09);/LCD第一行第10个位置起显示"TL:" for(i=0;i<

18、;3;i+) write_data(tab2i); write_com(0x80+0X40+0x00);/LCD第二行开始出显示"temp:" for(i=0;i<5;i+) write_data(tmp5i); write_com(0x80+0X40+8);/显示温度的单位 for(i=0;i<2;i+) write_data(tmp6i); /以下是温度的上限和下限初始化显示部分 write_com(0x80+0x00+4); write_data('+'); write_data(th/10+0x30); write_data(th%10+

19、0x30); write_com(0x80+0x00+12); write_data('+'); write_data(tl/10+0x30); write_data(tl%10+0x30);/* DS18B20部分*/uchar timecount;/定义中断次数uchar test0,test1,test;/温度值变量uchar a1,a2,a3;/温度整数部分的十位，个位和小数部分的十分位uchar readdate2;/定义数组，用来暂存读取的温度值sbit DQ=P17;/DS18B20数据口bit flag;/定义温度的正负标志位void delay1(uint i

20、)/短延时函数while (i-);void reset()/DS18B20的复位函数 uchar x=0; DQ=1;/使总线为高电平 delay1(8);/延时 DQ=0;/使总线为低电平 delay1(80);/延时，大于480us DQ=1;/使总线为高电平 delay1(14);/延时，等待DS18B20回应低电平 x=DQ;/将DS18B20的回应读到变量x，用于判断复位是否成功delay1(20);/延时一段时间结束void writecmd(uchar cmd)/DS18B20的写字节函数 uchar i=0;/定义位循环变量 for(i=8;i>0;i-)/循环8次 D

21、Q=0;/总线拉低 DQ=cmd&0x01;/将发送字节的最低位送到总线 delay1(5);/延时（30us），等待DS18B20取走总线数据 DQ=1;/总线拉高 cmd>>=1;/将待发送的字节右移后，继续发送 uchar readdat()/DS18B20的读字节函数 uchar i=0;/定义位循环变量 uchar temp=0;/定义暂存变量 for(i=8;i>0;i-)/循环8次 DQ=0;/总线为低电平 temp>>=1;/暂存变量右移 DQ=1;/总线拉高，执行如下的读操作 if(DQ)/如果DS18B20输出高电平 temp|=0x8

22、0;/将暂存变量的最高位置1 delay1(4);/延时一段时间 return temp;/程序结束后，将暂存变量返回调用程序/* 按键设置上线温度和下限温度值函数 */void key1()P0=0X28;P2=0X90;P2=0X10;P0=0xff;P2=0X00;/打开74hc245delay(10);/延时if (P0=0xfe)/如果选择键按下delay(10);/延时消抖if (P0=0xfe)/如果按键还处于按下状态num+;/次数加1while (P0=0xfe);/等待按键抬起 if (num=1)/如果按下选择键的次数为1TR0=0;/关闭中断write_com(0x80

23、+0x00+6);/光标移到第一行第七个位置write_com(0x0f);/设置为显示开，开光标，闪烁if (num=2)/如果按下选择键的次数为2write_com(0x80+0x00+14);/光标移到第一行第十五个位置write_com(0x0f);/设置为显示开，开光标，闪烁if (num=3)/如果按下选择键的次数为3num=0;/次数清零write_com(0x0c);/设置为显示开，关光标，不闪烁TR0=1;/开中断 void key2()P0=0X28;P2=0X90;P2=0X10;P0=0xff;P2=0X00;/打开74hc245delay(10);/延时if(num=

24、1) if (P0=0xfd) delay(10);if (P0=0xfd)th+;while(P0=0xfd); if(num=2) if (P0=0xfb)delay(10);if (P0=0xfb)tl+;while(P0=0xfb); if(num=1) if(th>=0)/如果上线值为正 write_com(0x80+0x00+4); write_data('+');/显示正号 write_com(0x80+0x00+5); write_data(th/10+0x30);/显示上限温度值的十位 write_data(th%10+0x30);/显示上限温度值的个位

25、 if(th<0) write_com(0x80+0x00+4); write_data('-');/显示负号 write_com(0x80+0x00+5); write_data(th/10+0x30);/显示上限温度值的十位 write_data(th%10+0x30);/显示上限温度值的个位 if(num=2)/如果选择键按了两次 if(tl>=0)/如果下限温度值为正 write_com(0x80+0x00+12); / 显示正号 write_data('+');/ write_com(0x80+0x00+13); write_data(tl

26、/10+0x30);/显示下限温度值的十位 write_data(tl%10+0x30);/显示下限温度值的个位 if(tl<0) write_com(0x80+0x00+12); write_data('-');/显示负号 write_com(0x80+0x00+13); write_data(tl/10+0x30);/显示上限温度值的十位 write_data(tl%10+0x30);/显示上限温度值的个位 /* 报警函数*/void BEEP() if(test>=th)|(test<=tl)/如果测得的温度值>=上限温度值（TH)或<=下限

27、温度值（TL) beep=beep;/蜂鸣器响 else beep=0;/否则发蜂鸣器不响 /* 主函数*/void main() init_lcd();/初始化LCD TMOD=0X01;/定时器0，方式1 TH0=0X3C;/50ms溢出一次 TL0=0XB0; TR0=1;/启动定时器0 ET0=1;/开定时器0 EA=1;/开总中断 while(1) key1();/调用按键函数 key2(); BEEP();/调用报警函数 /* 中断函数*/void timer0() interrupt 1/定时器0中断，中断标号为1 uint result;/ TH0=0X3C; TL0=0XB0; timecount+;/每中断一次，timecount加1if(timecount=20)/中断定时达到1S，50ms*20=1s timecount=0;/timecount清零 reset();