数字温度计课程设计

1、课程设计说明书第II页目录1绪论11.1 课题描述11.2 基本工作原理及框图12硬件电路设计22.1 AT89C51 简介22.1.1 AT89C51 概述22.1.2 AT89C51 特性32.1.3 AT89C51引脚工作说明 32.1.4 复位电路的设计 42.2 温度传感器DS18B2052.2.1 DS18B20 工作原理 52.2.2 DS18B20 内部结构 52.2.3 DS18B20技术性能描述 62.2.4 DS18B20 硬件说明62.2.5 DS18B20 接线方法 72.2.6 DS18B20 特点73软件设计83.1 主程序设计83.2 温度采集模块设计 93.3

2、 温度计算模块设计 93.4 编程语言及程序 103.4.1 编程语言选择 103.4.2 汇编程序104总电路图145调试15总结16致谢17仿我照检课程设计说明书第III页参考文献18课程设计说明书第1页1绪论1.1 课题描述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。在信息采集（传感器技术）、 信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）三大信息技术中，传

3、感器属于信息技 术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以 说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中 需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装 置具有重要的意义。本次课程设计的内容是开发一个基于 AT89C51单片机的测温系统，并采用了数字 温度传感器DS18B20,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 流程进行了详细研究，对各部分的电路也一一进行了设计，该系统可以方便的实现对三 路温度的采集、传输、处理和显示，并可设定上下限报警温度。它使用起来相当方便， 具有精度高

4、、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。1.2 基本工作原理及框图本课程设计的温度计测温系统由温度传感器电路、信号放大电路、A/ D转换电路、单片机系统、温度显示系统构成。其基本工作原理：温度传感器电路将测量到的温度信 号转换成电压信号输出到信号放大电路，与温度值对应的电压信号经放大后输出至转 A/D换电路，把电压信号转换成数字量送给单片机系统， 单片机系统根据显示需要对数 字量进行处理，再送温度显示系统进行显示。基本工作原理框图如图1所示。课程设计说明书第2页图2 AT89C5

5、1管脚图温度传感器89C51单片机系统发光二极管显示电路图1基本工作原理框图5SE s76 3 4 3210vcpopopoPQpopopopn2硬件电路设计2.1 AT89C51 简介2.1.1 AT89C51 概述AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除 只读存储器可以反复擦除|1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储

6、器制造技术 制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能18位CPU和闪 速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是 它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉 的方案。单片机引脚分布图如图2所示：PIO P11P1J Pl 3Pl 4 Fl .5Fl 6 Pl 7F3T/VPD RXDF3Q TXD F3 1 i5rrB F32 凶TIP33 TCP? 4 T1 P35 陈内6 RDP3 7 5CAL2 XTAL1VSS课程设计说明书第#页2.1.2 AT89C51 特性AT89C

7、51提供以下标准功能：4k 字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM , 32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行 通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支 持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，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202.1.3 AT89C51引脚工作说明P0 口： P0 口为一个8位漏极开路双向I/O 口。P0 口能用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据/

8、地址的第八位。在 FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当 FALSH进行校验时，P0 口输出原码，止匕时P0 口外部必须被拉高。P1 口： P1 口是 一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口。P1 口管脚写入1后， 被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流。在 FALSH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口。当P2 口被写入“1”时，其 管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部 数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。P2 口在FLASH编程和

9、校验时接收高 八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口。当P3 口写入“1”后，它 们被内部上拉为高电平并用作输入。P3 口：除作I/O 口使用外，还有特殊功能如表格 1所示表1 P3 口特殊功能表P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1 （外部中断1）P3.4T0（计时器0外部输入）P3.5T1（计时器1外部输入）P3.6/ WR （外部数据存储器写选通）P3.7/ RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为编程和校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持

10、 RST脚两个机器周期的高电平时 问。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位 字节。在FALSH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE端以不变的频率 周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作外部数据存储器时，将 跳过一个ALE脉冲。如果想禁止 ALE的输出可在SFR8EH地址上置。此时，ALE只 有在执行MOVX , MOVC指令时ALE才起作用。另外，该指令被略微拉高。如果微处 理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/ PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有校。但在

11、访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000HFFFFH), 不管是否有内部程序存储器，注意加密方式 1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端 保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编 程电源(VPP)。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入XTAL2 :来自反向振荡器的输出。ISP:在线编程引脚。P1.5、P1.6、P1.7、RST四个引脚可以作为在系统编程引脚302.1.4 复位电路的设计单片机的复位电路如图3所示图3单片机的复位电路课程

12、设计说明书第5页该复位电路采用手动复位与上电复位相结合的方式。当按下按键S1时，VCC通过R2电阻给复位输入端口一个高电平，实现复位功能，即手动复位。上电复位就是VCC通过电阻R2和电容C构成回路，该回路是一个对电容 C1充电和放电的电路，所以复 位端口得到一个周期性变化的电压值，并且有一定时间的电压值高于CPU复位电压，实现上电复位功能4 o2.2 温度传感器 DS18B202.2.1 DS18B20工作原理DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能 温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够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

13、位的数字值读数方式。可以分别在 93.75 ms和750 ms内完成 9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根 口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进， 给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。2.2.2 DS18B20内部结构DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部2构框图如图4所示。国位 制 和雌 楼口电源检厕温度灵敏

14、元件Q存储器和控霹高速翊存储器图4 DS18B20内部结构十的秋&胃K课程设计说明书第6页2.2.3 DS18B20技术性能描述独特的单线接口方式，DS18B20在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的双向通讯。测温范围 55C+125C,固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错 误的）1C。支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳工作电源：3. 05.5V/DC （可以数据线寄生电源）在使用中不需要任何外围元件测量结果以912位数字量方式串行传送不

15、锈钢保护管直径6适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线，便于与其它电器设备连接。2.2.4 DS18B20硬件说明DS18B20外形及引脚如图5所示图5 DS18B20外形及引脚课程设计说明书第9页GND:地DQ:单线运用的数据输入/输出引脚VD:可选的电源引脚2.2.5 DS18B20接线方法面对着扁平的那一面，左负右正，一旦接反就会立刻发热，有可能烧毁！同时，接 反也是导致该传感器总是显示 85C的原因。2.2.6 DS18B20特点独特的一线接口，只需要一

16、条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无 需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为 3.0 V至5.5 V无需备用电源 测量温度 范围为-55 C至+125 0 C 。华氏相当于是-67 F到257华氏度-10 C至+85 C 范围内精度为 0.5 0 C温度传感器可编程的分辨率为 912位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫 秒，用户可定义的非易失性温度报警设置，应用范围包括恒温控制、工业系统、消费电 子产品温度计、或任何热敏感系统描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位(可编程设备温度读数)。由于DS18B20 是一条口线通信，所以中央微处理器与 DS18B20只有一

17、个一条口线连接。为读写以及 温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个DS18b20S可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在 许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并 进行过程监测和控制。DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一：(1)读 ROM,(2) ROM 匹配，(3)搜索 ROM,(4)跳过 ROM,(5)报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的 64位光刻ROM序列号，可以在挂在一线上多个器

18、件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在 DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在 DS18B20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写 TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读，写 都是从最低位开始4。3软件设计3.1 主

19、程序设计主程序的主要功能是负责多点温度数据的实时采集、传输，处理和显示。其程序流 程如图6所示。3.2 温度采集模块设计为本温度采集系统开发的软件程序，可以对DS18B20内部的寄存器编程控制DS18B20的工作方式，以及从这些数据寄存器读取温度值， 最后把经过单片机数据处理 后的温度送到LED上显示。AT89C51扮演着上传下达的角色，单片机端的程序采用了 C语言。DS18B20一侧的通信程序将利用并行端口 P3. 0和P3. 1来模拟I2C总线协议， 总线上的通信通过程序来实现。整个软件采用了模块化的程序设计方法。为了实现AT89C51和DS18B20之间I2C协议之下的串行通信，编写了一

20、些专用子程序。这些子程序段包括：符号定义、AT89C51 的端口初始化、启动信号时序产生、停止信号时序产生、发送字节、读取字节、读取温 度、显示。系统电路在上电后开始工作，最先程序单片机进行初始化设置，然后单片机利用模 拟I2C总线对DS18B20进行寻址。单片机在接收到 DS18B20应答后，紧接着单片机利 用命令（AAh、ACh、EEh、22h）将设置/状态寄存器的值通过I2C总线写入DS18B20 状态寄存器，该系统中把DS18B20设置为连续温度转换工作方式，之后 DS18B20在单 片控制下进行温度测量，然后 DS18B20把所采集的温度传输给单片机，最后单片机把 温度数据送到LED

21、上显示5。3.3 温度计算模块设计计算温度子程序将从DS18B20中读取的温度值进行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 7所示。课程设计说明书第19页图7计算温度子程序流程图3.4 编程语言及程序3.4.1 编程语言选择AT89C51的编程语言常用的有两种，一种是汇编语言，一种是C语言。汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却并不强，C语言在大多数情况下其机器代码生成效 率和汇编语言相当，C语言的结构性和模块化容易阅读和维护6 o3.4.2 汇编程序程序如下：ORG 00HMAIN:MOV 30H,#00HMOV 31H,#00HLCALL RESET ;复位MOV

22、 A,#0CCH ;跳过 ROMLCALL WRITEMOV A,#44H;启动转换LCALL WRITE ;延时MOV R7,#100D1: MOV R4,#20D2: MOV R5,#248DJNZ R5,$DJNZ R4,D2DJNZ R7,D1LCALL RESET ;复位MOV A,#0CCH;跳过 ROMLCALL WRITEMOV A,#0BEH ;启动转换 LCALL WRITELCALL READMOV A,3DHMOV 30H,ALCALL READMOV A,3DHMOV 31H,A ;MOV 36H,#00H MOV 37H,#00H MOV 38H,#00H MOV

23、39H,#00H ;ANL A,#00000111B MOV 36H,A MOV A,30H SWAP AANL A,#00001111BMOV 37H,AMOV A,36HSWAP AMOV 41H,AMOV A,37HADD A,41HMOV 41H,AMOV B,#10DIV ABMOV 46H,AMOV 47H,BMOV A,30HANL A,#00001111BMOV 39H,AJNB ACC.3,JINMOV A,38HADD A,#50HMOV 38H,AJIN: MOV A,39HJNB ACC.2,JIN1MOV A,38HADD A,#25HMOV 38H,AJIN1: M

24、OV A,39HJNB ACC.1,JIN2MOV A,38HADD A,#12HMOV 38H,AJIN2: MOV A,39HJNB ACC.0,JIN3MOV A,38HADD A,#06HMOV 38H,AJIN3: MOV A,38HSWAP AANL A,#00001111BMOV 38H,ASJMP $;数据处理RESET: NOPL0:CLRP1.4MOVR2,#200L1:NOPDJNZR2,L1SETBp1.4MOVR2,#30L4:DJNZR2,L4CLRCORLC,p1.4JCL3MOVR6,#80L5:ORLC,p1.4JCL3DJNZR6,L5SJMPL0L3:MO

25、VR2,#250L2:DJNZRETR2,L2WRITE: MOVR3,#8WR1:SETBp1.4MOVR4,#8RRCACLRp1.4WR2:DJNZR4,WR2MOVp1.4,CMOVR4,#20WR3:DJNZR4,WR3DJNZR3,WR1SETBRETp1.4READ:MOVR6,#8RE1:CLRp1.4MOVNOPR4,#6SETBp1.4RE2:DJNZR4,RE2MOVC,p1.4RRCAMOVR5,#30RE3:DJNZR5,RE3DJNZR6,RE1MOV3DH,ASETBRETp1.4END4总电路图温度计电路设计原理图如图8所示，控制器使用单片机AT89C2051,温度传感器使用DS18B20,使用LED数码管以动态扫描法实现温度显示 口i=L aPDJVjra 皿一 FUNJUZFDAUdPDJ Kl.lM?PIC IDJUli n.i as rx jA*n naxn F2 向 JUN ! 也 JSjLI* n.wk图8总电路图5调试单片机系统的硬件调试和软件调