基于单片机控制的数字温度计课程设计

单片机课程设计报告数字温度计1设计要求■基本范围-550℃-110℃■精度误差小于于0.5℃■LED数码直直读显示2扩展功能■实现语音报数数■可以任意设定定温度的上下下限报警功能能数字温度计摘要：随着时代代的进步和发发展，单片机机技术已经普普及到我们生生活，工作，科科研，各个领领域，已经成成为一种比较较成熟的技术术,本文将介绍绍一种基于单单片机控制的的数字温度计计，本温度计计属于多功能能温度计，可可以设置上下下报警温度，当当温度不在设设置范围内时时，可以报警警。关键词：单片机机，数字控制制，温度计，DS18B20，AT89S511引言随着人们生活水水平的不断提提高,单片机控制制无疑是人们们追求的目标标之一，它所所给人带来的的方便也是不不可否定的，其其中数字温度度计就是一个个典型的例子子，但人们对对它的要求越越来越高，要要为现代人工工作、科研、生生活、提供更更好的更方便便的设施就需需要从数单片片机技术入手手，一切向着着数字化控制制，智能化控控制方向发展展。本设计所介绍的的数字温度计计与传统的温温度计相比，具具有读数方便便，测温范围围广，测温准准确，其输出出温度采用数数字显示，主主要用于对测测温比较准确确的场所，或或科研实验室室使用，该设设计控制器使使用单片机AT89SS51，测温传感感器使用DS18BB20，用3位共阳极LED数码管以串串口传送数据据,实现温度显显示,能准确达到到以上要求。2总体设计方案案2.1数字温度度计设计方案案论证方案一由于本设计是测测温电路，可可以使用热敏敏电阻之类的的器件利用其其感温效应，在在将随被测温温度变化的电电压或电流采采集过来，进进行A/D转换后后，就可以用用单片机进行行数据的处理理，在显示电电路上，就可可以将被测温温度显示出来来，这种设计计需要用到A/D转换电路，感感温电路比较较麻烦。方案二进而考虑到用温温度传感器，在在单片机电路路设计中，大大多都是使用用传感器，所所以这是非常常容易想到的的，所以可以以采用一只温温度传感器DDS18B220，此传感感器，可以很很容易直接读读取被测温度度值，进行转转换，就可以以满足设计要要求。从以上两种方案案，很容易看看出，采用方方案二，电路路比较简单，软软件设计也比比较简单，故故采用了方案案二。2.2方案二的的总体设计框框图温度计电路设计计总体设计方方框图如图1所示，控制制器采用单片片机AT89SS51，温度传感感器采用DS18BB20，用3位LED数码管以串串口传送数据据实现温度显显示。主控制器主控制器LED显示温度传感器单片机复位时钟振荡报警点按键调整图1总体设计计方框图2.2.1主控控制器单片机AT899S51具有低电压压供电和体积积小等特点，四四个端口只需需要两个口就就能满足电路路系统的设计计需要，很适适合便携手持持式产品的设设计使用系统统可用二节电电池供电。2.2.2显显示电路显示电路采用33位共阳LED数码管，从P3口RXD,TTXD串口输出段段码。温度传感器DS18B200温度传感器器是美国DALLAAS半导体公司司最新推出的的一种改进型型智能温度传传感器，与传传统的热敏电电阻等测温元元件相比，它它能直接读出出被测温度，并并且可根据实实际要求通过过简单的编程程实现９～１１２位的数字字值读数方式式。DS18BB20的性能特点点如下：●独特的单线接接口仅需要一一个端口引脚脚进行通信；；●多个DS188B20可以以并联在惟一一的三线上，实实现多点组网网功能；●无须外部器件件；●可通过数据线线供电，电压压范围为3.0~55.5Ｖ；●零待机功耗；；●温度以９或１１２位数字；；●用户可定义报报警设置；●报警搜索命令令识别并标志志超过程序限限定温度（温温度报警条件件）的器件；；●负电压特性，电电源极性接反反时，温度计计不会因发热热而烧毁，但但不能正常工工作；DS18B200采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内内部结构框图图如图2所示。CC64位ROM和单线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VddI/OI/O图2DS188B20内部结构64位ROM的的结构开始８８位是产品类类型的编号，接接着是每个器器件的惟一的的序号，共有有48位，最后８８位是前面56位的CRC检验码，这这也是多个DS18BB20可以采用一一线进行通信信的原因。温温度报警触发发器ＴＨ和ＴＴＬ，可通过过软件写入户户报警上下限限。DS18B200温度传感器器的内部存储储器还包括一一个高速暂存存ＲＡＭ和一一个非易失性性的可电擦除除的EERAM。高速暂存RAM的结构为８８字节的存储储器，结构如如图3所示。头２２个字节包含含测得的温度度信息，第３３和第４字节节ＴＨ和ＴＬＬ的拷贝，是是易失的，每每次上电复位位时被刷新。第第５个字节，为为配置寄存器器，它的内容容用于确定温温度值的数字字转换分辨率率。DS18BB20工作时寄存存器中的分辨辨率转换为相相应精度的温温度数值。该该字节各位的的定义如图3所示。低５５位一直为１１，ＴＭ是工工作模式位，用用于设置DS18BB20在工作模式式还是在测试试模式，DS18BB20出厂时该位位被设置为００，用户要去去改动，R1和Ｒ0决定温度转转换的精度位位数，来设置置分辨率。温度LSBB温度MSBBTH用户字节11TL用户字节22配置寄存器保留保留保留CRC图3DS118B20字节定义由表1可见，DDS18B220温度转换的的时间比较长长，而且分辨辨率越高，所所需要的温度度数据转换时时间越长。因因此，在实际际应用中要将将分辨率和转转换时间权衡衡考虑。高速暂存ＲＡＭＭ的第６、７７、８字节保保留未用，表表现为全逻辑辑１。第９字字节读出前面面所有８字节节的CRC码，可用来来检验数据，从从而保证通信信数据的正确确性。当DS18B220接收到温度度转换命令后后，开始启动动转换。转换换完成后的温温度值就以16位带符号扩扩展的二进制制补码形式存存储在高速暂暂存存储器的的第１、２字字节。单片机机可以通过单单线接口读出出该数据，读读数据时低位位在先，高位位在后，数据据格式以0.06225℃／LSB形式表示。当符号位Ｓ＝００时，表示测测得的温度值值为正值，可可以直接将二二进制位转换换为十进制；；当符号位ＳＳ＝１时，表表示测得的温温度值为负值值，要先将补补码变成原码码，再计算十十进制数值。表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。表1DS188B20温度转换时时间表DS18B200完成温度转转换后，就把把测得的温度度值与RAMM中的TH、TＬ字节内容容作比较。若若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器器件内的报警警标志位置位位，并对主机机发出的报警警搜索命令作作出响应。因因此，可用多多只DS188B20同时时测量温度并并进行报警搜搜索。在64位ROMM的最高有效效字节中存储储有循环冗余余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存存入DS18BB20的CRC值作比较，以以判断主机收收到的ROM数据是否正正确。DS18B200的测温原理理是这这样的的,器件中低温温度系数晶振振的振荡频率率受温度的影影响很小，用用于产生固定定频率的脉冲冲信号送给减减法计数器１１；高温度系系数晶振随温温度变化其振振荡频率明显显改变，所产产生的信号作作为减法计数数器２的脉冲冲输入。器件件中还有一个个计数门，当当计数门打开开时，DS18BB20就对低温度度系数振荡器器产生的时钟钟脉冲进行计计数进而完成成温度测量。计计数门的开启启时间由高温温度系数振荡荡器来决定，每每次测量前，首首先将－55℃所对应的一一个基数分别别置入减法计计数器１、温温度寄存器中中，计数器１１和温度寄存存器被预置在在－55℃所对应的一一个基数值。减法计数器１对对低温度系数数晶振产生的的脉冲信号进进行减法计数数，当减法计计数器１的预预置值减到００时，温度寄寄存器的值将将加１，减法法计数器１的的预置将重新新被装入，减减法计数器１１重新开始对对低温度系数数晶振产生的的脉冲信号进进行计数，如如此循环直到到减法计数器器计数到０时时，停止温度度寄存器的累累加，此时温温度寄存器中中的数值就是是所测温度值值。其输出用用于修正减法法计数器的预预置值，只要要计数器门仍仍未关闭就重重复上述过程程，直到温度度寄存器值大大致被测温度度值。表2一部分温温度对应值表表温度/℃二进制表示十六进制表示+1250000011111110110000007D0H+85000001100101011000000550H+25.062255000000000110011000000191H+10.12550000000000101000001100A2H+0.5000000000000000001000008H0000000000000000100000000H-0.511111111111111100000FFF8H-10.125511111111110101111100FF5EH-25.06225511111111100110011111FE6FH-5511111110001001100000FC90H另外，由于DSS18B200单线通信功功能是分时完完成的，它有有严格的时隙隙概念，因此此读写时序很很重要。系统统对DS18BB20的各种操作作按协议进行行。操作协议议为：初使化化DS18BB20（发复位脉脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操操作命令→处理数据。

图4DS118B20与单片机的的接口电路2.3DS118B20温温度传感器与与单片机的接接口电路DS18B200可以采用两两种方式供电电，一种是采采用电源供电电方式，此时时DS18BB20的1脚接地，2脚作为信号号线，3脚接电源。另另一种是寄生生电源供电方方式，如图4所示单片机机端口接单线线总线，为保保证在有效的的DS18BB20时钟周期内内提供足够的的电流，可用用一个MOSFEET管来完成对对总线的上拉拉。当DS18B220处于写存储储器操作和温温度A/D转换操作时时，总线上必必须有强的上上拉，上拉开开启时间最大大为10us。采用寄生生电源供电方方式时VDD端接地。由由于单线制只只有一根线，因因此发送接口口必须是三态态的。2.4系统整整体硬件电路路主板电路系统整体硬件电电路包括，传传感器数据采采集电路，温温度显示电路路，上下限报报警调整电路路，单片机主主板电路等，如如图5所示。图5中有三个独独立式按键可可以分别调整整温度计的上上下限报警设设置，图中蜂蜂鸣器可以在在被测温度不不在上下限范范围内时，发发出报警鸣叫叫声音，同时时LED数码管管将没有被测测温度值显示示，这时可以以调整报警上上下限，从而而测出被测的的温度值。 图5中的按按健复位电路路是上电复位位加手动复位位，使用比较较方便，在程程序跑飞时，可可以手动复位位，这样就不不用在重起单单片机电源，就就可以实现复复位。显示电路显示电路是使用用的串口显示示，这种显示示最大的优点点就是使用口口资源比较少少，只用p33口的RXD,,和TXD,串口的发送送和接收，四四只数码管采采用74LS1164右移寄存器器驱动，显示示比较清晰。图5单片机主主板电路图6温度显示示电路3系统软件算法法分析系统程序主要包包括主程序，读读出温度子程程序，温度转转换命令子程程序，计算温温度子程序，显显示数据刷新新子程序等。3.1主程序主程序的主要功功能是负责温温度的实时显显示、读出并并处理DS18BB20的测量的当当前温度值，温温度测量每1s进行一次。这这样可以在一一秒之内测量量一次被测温温度，其程序序流程见图7所示。YY发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？CRC校验正？确？移入温度暂存器结束NNY初始化初始化调用显示子程序1S到？初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNY图7主程序流流程图 图8读温度流程程图3.2读出温度度子程序读出温度子程序序的主要功能能是读出RAM中的9字节，在读读出时需进行行CRC校验，校验验有错时不进进行温度数据据的改写。其其程序流程图图如图8示发DS18B20复位命令发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束图9温度转换换流程图3.3温度转换换命令子程序序温度转换命令子子程序主要是是发温度转换换开始命令，当当采用12位分辨率时时转换时间约约为750ms，在本程序序设计中采用用1s显示程序延延时法等待转转换的完成。温温度转换命令令子程序流程程图如上图，图9所示3.4计算温温度子程序计算温度子程序序将RAM中读取取值进行BCCD码的转换换运算，并进进行温度值正正负的判定，其其程序流程图图如图10所示。开始温度零下?温度值取补码置“—”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束置“+”标志NY温度数据移入显示寄存器温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号）结束NNYY图10计算温温度流程图图11显示数据据刷新流程图图3.5显示数数据刷新子程程序显示数据刷新子子程序主要是是对显示缓冲冲器中的显示示数据进行刷刷新操作，当当最高显示位位为0时将符号显显示位移入下下一位。程序序流程图如图图11。4总结与体会经过将将近三周的单单片机课程设设计，终于完完成了我的数数字温度计的的设计，虽然然没有完全达达到设计要求求，但从心底底里说，还是是高兴的，毕毕竟这次设计计把实物都做做了出来，高高兴之余不得得不深思呀！！在本次设计的过过程中，我发发现很多的问问题，虽然以以前还做过这这样的设计但但这次设计真真的让我长进进了很多，单单片机课程设设计重点就在在于软件算法法的设计，需需要有很巧妙妙的程序算法法，虽然以前前写过几次程程序，但我觉觉的写好一个个程序并不是是一件简单的的事，举个例例子，以前写写的那几次，数数据加减时，我我用的都是BCD码，这一次次，我全部用用的都是16进制的数直直接加减，显显示处理时在在用除法去删删分,感觉效果比比较好，有好好多的东西，只只有我们去试试着做了，才才能真正的掌掌握，只学习习理论有些东东西是很难理理解的，更谈谈不上掌握。从这次的课程设设计中，我真真真正正的意意识到，在以以后的学习中中，要理论联联系实际，把把我们所学的的理论知识用用到实际当中中，学习单机机片机更是如如此，程序只只有在经常的的写与读的过过程中才能提提高，这就是是我在这次课课程设计中的的最大收获。参考文献[1]李朝青青.单片机原理理及接口技术术（简明修订订版）.杭州：北京京航空航天大大学出版社，1998[2]李广弟弟.单片机基础础［Ｍ］.北京：北京京航空航天大大学出版社，1994[3]阎石..数字电子技技术基础（第第三版）.北京：高等等教育出版社社，1989[4]廖常初初.现场总线概概述［J］.电工技术，1999.数字温度计程序序清单S1OKEQQU5FFHTEMPUTEEREQUU39HHTEMMPHEQUU5EHHTEEMPLEQQU5DDHMSS50EQUU5CHHSIGNEQQU5BBHS1BIITP11.0S2BIITP11.1S3BIITP11.2S4BIITP11.3ORG00000HLJMPMMAINORG0000BHLJMPTOOITORGG00030HMAIN:MOVSP,,#600HMOVVTMMOD,##01HMOVVTHH0,#33CHMOVTTL0,##0B0HSETTBETT0SETTBTRR0SETTBEAAMOVVTEMMPH,##30MOVVTEMMPL,##9MOVVTEMMPUTERR,#155;温温度最始值MOVVS1OOK,##00HMOVVSIGGN,##00HMOVV38HH,#00BHMOVV37HH,#00CHMOV366H,##0BHACAALLDIISPACAALLT11S;*************************************************;主程序START:JBS1,NET1ACALLLT122MSJBS1,NET1JNBS1,$INCSIGNMOVA,SIIGNCJNEEA,##1,TIIAOACALLLTIAAOTLTIAOO:CJNEEA,##2,NEET1MOVSIGN,,#0ACALLLTIAAOTH;*************************************************NET11:MOVVA,,S1OKKCJNEEA,##1,SSTTARTMOVA,TTEMPUUTTERSUBBBA,TEMPPHHJNBAACCC.7,,ALEMMMOVA,TTEMPUUTTERSUBBBA,TEMPPLLJBAACCC.7,,ALEMMSETBBP2..11ACALLLLWENNDDUACALLLLDISSPPMOVS1OOKK,##000HAJMPPSTAARRTALEM::MOV36HH,,#0CCHHMOV37HH,,#0CCHHMOV3388H,##00CHCLRP2..11ACALLDDIISPACALLLLT1SSLCALLLLWENNDDULCALLLLDISSPPMOVS1OOKK,##000HSJMPPSTAARRT;*******************************************************TIAOTL::MMOV550H,TEEMMPUTEERRMMOV337H,TEMPPLLACALLBBIIN_BCCDDAACALLLDISPPAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSMOV3366H,##00AHMMOV37H,,#0AHHMOV3388H,##00AHAACALLLDISPPAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSJJBSS22,AADDD1AACALLLT12MMSSJJBSS22,AADDD1JNBS2,,$IINCTTEEMPLMMOVAA,TEEMMPLCJNEA,,#1000,,ADDD11MMOVTTEMPLL,,#0ADD1:JJBSS33,AADDD2AACALLLT12MMSSJJBSS33,AADDD2JJNBSS33,$$DECTEMMPPLMMOVAA,,TEMMPPLCCJNEAA,#0000,AADDD2MOVTEEMMPL,##1100ADD2:JJBSS44,TIIAAOTLAACALLLT12MMSSJBS4,,TIAOOTTLJJNBSS44,$MMOVTTEEMPUTTEER,5500HLLJMPSSTARTT;;高位调整整;*********************************************************TIAOTH::MMOV550H,TEEMMPUTEERRMMOV337H,TEMPPHHAACALLLBIN__BBCDAACALLLDISPPAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSMMOV36H,,#0AHHMMOV37H,,#0AHHMMOV38H,,#0AHHAACALLLDISPPAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSAACALLLT12MMSSJBS2,,ADDD111AACALLLT12MMSSJJBSS22,AADDD11JJNBSS22,$$IINCTTEEMPHMMOVAA,TEEMMPHCCJNEAA,#11000,AADDD11MMOVTTEMPHH,,#0ADD11::JBSS3,AADD222AACALLLT12MMSSJBSS33,AADDD22JNBS33,,$$DECTEEMMPHMOVA,,TEMPPHHCJNEAA,,#000,ADDDD22MOVTTEEMPH,,##100ADD22::JBSS4,TTIIAOTHHACALLTT12MSSJBS4,,TIAOOTTHJNBS44,,$MOVTEEMMPUTEERR,500HHLJMPSTTAART;一秒定时时中中段;*********************************************************TOIT:PPUSHPSWWPUSHACCMOVTTH0,#3CHHMOVTTL0,#0B00HHINCMMS50MOVAA,MMSS50CJNEAA,#1144H,RREETURNNMOVSS11OK,##1MOVMMSS50,##00HRETURNN::POPACCCPOPPSWWRETII;********************************************************;温度总子程序序;********************************************************wendu:ACALLLLIINNIT_118820ACALLLLRREE_CONNFFIGACALLLLGGEET_TEEMMPERACALLLLTTEEMPERR__COVRET;********************************************************;DS18B2200初始化程序序;********************************************************INIT_188220:SSEETBPP22.0NNOOPCCLLRP22..0MMOOVR00,,#06BBHHMMOOVR11,,#03HHTSR1:DDJJNZRR00,TSRR11;延时MMOOVR00,,#6BHHDDJJNZRR11,TSRR11SSEETBPP22.0NNOOPNNOOPNNOOPMMOOVR00,,#25HHTSR2:JNNBBP2..00,TSRR33DJJNNZR00,,TSR22LJJMMPTSSRR4;延时TSR3:SEETTB200HH.1;;置标志位,表示DS18220存在LJJMMPTSSRR5TSR4:CLLRR200HH.1;;清标志位,表示DS18220不存在LJJMMPTSSRR7TSR5:MOOVVR0,,##06BHHMOOVVR1,,##03HTSR6:DJJNNZR00,,TSR66;延时MOOVVR00,,#6BHHDJNZR11,,TSR66TSR7:SEETTBP22..0REETT;*********************************************************;重新写DSS118B200暂暂存存储器器设设定值;*********************************************************RE_CONFFIIG:JB20H..11,RE__CCONFIIGG1;若若DS18BB20存在,转RE_COONFIGG11RREETRE_CONFFIIG1:MMOOVA,,##0CCHH;发SKIPROM命令令LLCCALLWWRITEE__18200MMOOVA,,##4EH;;发写暂存存存储器命命令令LLCCALLWWRITEE__18200MMOOVA,,##00H;;TH((报报警上限)中写入00HHLLCCALLWWRITEE__18200MMOOVA,,##00H;;TL((报报警下限)中写入00HHLLCCALLWWRITEE__18200MMOOVA,,##1FH;;选择9位温度分辨辨率LLCCALLWWRITEE__18200RREET;*********************************************************;读出转换后后的的温度值;*********************************************************GET_TEMMPPER:SSEETBPP22.0;;定时入口LLCCALLIINIT__11820JJBB20HH..1,TSSSS2RREET;若若DS18BB20不存在在则返回TSS2:MMOOVA,,##0CCHH;跳过ROM匹配LCALLWWRRITE__11820MMOOVA,,##44H;;发出温度度转换命令令LCALLWWRRITE__11820LCALLIINNIT_118820MMOOVA,,##0CCHH;跳过ROM匹配LCALLWWRRITE__11820MMOOVA,,##0BEHH;发出读读温度命令令LCALLWWRRITE__11820LLCCALLRREAD__1182000MMOOV337H,AA;将读出的温温度数据保保存存RREET;********************************************************;写DS188B20的的程序;********************************************************WRITE_118820:MMOOVR22,,#8CCLLRCWR1:CLRRP2.00NOPNOPNOPNOPRRCAMOVP2..00,CMOVR3,,##35DJNZR33,,$SETBP22..0NOPDJNZR22,,WR1SETBP22..0RET;********************************************************;读DS188B20的的程序,从DS18BB20中读出两个个字节的温温度度数据;********************************************************READ_1882200:MOOVVR4,,##2;将温度高位位和低位DS18BB20中读RE00:MOOVVR2,,##8RE01:CLLRRCSEETTBP22..0NOOPPNOOPPCLLRRP2..00NOOPPNOPNOOPPSEETTBP22..0NOPNOPMOOVVC,PP22.0MOVR3,,##35RE20:DJJNNZR33,,RE200RRRCCADJJNNZR22,,RE011MOOVV@R11,,ADECR1