基于单片机的数字温度计的设计教材Word格式.docx

基于单片机的数字温度计的设计教材Word格式.docx

《基于单片机的数字温度计的设计教材Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的数字温度计的设计教材Word格式.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

通过这次设计能够更加了解数字温度计的工作原理和熟悉单片机的发展和应用，巩固所学的知识。

1.1.2选题的意义

随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度传感器DS18B20具有性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。

又随着电子技术的发展，人们的生活日趋数字化，多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便；

支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本；

以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，以ATMEL公司的AT89S51为控制器设计的DS18B20温度控制器结构简单、测温准确、具有一定控制功能的智能温度控制器。

本课题研究的重要意义在于生产过程中随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数，就需要受制于现代信息基础的发展水平。

在三大信息信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是数字温度传感器技术，在我国各领域已经应用的非常广泛可以说是渗透到社会的每一个领域，与人民的生活和环境的温度息息相关。

2数字温度计的设计方案

2.1设计方案的确立及论证

基本功能要求：

（1）温度测量范围：

-55~128度

（2）测量精度：

1度

（3）能够运用Protues仿真

2.2系统器件选择

2.2.1单片机的选择

对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8051系列，由于8031没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。

AT89C51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AT89C51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AT89C51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。

2.2.2温度传感器的选择

DS18B20简单介绍:

DALLAS最新单线数字温度传感器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的性能特点如下：

●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

●DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温

●DS18B20在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：

3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电

●测温范围－55℃～＋128℃，精度为±

1℃

●零待机功耗

●测量结果直接输出数字信号，以“一线总线”穿行传送给CPU，同时可传送CRC校验位，具有极强的抗干扰纠错能力

●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

以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图4.2所示，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。

[

传感器电路图

3系统硬件电路的设计

本设计由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度并将转换后的结果送入单片机。

然后通过A89C51单片机驱动两位共阳极8段LED数码管显示测量温度值。

如附录中本设计硬件电路图所示，本电路主要有DS18B20温度传感器芯片，两位共阳极数码管，AT89C51单片机及相应外围电路组成。

其中DS18B20采用“一线制”与单片机相连。

3.1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1Wire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（特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROM时）,同时芯片的性能也有所降低。

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。

因此本设计采用外部供电方式。

如下图所示：

温度传感器DS18B20的测量范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃时精度为±

0.5℃。

因为本设计只用于测量环境温度，所以只显示0℃～+85℃。

本设计采用液晶动态显示，电路如下图所示：

显示部分电路

4系统软件的设计

4.1概述

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。

从软件的功能不同可分为两大类：

一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。

二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。

每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。

这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。

各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。

首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。

4.1.1温度数据的计算处理方法

从DS18B20读取出的二进制值必须转换成十进制值，才能用于字符的显示。

DS18B20的转换精度为9～12位，为了提高精度采用12位。

在采用12位转换精度时，温度寄存器里的值是以0.0625为步进的，即温度值为寄存器里的二进制值乘以0.0625，就是实际的十进制温度值。

通过观察表4-1可以发现，一个十进制与二进制间有很明显的关系，就是把二进制的高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一字节，这个字节的二进制化为十进制后，就是温度值的百、十、个位字节，所以二进制值范围是0～F，转换成十进制小数就是0.0625的倍数（0～15倍）。

这样需要4位的数码管来表示小数部分。

实际应用不必这么高的精度，采用1位数码管来显示小数，可以精确到0.1℃。

表4.1二进制与十进制的近似对应关系表

4.2主程序模块

主程序需要调用2个子程序，分别为：

温度设定、驱动数码管把实时温度值送出在LED数码管显示

主程序流程图：

图1主程序流程图

4.3读温度值模块

读温度值模块需要调用4个子程序，分别为：

DS18B20初始化子程序：

让单片机知道DS18B20在总线上且已准备好操

作

DS18B20写字节子程序：

对DS18B20发出命令

DS18B20读字节子程序：

读取DS18B20存储器的数据

延时子程序：

对DS18B20操作时的时序控制

（1）.读温度值模块流程图：

图2读温度值子程序流程图

（2）.DS18B20初始化子程序流程图：

图3DS18B20初始化子程序流程图

（3）.DS18B20写字节和读字节子程序流程图：

图4DS18B20写字节子程序流程图图5DS18B20读字节子程序流程图

4.4中断模块

中断采用T0方式1，初始值定时为50ms。

中断模块需调用两个子程序：

读温度值子程序：

定时读取温度值，实时更新温度值

记录温度值子程序：

定时记录温度值，供查询使用

把这两个子程序放在中断的原因是，不会因为调整报警温度或查询历史温度值而停止更新温度值和记录温度值。

中断模块流程图：

图6中断模块流程图

图7数码管驱动模块流程图

5实验仪器及元件清单

器件名称

规格型号

数量

单片机

ATS89C51

1

温度传感器

Ds18b20

6心得体会

该基于DS18B20的多点温度测量系统具有硬件结构简单、易于制作、价格低廉、测量值精确和易于操作等许多优点。

实际应用中可根据具体情况进行更多点的扩展和对多点进行控制。

随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，基于DS18B20的多点温度测量系统已经广泛应用于控制、化工等诸多领域。

总之，本次课程设计顺利完成，基本达到了课程设计的要求。

本文在深入分析多点智能测温系统的工作原理基础上，完成了该系统设计和调试任务，并且系统的性能误差达到了任务书的要求，使之能达到现场运行水平。

总结这一星期以来的工作，得到以下结论:

1.针对现有测温系统的特点，提出了一套应用数字式温度传感器DS81B20组建温度测控网络新型方案，该方案的突出特点是系统的数字化、快速化及其经济实用性。

2.以单总线为基本结构，采用ATMEL公司的AT89S51单片机为总线命令，实现与DSl8B20的总线接口，并提供具体电路设计。

3.软件编程采用模块化、结构化设计，易于修改和维护。

由于时间和精力的限制，对后续的研究还应在以下方面逐步完善:

1.应用软件的完善。

温度采集方面，一次命令全部单