数字式温度测量电路的设计.docx

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数字式温度测量电路的设计

泰山职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

数字式温度测量电路设计

系部：

汽车电子工程系

专业：

应用电子

学号：

********

*******

职称：

指导老师

二OO年月日

泰山职业技术学院

毕业论文（设计）任务书

课题名称：

数字式温度测量电路设计

系部：

汽车与电气工程系_________

专业：

应用电子_________________

******___________________

学号：

_________________________

*******_____________________

二〇〇年月日

一、毕业论文（设计）的目的与要求：

1.测控范围-50℃～150℃

2.误差小于0.2℃

3.非线性度小于0.2％

4.功耗小于5W

5.主要部件采用中大规模集成芯片，数字显示读数。

二、毕业论文（设计）的内容：

1.方案总体设计

2.控制系统硬件电路设计

3.软件流程图设计，汇编程序编写

4.电气原理图的绘制

三、毕业论文（设计）进程的安排

序号

论文（设计）各阶段名称

日期

备注

四、任务执行日期：

自_______年_______月_______日起，至________年_______月_______日止。

学生（签字）__________

指导教师（签字）__________

系主任（签字）__________

摘要

温度是一种最基本的环境参数，人们生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在工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控制具有重要的意义。

本设计是一款简单实用的小型数字温度计，所采用的主要元件有传感器18B20，单片机AT89S52，，四位共阴极数码管一个，电容电阻若干。

本次数字式温度测量计的设计共分为五部分，主控制器，LED显示部分，传感器部分，复位部分，时钟电路。

本论文首先是对其工作原理进行了叙述，然后对其各个电路进行分析与设计，最后完成整个系统的设计。

【关键词】数字式温度测量电路、单片机、AT89C52、温度传感器、DS18B20

Digitaltemperaturemeasurementcircuitdesign

Author:

Directedby:

Abstract：

Thetemperatureisabasicenvironmentalparametersofpeople'slivesarecloselyrelatedtotheambienttemperatureinindustrialprocessesrequirereal-timemeasurementsoftemperature,isalsoinseparablefromthetemperaturemeasurementinindustrialproductionoftemperaturemeasurementandcontrolofimportantsignificance.

Thisisasimpleandpracticaldesignsmalldigitalthermometer,themaincomponentsofthesensor18B20MCUAT89S52is,fourdigitalcathodetubeone,capacitiveresistanceofcertainThedesignofthedigitaltemperaturegaugeisdividedintofiveparts,themaincontroller,LEDdisplay,sensorparts,resetpartoftheclockcircuit.Firstly,itsworkingprincipleisdescribedanditsvariouscircuitanalysisanddesign,tofinalizethedesignoftheentiresystem.

Keywords：

Microcontroller,AT89C52,temperaturesensor,DS18B20

第一章概述

1.1电路功能和组成

数字式测量电路应具有下列基本功能；

1、能把温度转换为成比列的模拟电信号（电流或电压等）。

2、把模拟电信号变换成数字信号。

3、最后用过数字电路（计数、译码和显示）直接指示出温度值。

根据上述基本功能的要求，可画出数字式测温电路的方框图，如图1所示。

它主要包括；温度变换处理器、A/D转换器和计数、译码、显示三大部分。

由图可以看出，在电路组成上数字式测温电路与其它数字式测量电路（比如数字式电压表等），有许多相同之处，差别仅在于测温电路多了温度变换和处理部分，这部分的作用是；

1、要把温度（非电量）转换成与之成比例的电信号

2、对转换后的电压进行线性化，零点校正等处理并加以放大。

图1数字式温度测量电路组成框图

同其它数字式测量电路一样，A/D转换器也是数字式测量电路的核心组成部分。

1.2设计方案的考虑

为了实现图1所示各方框的功能，可以有很多种不同的方法，设计时应根据不同的设计要求和具体的情况进行选择。

1、温度变换电路

关键是确定温度传感器，常用的传感器有热电偶，铂电阻，半导体热敏电阻等。

它们有各自的性能和应用范围，比如热电偶适于高温测量（常用于500°C以上的温度范围）而热敏电阻比较低，常用于温度低于200°C的场合。

近年来集成温度传感器已被广泛采用。

它的主要优点是测温精度高，重复性好。

线性优良，使用方便且适于远距离传送。

不足之处是它的适用温度范围不是很宽。

电压放大电路应有高的共模仰制比、低噪声个高输入电阻、这样才能对传感器输出的微弱电压进行有效的放大，采用测量放大器电视最理想的方法。

2、A/D转换器

利用V/F转换器实现A/D转换。

该方法的有点是转换精度高、电路简单、成本较和抗干扰能力强，尤其适于在转换速度不高又需要远距离信号传输的场合下应用。

3、计数、译码和显示电路

这部分内容在数字电子电路课程中都已进行了详细的讨论，本设计电路也没有其它特殊要求，但应注意的是要在固定时间内对A/D转换后的数字量进行计数。

根据以上对组成功能块的初步讨论，可以画出温度测量电路较为详细的方框图，见图2所示，图中增加了一个控制门电路，由它产生一个门控信号（时序脉冲），只有在其脉冲宽度内才允许计数器计数，这样才能实现上述的在固定时间内对数字信号进行计数的要求。

为了实现精确的温度测量，要求这个门控信号的脉冲宽度要十分精确和稳定。

图2数字式温度计组成方框图

1.3设计要求

1、技术指标

（1）测量范围：

-50°C～+150°C。

（2）测量精度：

误差<0.2%。

（3）非线性度：

<0.2%。

（1）主要部件采用中、大规模集成电路芯片。

（3）功耗小（<5W）

2、设计内容

（1）数字式温度计组成方框图，确定设计方案。

（2）分析各单元电路的工作原理和特性，并有必要的计算。

（3）说明主要集成电路芯片的功能、特点和基本工作原理。

（4）简述测量电路的调试方法。

（5）绘出完整的电路图。

（6）完成设计说明书

第二章、软件设计

1、系统总体方案设计

本次课程设计采用的是protues软件仿真，用Keil软件进行编译。

Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

软件部分由主程序，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等。

开始

初始化

调显示子程序

得出温度总子程序

返回

图1主程序流程

2、主程序

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，其程序流程见图3-1所示。

3、读出温度子程序

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。

其程序流程图如图3-2所示

图2读出温度子程序流程

4、二进制转换BCD码命令子程序

二进制转换BCD码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。

二进制转换BCD码命令子程序流程图，如图4

图4二进制转换BCD码流程图

5、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，其程序流程图如图5所示。

图5　测量温度流程图

6、温度数据显示子程序

显示数据子程序主要是对显示缓冲器中的示数据进行刷新操作，查表送段码至LED，开位码显示，采用动态扫描方式。

7、实验仿真

图6

系统仿真图如图6所示，没有加上复位电路和时钟电路，这是protues的一个缺陷，在没有全部电路的情况下依然能够进行仿真。

调试结果分析：

本次数字温度计能够比较精确的测量一般温度，测量范围是-55~160，并且能够测出小数。

8、系统原理图

复位电路时钟电路

显示电路

单片机设计

P0口上拉电阻温度传感器

第三章、源程序代码

;*************************************************

;DS18B20的读写程序,数据脚P3.4*

;显示数据通过P1口传输,P3.0控制小数位的显示*

;P3.1控制个位的显示,P3.2控制十位的显示*

;P3.3控制百位的显示,P3.1控制小数点的显示*

;显示温度-55到+125度,显示精度为0.1度*

;显示采用4位LED共阴显示测温值*

;*************************************************

TEMPER_LEQU40H;用于保存读出温度的低8位

TEMPER_HEQU41H;用于保存读出温度的高8位

FLAG1EQU38H;是否检测到DS18B20标志位

TEMPLEQU30H;用于保存读出正确温度值的低8位

TEMPHEQU31H;用于保存读出正确温度值的高8位

TEMPHCEQU32H;温度转换寄存器低8位

TEMPLCEQU33H;温度转换寄存器高8位

BUF1EQU34H;显示缓冲寄存器小数位

BUF2EQU35H;显示缓冲寄存器个数位

BUF3EQU36H;显示缓冲寄存器十数位

BUF4EQU37H;显示缓冲寄存器百数位

TEMPDINBITP3.4;数据脚定义

DINBITP3.1;小数点控制

;**********************************************

ORG0000H;主程序入口地址

AJMPMAIN;转主程序

ORG0003H;外中断0中断入口

DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H;

RETI;跳至INTEX0执行中断服务程序

ORG000BH;定时器T0中断入口地址

DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H;

RETI;跳至定时器T0执行中断服务程序

ORG0013H;外中断1中断入口

DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H;

RETI;跳至INTEX1执行中断服务程序

ORG001BH;定时器T1中断入口地址

DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H;

RETI;中断返回（不开中断）

ORG0023H;串行口中断入口地址

DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H;

RETI;中断返回（不开中断）

;**********************************************

;两位数码管来显示温度,显示范围00到99度,显示精度为1度

;因为12位转化时每一位的精度为0.0625度,我们不要求显示小数所以可以抛弃29H的低4位

;将28H中的低4位移入29H中的高4位,这样获得一个新字节,这个字节就是实际测量获得的温度

;无需乘于0.0625系数

;**********************************************

MAIN：

MOVSP,#50H;设置堆栈

MOVP1,#0FFH;

LPTEMP:

LCALLGET_TEMPER;调用读温度子程序

LCALLCONVTEMP;温度BCD码计算处理子程序

LCALLDISPBCD;显示区BCD码温度值刷新子程序

MOVP0,TEMPLC

MOVP2,TEMPHC

;*************************************

LCALLDISPLAY;调用数码管显示子程序

;*************************************

AJMPLPTEMP;循环

;*************************************

;这是DS18B20复位初始化子程序

;*************************************

INIT_1820：

SETBTEMPDIN

NOP

CLRTEMPDIN;主机发出延时537微秒的复位低脉冲

MOVR1,#3

TSR1：

MOVR0,#107

DJNZR0,$

DJNZR1,TSR1

SETBTEMPDIN;然后拉高数据线

NOP

NOP

NOP

MOVR0,#25H;延时

TSR2：

JNBTEMPDIN,TSR3;等待DS18B20回应

DJNZR0,TSR2

LJMPTSR4;DS1820不存在

TSR3：

SETBFLAG1;置标志位,表示DS1820存在

CLRP3.7;检查到DS18B20就点亮P3.7LED

LJMPTSR5

TSR4：

CLRFLAG1;清标志位,表示DS1820不存在

CLRP3.1

LJMPTSR7

TSR5：

MOVR0,#117

TSR6：

DJNZR0,TSR6;时序要求延时一段时间

TSR7：

SETBTEMPDIN;结束

RET

;****************************************

;读出转换后的温度值

;****************************************

GET_TEMPER：

SETBTEMPDIN;

LCALLINIT_1820;先复位DS18B20

JBFLAG1,TSS2

RET;判断DS1820是否存在?

若DS18B20不存在则返回

TSS2：

CLRP3.6;DS18B20已经被检测到!

!

MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配

LCALLWRITE_1820

MOVA,#44H;发出温度转换命令

LCALLWRITE_1820

;*****************************************

;这里通过调用显示子程序实现延时一段时间,等待AD转换结束,12位的话750微秒

;*****************************************

LCALLDISPLAY;显示温度

;*****************************************

LCALLINIT_1820;准备读温度前先复位

MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配

LCALLWRITE_1820

MOVA,#0BEH;发出读温度命令

LCALLWRITE_1820

LCALLREAD_18200;将读出的温度数据保存到35H/36H

RET

;*******************************************

;写DS18B20的子程序（有具体的时序要求）

;*******************************************

WRITE_1820：

MOVR2,#8;一共8位数据

CLRC;C清0

SETBTEMPDIN;/

NOP;/

NOP;/

WR1：

CLRTEMPDIN;

MOVR3,#6;延时

DJNZR3,$

RRCA;数据右移

MOVTEMPDIN,C;写入一位数据

MOVR3,#23;延时

DJNZR3,$

SETBTEMPDIN;拉高数据端口

NOP

DJNZR2,WR1;判断是否写完

SETBTEMPDIN;拉高数据端口

RET

;*************************************

;处理温度BCD码子程序

;*************************************

CONVTEMP：

MOVA,TEMPH;

ANLA,#80H;判断最高位

JZTEMPC1;判断温度是否在零下？

CLRC;温度值补码变成原码

MOVA,TEMPL;

CPLA

ADDA,#01H;

MOVTEMPL,A;

MOVA,TEMPH;-

CPLA;

ADDCA,#00H;

MOVTEMPH,A;TEMPHCHI=符号位

MOVTEMPHC,#0BH;置"-"标志

SJMPTEMPC11;

TEMPC1:

MOVTEMPHC,#0AH;置"+"标志不显示

;**************************************

TEMPC11:

MOVA,TEMPHC;计算小数位温度BCD值

SWAPA

MOVTEMPHC,A;

MOVA,TEMPL;

ANLA,#0FH;乘0.0625

MOVDPTR,#TEMPDOTTAB;

MOVCA,@A+DPTR;

MOVTEMPLC,A;TEMPLCLOW=小数部分BCD

;**************************************

MOVA,TEMPL;计算整数位温度BCD值

ANLA,#0F0H;

SWAPA;

MOVTEMPL,A;

MOVA,TEMPH;

ANLA,#0FH;

SWAPA;

ORLA,TEMPL;

MOVTEMPER_L,A;//

LCALLHEX2BCD1;调用单字节十六进制转BCD子程序

;************************************

MOVTEMPL,A;

ANLA,#0F0H;

SWAPA;

ORLA,TEMPHC;TEMPHCLOW=十位数BCD

MOVTEMPHC,A;

MOVA,TEMPL;

ANLA,#0FH;

SWAPA;TEMPLCHI=个位数BCD

ORLA,TEMPLC;

MOVTEMPLC,A;

MOVA,R7;

JZTEMPOUT;

ANLA,#0FH;

SWAPA;

MOVR7,A;

MOVA,TEMPHC;TEMPHCHI=百位数BCD

ANLA,#0FH;

ORLA,R7;

MOVTEMPHC,A;

TEMPOUT:

RET;

;**************************************

;小数部分分码表

**************************************

TEMPDOTTAB:

DB00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H

DB06H,07H,08H,08H,09H,09H;

*************************************

;显示区BCD码温度值刷新子程序

;**************************************

;温度暂存器内的2字节中,高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一个字节,

;这个字节的二进制值转换为十进制后,就是温度值的百、十、个位值,而剩下的低字节化为

;十进制后,就是温度值的小数部分.

;**************************************

DISPBCD:

MOVA,TEMPLC;温度数据移入显示寄存器

ANLA,#0FH;取低字节的低4位（小数部分）

MOVBUF1,A;小数部分放入寄存器

MOVA,TEMPLC;取低字节的高4位（个位数）

SWAPA;

ANLA,#0FH;

MOVBUF2,A;个位数放入寄存器

MOVA,TEMPHC;取高字节的低4位（十位数）

ANLA,#0FH;

MOVBUF3,A;十位数放入寄存器

MOVA,TEMPHC;取高字节的高4位（百位数）

SWAPA;

ANLA,#0FH;

MOVBUF4,A;百位数放入寄存器

MOVA,TEMPHC;

ANLA,#0F0H;

CJNEA,#10H,DISPBCD0;百位数=0？

SJMPDISPOUT;

;*************************************

;最高位为0和正数的符号位都不显示

;*************************************

DISPBCD0：

MOVA,TEMPHC;

ANLA,#0FH;

JNZDISPOUT;十位数是0?

MOVA,TEMPHC;

SWAPA;

ANLA,#0FH;

MOVBUF4,0AH;符号位不显示

MOVBUF3,A;十位数显示符号

DISPOUT:

：

RET;

;**************