数字温度计设计.docx

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数字温度计设计

基于单片机控制的数字温度计

摘要：

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具有线性优良、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。

关键词：

单片机DS18B20共阴极LED显示数字温度计AT89S51

1引言

本设计是根据我们所学习的单片机课程，按照大纲要求对我们进行的一次课程检验，是进行单片机课程训练的必要任务，也对我们掌握单片机应用有很大的帮助。

掌握单片机技术是一门不可或缺的技术，对我们将来的工作以及生活和学习都有很密切的联系。

近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。

2总体设计方案

2.1设计思路

采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。

且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。

在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。

DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。

这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。

采用51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单。

本次设计系统总体结构图主要包括作为测量系统核心的微处理器，集成温度传感器，显示电路及报警电路等。

时钟部分是为了给系统提供工作所需要的时钟信号，控制着微控制器的有序运行节奏。

复位电路部分使微控制器以及系统各部件处于初始状态，并从这个状态开始运行。

2.2设计方框图

总体方框图如图1所示：

图1总体设计方框图

3设计原理分析

3.1主控电路的设计

对于单片机的选择，可以考虑使用8051系列，AT89S51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AT89S51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AT89S51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。

3.2时钟晶振电路的设计

MCS-51内部有一个用于构成震荡器的高增益反向放大器，此放大器的输入端和输出端分别是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接晶振可构成时钟电路。

时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。

晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢。

本次设计采用内部方式的外部时钟接法。

为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用12MHZ的晶振，电容C1、C2对频率有微调作用，故外接晶振时，C1和C2在本设计中选择30pF，振荡频率取12MHz。

晶振的两个引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。

具体连接图如图2所示：

图2时钟晶振电路

3.3显示电路设计

本次设计中采用共阴极数码管作为显示器。

LED的驱动电路简单，使用方便，具有耗电少、成本低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动、使用寿命长等优点。

LED显示器与单片机的接口一般有动态显示与静态显示接口两种电路。

1、静态显示方式：

是指当显示器显示某一字符时，发光二极管的位选始终被选中。

在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制，显示稳定，提高了CPU的工作效率。

其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。

随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。

2、动态显示方式：

动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管的位选被轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。

对于每一位显示器来说，每隔一段时间轮流点亮。

显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关,由于扫描速度极快，显示效果与静态驱动相同。

通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。

本次设计中，由于单片机本身提供的I/O口有限，本次设计采用动态显示，数码管采用的是共阴极接法。

用AT89S51的P0口作段码输出时,驱动能力相当大，但由于输出极为漏极开路电路，驱动拉电流负载，引脚上应外接上拉电阻。

。

因此，在本次设计中我们将数码管各段加上拉电阻后接单片机P0口。

我们把P2口的输出信号直接接到数码管的位选端作为位选信号，低电平有效。

图3数码管

3.4测温电路的设计

本次设计的硬件电路简单，关键的地方在DS18B20,也是最复杂难懂的。

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,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９～１２位的数字值读数方式。

可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。

它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。

DS18B20的性能特点：

（1）采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）

（2）测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率最小为0.0625℃

（3）内含64位经过激光修正的只读存储器ROM

（4）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

（5）适配各种单片机或系统机

（6）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线“串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力

（7）用户可分别设定各路温度的上、下限

（8）适应电压范围宽，3.0～5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电

DS1820引脚功能如表1所示：

表1DS18B20引脚功能

序号

名称

引脚功能描述

1

Vcc

可选择的Vcc引脚。

当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

2

DQ

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。

3

GND

地信号。

DS1820主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分内部，其内部结构框图如图4所示:

图4DS18B20内部结构图

图4内部结构框图

4程序设计

系统程序主要包括延时子程序、外部中断0服务子程序、外部中断1服务子程序、显示温度子程序、报警子程序、主程序等。

主程序的功能为：

刚开机时显示电路显示“----”，过一小段时间后，显示电路自动关闭，此后若按下开关键，使处于开的状态后，则可实现4位LED数码直接读出温度。

当所测的温度高于所设置的上限，红色发光二极管闪烁亮，蜂鸣器滴滴滴报警，当所测的温度低于所设置的下限，白色发光二极管闪烁亮。

主程序流程图如图5所示：

图5主程序流程图

系统的调试以程序调试为主，软件调试可以先编写显示程序并进行硬件的正确性检验，然后分别进行主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和显示数据刷新子程序等的编写及调试。

由于DS18B20与单片机采用串行数据传送，因此，对DS18B20进行读/写编程时必须严格地保证读/写时序；否则将无法读取测量结果。

本程序采用单片机汇编语言编写，用KeilC51编译器编程调试。

软件调试到能显示温度值，而且在有温度变化时显示温度能改变，就基本完成。

5结束语

这次实训完成的数字温度表，由于采用了新型的数字温度传感器DS18B20，不但具有硬件结构紧凑、功耗低、抗干扰性能好、使用简易、携带方便等优点，而且还具有很高的稳定性、可靠性。

灵敏度高，精度可达0.5℃；能对范围在-55～125℃的温度进行测量。

通过这次设计收获颇多，在设计制作过程中涉及或用到很多的知识，实现了对课堂上所学理论及所做实验内容的延伸和补充，拓宽相关知识的广度和深度；对单片机的知识又有了进一步的了解和深入，也深深的感觉到C语言编程的方便快捷及实用性，同时进一步提高电子线路焊接和程序调试技能。

参考文献

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中国水利水电出版社，2001．

［2］李华．MCS-51系列单片机实用接口技术[M]．北京：

北京航空航天大学出版社，1993.5．

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北京航空航天大学出版社，2004．

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清华大学出版社，1996年7月第一版．

［5］康华光．模拟电子技术基础[M]．北京：

高等教育出版社，1988．

［6］高仕勇，王照平．利用DSl8b20实现高精度温度测量[J]．电子技术，2000（3），42—43．

［7］梁明理，周建平，邓仁清，等电子线路[M]．北京：

高等教育出版社，1993．

附录1程序

/*********************************************************************/

//读取DS18B20温度，通过数码管显示，在温度超过35度时继电器吸合

/*********************************************************************/

#include

#include"18B20.c"

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

codeucharseven_seg[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

codeucharseven_bit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};

ucharcp;

inttemp1,temp2;

sbitbeep=P2^6;

voidtimer0_init（void）//初始化

{

TMOD=0x01;

TH0=0xec;

TL0=0x78;

TR0=1;

EA=1;

ET0=1;

}

/*****************************************************************************/

voidtimer0_isr（void）interrupt1//中断

{

ucharj;

TR0=0;

EA=0;

TH0=0xec;

TL0=0x78;

TR0=1;

EA=1;

cp++;

if（cp