温度计实验报告1.docx
《温度计实验报告1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度计实验报告1.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
温度计实验报告1
温度计实验报告1
河南理工大学
单片机课程设计报告
姓名：
王静杨晓雪
学号:
0828030090/0828010150
专业：
电气工程及其自动化
指导老师：
李宏伟
时间：
2011年6月24日
摘要：
在这个信息化高速发展的时代，单片机作为一种最经典的微控制器，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，作为自动化专业的学生，我们学习了单片机，就应该把它熟练应用到生活之中来。
本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。
关键词：
单片机，数字控制，数码管显示，温度计，DS18B20，AT89S52。
2.2.3温度传感器…………………………………………………………5
2.3DS18B20温度传感器与单片机的接口电路..........................7
附录1……………………………………………………………………………………………...17
附录2………………………………………………………………………………...22
1概述
1.1设计目的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。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，可广泛用于食品库、冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。
目前,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。
1.2设计原理本系统是一个基于单片机AT89S52的数字温度计的设计，用来测量环境温度，测量范围为-50℃—110℃度。
整个设计系统分为4部分：
单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。
整个设计是以AT89S52为核心，通过数字温度传感器DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。
单片机把采集到的温度进行相应的转换后，使之能够方便地在数码管上输出。
LED采用四位一体共阴的数码管。
1.3设计难点此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警，其外围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。
2系统总体方案及硬件设计
2.1数字温度计设计方案论证
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
2.2总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用4位共阴LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图1总体设计框图
2.2.1主控制器
单片机AT89S52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，适合便携手持式产品的设计使用。
2.2.2显示电路
显示电路采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0—P2.3作片选端。
但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，以使数码管高亮显示。
2.2.3温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，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。
DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。
图2DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入用户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图3所示。
头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。
第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图3所示。
低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图3DS18B20字节定义
由下面表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。
第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。
当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TＬ字节内容作比较。
若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。
主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
2.3DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
图4DS18B20与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式，如图4所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉，多个DS18B20可以将2口串接到一条总线上，而本设计只用了一个DS18B20。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
2.4系统整体硬件电路设计
2.4.1主板电路
系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，单片机主板电路如图5所示：
图5单片机主板电路
图5中包括时钟振荡电路和按键复位电路，按键复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。
另外扩展电路中，蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。
2.4.2显示电路
显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用P0和P3口,串口的发送和接收，采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0—P2.3作片选端。
但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，期望增加驱动电流，以使数码管高亮显示。
图6温度显示电路
3系统软件设计
系统程序主要包括主程序，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。
3.1初始化程序
图7初始化程序流程图
3.2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2字节，读出温度的低八位和高八位，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8示
图8读温度程序流程图
3.3读、写时序子程序
读写的程序是本次设计中的重点和难点，通过我们对其时序的分析，从而写出高效的程序。
写1，0时序
读0，1时序
3.4延时程序
延时程序主要分为短延时和长延时，短延时如果要求十分的精确可以采用定时器，如果要求不太高的话可以采用普通函数的叠加，可以近似时间的延时。
长延时同样的道理，不过要求不是很精确的话，可以采取语言结构的循环来实现延时。
具体程序如下:
表3delay15（）延时函数的取值采样：
n的取值
1
2
3
4
10
15
20
22
23
24
时间
17us
48us
69us
90us
216us
321us
426us
468us
489us
510us
4Proteus软件仿真
5课程设计体会
经过将两周的单片机课程设计，终于完成了我们的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余不得不深思呀！
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是BCD码，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减，显示处理时在用对不同的位，求商或求余，感觉效果比较好。
还有时序的问题，通过这次的设计我明白了时序才真正是数字芯片的灵魂，所有的程序我们都可以通过对其时序的理解来实现对其操作，同时体会到了单总线结构的魅力。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
最重要的是本次设计是两个人一组，让我们有种组队做单片机开发项目的感觉，毕竟一个项目只靠一个人是很难完成的，今后我们做的项目肯定要多人协作。
在这次设计过程中培养了我们的团队协作精神，便于我们走到工作岗位后能很快适应工作环境。
参考文献
[1]DS18b20数据手册。
[2]求是科技编著8051系列单片机C程序设计完全手册北京:
人民邮电出版社,2006
[3]余发山，王福忠.单片机原理及应用技术.徐州：
中国矿业大学出版社，2003
附录1：
程序名称：
DS18B20温度测量、报警系统
简要说明：
DS18B20温度计，温度测量范围0~99.9摄氏度
可设置上限报警温度、下限报警温度
即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器报警
默认上限报警温度为38℃、默认下限报警温度为5℃
报警值可设置范围：
最低上限报警值等于当前下限报警值
最高下限报警值等于当前上限报警值
将下限报警值调为0时为关闭下限报警功能
******************************************************************/
#include
#include"DS18B20.h"
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar//宏定义
#defineSETP3_1//定义调整键
#defineDECP3_2//定义减少键
#defineADDP3_3//定义增加键
#defineBEEPP3_7//定义蜂鸣器
bitshanshuo_st;//闪烁间隔标志
bitbeep_st;//蜂鸣器间隔标志
sbitDIAN=P0^7;//小数点
ucharx=0;//计数器
signedcharm;//温度值全局变量
ucharn;//温度值全局变量
ucharset_st=0;//状态标志
signedcharshangxian=38;//上限报警温度，默认值为38
signedcharxiaxian=5;//下限报警温度，默认值为38
ucharcodeLEDData[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00};
unsignedintReadTemperature（void）;
/*****延时子程序*****/
voidDelay（uintnum）
{
while（--num）;
}
/*****初始化定时器0*****/
voidInitTimer（void）
{
TMOD=0x1;
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;//50ms（晶振12M）
}
/*****定时器0中断服务程序*****/
voidtimer0（void）interrupt1using0
{
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
x++;
}
/*****外部中断0服务程序*****/
voidint0（void）interrupt0using1
{
EX0=0;//关外部中断0
if（DEC==0&&set_st==1）
{
shangxian--;
if（shangxian}
elseif（DEC==0&&set_st==2）
{
xiaxian--;
if（xiaxian<0）xiaxian=0;
}
}
/*****外部中断1服务程序*****/
voidint1（void）interrupt2using2
{
EX1=0;//关外部中断1
if（ADD==0&&set_st==1）
{
shangxian++;
if（shangxian>99）shangxian=99;
}
elseif（ADD==0&&set_st==2）
{
xiaxian++;
if（xiaxian>shangxian）xiaxian=shangxian;
}
}
/*****读取温度*****/
voidcheck_wendu（void）
{
uinta,b,c;
c=ReadTemperature（）-5;//获取温度值并减去DS18B20的温漂误差
a=c/100;//计算得到十位数字
b=c/10-a*10;//计算得到个位数字
m=c/10;//计算得到整数位
n=c-a*100-b*10;//计算得到小数位
if（m<0）{m=0;n=0;}//设置温度显示上限
if（m>99）{m=99;n=9;}//设置温度显示上限
}
/*****显示开机初始化等待画面*****/
Disp_init（）
{
P0=0x40;//显示-
P2=0xf7;
Delay（200）;
P2=0xfb;
Delay（200）;
P2=0xfd;
Delay（200）;
P2=0xfe;
Delay（200）;
P2=0xff;//关闭显示
}
/*****显示温度子程序*****/
Disp_Temperature（）//显示温度
{P2=0xf7;
P0=0x39;//显示C
Delay（300）;
P2=0xfb;
P0=LEDData[n];//显示个位
Delay（300）;
P2=0xfd;
P0=LEDData[m%10];//显示十位
DIAN=1;//显示小数点
Delay（300）;
P2=0xfe;
P0=LEDData[m/10];//显示百位
Delay（300）;
P2=0xff;//关闭显示
}
/*****显示报警温度子程序*****/
Disp_alarm（ucharbaojing）
{P2=0xf7;
P0=0x39;//显示C
Delay（200）;
P2=0xfb;
P0=LEDData[baojing%10];//显示十位
Delay（200）;
P2=0xfd;
P0=LEDData[baojing/10];//显示百位
Delay（200）;
P2=0xfe;
if（set_st==1）P0=0x76;
elseif（set_st==2）P0=0x38;//上限H、下限L标示
Delay（200）;
P2=0xff;//关闭显示
}
/*****报警子程序*****/
voidAlarm（）
{unsignedinti;
{
for（i=0;i<200;i++）//喇叭发声的时间循环，
改变大小可以改变发声时间长短
{
Delay（80）;//参数决定发声的频率，估算值
BEEP=!
BEEP;
}
BEEP=1;//喇叭停止工作，间歇的时间，可更改
Delay（20000）;
}
}
/*****主函数*****/
voidmain（void）
{
uintz;
InitTimer（）;//初始化定时器
EA=1;//全局中断开关
TR0=1;
ET0=1;//开启定时器0
IT0=1;
IT1=1;
check_wendu（）;
check_wendu（）;
for（z=0;z<300;z++）
{
Disp_init（）;
}
while
（1）
{
if（SET==0）
{
Delay（2000）;
do{}while（SET==0）;
set_st++;x=0;shanshuo_st=1;
if（set_st>2）set_st=0;
}
if（set_st==0）
{
EX0=0;//关闭外部中断0
EX1=0;//关闭外部中断1
check_wendu（）;
Disp_Temperature（）;
if（m>=shangxian）
P1_0=1;
else
P1_0=0;
if（mP1_1=1;
else
P1_1=0;
if（（m>=shangxian）||（m{
Alarm（）;//报警检测
}
}
elseif（set_st==1）
{
BEEP=1;//关闭蜂鸣器
EX0=1;//开启外部中断0
EX1=1;//开启外部中断1
if（x>=10）{shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}
if（shanshuo_st）{Disp_alarm（shangxian）;}
}
elseif（set_st==2）
{
BEEP=1;//关闭蜂鸣器
EX0=1;//开启外部中断0
EX1=1;//开启外部中断1
if（x>=10）{shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}
if（shanshuo_st）{Disp_alarm（xiaxian）;}
}
}
}
/*****END*****/
附录2：
整体原理图：
升级会员 