数字温度传感器课程设计论文.docx
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数字温度传感器课程设计论文
基于数字温度传感器的数字温度计设计报告
课题要求：
利用数字温度传感器DS18B20与单片机结合来测量温度。
利用数字温度传感器DS18B20测量温度信号，计算后在LED数码管上显示相应的温度值。
其温度测量范围为−55℃～125℃，精确到0.5℃。
数字温度计所测量的温度采用数字显示，控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，，实现温度显示。
1.原理分析（刘星）
采用AT89C51单片机作为控制核心对温度传感器DS18B20控制，读取温度信号并进行计算处理，并送数码管显示。
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和微控制芯片AT89C51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AT89C51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。
用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。
该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。
⒉方案选择（刘星）
按照系统设计功能的要求，确定系统由3个大的模块组成：
主控制器、测温电路和显示电路。
由AT89C51单片机组成硬件设计，AT89C51的EA接高电平，其外围电路提供能使之工作的晶振脉冲、复位按键，四个I/O分别接8路的单列IP座方便与外围设备连接。
当AT89C51芯片接到来自温度传感器的信号时，其内部程序将根据信号的类型进行处理，并且将处理的结果送到显示模块，发送控制信号控制各模块。
⒊元器件选择（黄学然）
3.1单片机
AT89C51芯片：
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K的可反复擦写的FLASH只读存储器和128BYTES的随机存取数据存储器，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。
AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
主要特性：
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（计时器0外部输入）
P3.5T1（计时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3.2温度传感器
DS18B20：
DS18B20封装图
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，它能够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。
可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。
因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
以下是DS18B20的特点：
（1）独特的单线接口方式：
DS18B20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。
（2）在使用中不需要任何外围元件。
（3）可用数据线供电，电压范围：
+3.0~+5.5V。
（4）测温范围：
-55-+125℃。
固有测温分辨率为0.5℃。
（5）过编程可实现9-12位的数字读数方式。
（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。
（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。
（8）负压特性，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。
3.3显示屏
LCD1602液晶显示屏：
同时显示摄氏温度与华氏温度。
管脚分布：
LCD1602模块的管脚分布功能
管脚号
管脚名称
状态
管脚功能
1
Vss
电源地
2
Vdd
电源正极
3
V0
液晶显示偏压信号
4
RS
输入
寄存器选着
5
RW
输入
读、写操作
6
E
输入
使能信号
7
DB0
三态
数据总线0（LSB）
8
DB1
三态
数据总线
9
DB2
三态
数据总线
10
DB3
三态
数据总线
11
DB4
三态
数据总线
12
DB5
三态
数据总线
13
DB6
三态
数据总线
14
DB7
三态
数据总线（MSB）
15
LEDA
输入
背光+5V
16
LEDK
输入
背光地
3.4蜂鸣器
实现报警振铃音。
3.5其他元件
电容（30pf，10uf）、电阻（4.7k，8.2k）、三极管（8550）、晶振（12MHZ）、按键、杜邦线、排针若干，万能板。
⒋proteus原理图绘制（余琳玲）
4.1设计步骤
1.使用proteus软件画出原理图
2.使用keil软件
1）建立工程
2）为工程选择目标器件
3）设置工程的配置参数
4）打开程序文件
5）编辑和链接工程
6）纠正程序中的书写和错误并重新建立链接
7）生成hex文件
3.使用proteus软件进行仿真
4.2设计过程
硬件接线图见附录4
4.2.1单片机系统模块
4.2.2晶体振荡模块
晶振电路是提供系统时钟信号。
为了各部分的同步应当引入公用的外部脉冲信号作为振荡脉冲。
电容选择在10~30pF之间，因为电容的大小影响振荡器振荡的稳定性和起振的速度。
电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，晶振CYS的振荡频率取12MHZ。
89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生，外部时钟和内部时钟方式，如下图所示：
4.2.3扬声器报警模块
系统设有一定的温度范围，当系统检测到的温度不在预设的范围时，则需发出报警，警报系统由PNP三极管和蜂鸣器组成。
4.2.4温度传感器模块
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新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。
4.2.5液晶显示模块
硬件连线图：
指令：
1）Cleardisplay清显示
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
清显示指令将空位字符码20H送入全部DDRAM地址中，使DDRAM中的内容全部清除，显示消失；地址计数器AC=0，自动增1模式；显示归位，光标或者闪烁回到原点（显示屏左上角）；但并不改变移位设置模式。
2）Returnhome归位
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
归位指令置地址计数器AC=0；将光标及光标所在位的字符回原点；但DDRAM中的内容并不改变。
3）Entrymodeset设置输入模式
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
I/D：
字符码写入或者读出DDRAM后DDRAM地址指针AC变化方向标志：
I/D=1，完成一个字符码传送后，光标右移，AC自动加1；
I/D=0，完成一个字符码传送后，光标左移，AC自动减1；
S：
显示移位标志：
S=1，将全部显示向右（I/D=0）或者向左（I/D=1）移位；
S=0，显示不发生移位；
S=1时，显示移位时，光标似乎并不移位；此外，读DDRAM操作以及对CGRAM的访问，不发生显示移位。
4）Displayon/offcontrol显示开/关控制
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
D：
显示开/关控制标志：
D=1，开显示；D=0，关显示；
关显示后，显示数据仍保持在DDRAM中，立即开显示可以再现；
C：
光标显示控制标志：
C=1，光标显示；C=0，光标不显示；
不显示光标并不影响模块其它显示功能；显示5X8点阵字符时，光标在第八行显示，显示5X10点阵字
符时，光标在第十一行显示；
B：
闪烁显示控制标志：
B=1，光标所指位置上，交替显示全黑点阵和显示字符，产生闪烁效果，Fosc=250kHz
时，闪烁频率为0.4ms左右；通过设置，光标可以与其所指位置的字符一起闪烁。
5）Cursorordisplayshift光标或显示移位
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
光标或显示移位指令可使光标或显示在没有读写显示数据的情况下，向左或向右移动；运用此指令可以实现显示的查找或替换；在双行显示方式下，第一行和第二行会同时移位；当移位越过第一行第四十位时，光标会从第一行跳到第二行，但显示数据只在本行内水平移位，第二行的显示决不会移进第一行；倘若仅执行移位操作，地址计数器AC的内容不会发生改变。
S/C
R/L
说明
0
0
光标向左移动，AC自动减1
0
1
光标向右移动，AC自动加1
1
0
光标和显示一起向左移动，AC值不变
1
1
光标和显示一起向右移动，AC值不变
6）Functionset功能设置
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
功能设置指令设置模块数据接口宽度和LCD显示屏显示方式，即MPU与模块接口数据总线为4位或者是8位、LCD显示行数和显示字符点阵规格；所以建议用户最好在执行其它指令设置（读忙标志指令除外）之前，在程序的开始，进行功能设置指令的执行；
DL：
数据接口宽度标志：
DL=1，8位数据总线DB7～DB0；DL=0，4位数据总线DB7～DB4，DB3～DB0不用，使用此方式传送数据，需分两次进行；
N：
显示行数标志：
N=1，两行显示模式；N=0，单行显示模式；
F：
显示字符点阵字体标志：
F=1：
5X10点阵＋光标显示模式；F=0：
5X7点阵＋光标显示模式。
7）SetCGRAMaddressCGRAM地址设置
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
1
ACG5
ACG4
ACG3
ACG2
ACG1
ACG0
CGRAM地址设置指令设置CGRAM地址指针，它将CGRAM存储用户自定义显示字符的字模数据的首地址ACG5～ACG0送入AC中，于是用户自定义字符字模就可以写入CGRAM中或者从CGRAM中读出。
8）SetDDRAMaddressDDRAM地址设置
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
ADD6
ADD5
ADD4
ADD3
ADD2
ADD1
ADD0
DDRAM地址设置指令设置DDRAM地址指针，它将DDRAM存储显示字符的字符码的首地址ADD6～ADD0送入AC中，于是显示字符的字符码就可以写入DDRAM中或者从DDRAM中读出；值得一提的是：
在LCD显示屏一行显示方式下，DDRAM的地址范围为：
00H～4FH；两行显示方式下，DDRAM的地址范围为：
第一行00H～27H，第二行40H～67H。
9）Readbusyflagandaddress读忙标志BF和AC
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
1
BF
AC6
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
当RS=0和R/W=1时，在E信号高电平的作用下，BF和AC6～AC0被读到数据总线DB7～DB0的相应位；
BF：
内部操作忙标志，BF=1，表示模块正在进行内部操作，此时模块不接收任何外部指令和数据，直到BF=0为止；
AC6～AC0：
地址计数器AC内的当前内容，由于地址计数器AC被CGROM、CGRAM和DDRAM的公用指针，因此当前AC内容所指区域由前一条指令操作区域决定；同时，只有BF=0时，送到DB7～DB0的数据AC6～AC0才有效。
10）WritedatatoCGRAMorDDRAM写数据到CGRAM或DDRAM
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
1
0
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
写数据到CGRAM或DDRAM指令，是将用户自定义字符的字模数据写到已经设置好的CGRAM的地址中，或者是将欲显示字符的字符码写到DDRAM中；欲写入的数据D7～D0首先暂存在DR中，再由模块的内部操作自动写入地址指针所指定的CGRAM单元或者DDRAM单元中。
11）ReaddatafromCGRAMorDDRAM从CGRAM或DDRAM中读数据
指令码：
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
1
1
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
从CGRAM或DDRAM中读数据指令，是从地址计数器AC指定的CGRAM或者DDRAM单元中，读出数据D7～D0；读出的数据D7～D0暂存在DR中，再由模块的内部操作送到数据总线DB7～DB0上。
5.综合调试（刘星、余琳玲、黄学然）
系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换子程序、计算温度子程序、显示等等，由余琳玲同学编写。
程序于附录
硬件方面主要由黄学然和刘星调试焊接，一开始存在少许不易发现的焊点虚焊漏焊现象，导致显示屏无显示，后改正后可以得出正常显示温度，证明我们的课程设计实验初步取得成功。
6.总结（刘星、余琳玲、黄学然）
本次课程设计经过我们小组三个同学的齐心协力最终获得了成功，此次实验中我们还有不少需要改善的地方，比如这个温度计不能快速的反应温度变化，不能做到接触测量（由于DS18B20焊接在电路板上），同时焊接技艺还没有达到极致，美观上略有欠缺。
我们在仿真调试中也获得不少感悟：
画图的时候应仔细连线，线一旦连错，程序无法正常运行。
程序烧写到单片机，实物运行不能显示正常结果，要认真检查仿真图的连线正确与否以及焊接电路是否出现虚焊、漏焊，元器件是否错放。
附录1
C语言程序
#include
#include
#include"18b20.h"//18b20头文件
#include"1602.h"//18b20头文件
//宏定义
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
//定义变量
uintbw,sw,gw;
uchartable[]="0123456789";
ucharalarm[]="Alarm";
ucharj;//1602显示的字符个数
longinttem,tem1;//tem为摄氏温度，tem1为华氏温度，baojing为警报温度值
longintbaojing=38;
sbitspeaker=P1^0;
voidbeep（）;//函数声明蜂鸣器函数
voiddisplay（void）//18b20显示摄氏温度
{EX0=0;
tem=duqu_wendu（）;
if（tem>baojing）
{beep（）;
}
bw=tem/10;
sw=tem%10;
write1602（0x80+0x00）;
read1602（table[bw]）;
write1602（0x80+0x01）;
read1602（table[sw]）;
write1602（0x80+0x02）;
read1602（0xdf）;
write1602（0x80+0x03）;
read1602（'C'）;
write1602（0x80+0x04）;
read1602（''）;
EX0=1;
}
voiddisplay1（void）//18b20显示华氏温度
{EX0=0;
tem1=duqu_wendu（）*1.8+32;
if（tem1>（baojing*1.8+32））
{beep（）;
}
bw=tem1/100;
sw=（tem1%100）/10;
gw=tem1%10;
write1602（0x80+0x0b）;
read1602（table[bw]）;
write1602（0x80+0x0c）;
read1602（table[sw]）;
write1602（0x80+0x0d）;
read1602（table[gw]）;
write1602（0x80+0x0e）;
read1602（0xdf）;
write1602（0x80+0x0f）;
read1602（'F'）;
EX0=1;
}
voiddisplaybaojing（void）//显示报警温度值
{
bw=baojing/100;
sw=baojing/10;
gw=baojing%10;
write1602（0x80+0x4b）;
read1602（table[bw]）;
write1602（0x80+0x4c）;
read1602（table[sw]）;
write1602（0x80+0x4d）;
read1602（table[gw]）;
write1602（0x80+0x4e）;
read1602（0xdf）;
write1602（0x80+0x4f）;
read1602（'C'）;
}
升级会员 