数字温度计程序设计Word格式文档下载.docx
《数字温度计程序设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字温度计程序设计Word格式文档下载.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
采用手动上电复位。
3.3设计方案
方案一
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。
方案二
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。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
二、单片机控制DS18B20温度显示仪硬件组成
2.1ds18b20介绍
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。
DS18B20的性能特点如下：
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
●无须外部器件；
●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
●零待机功耗；
●温度以９或１２位数字；
●用户可定义报警设置；
●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
●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；
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
CRC
图3 DS18B20字节定义
由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所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。
DS18B20的测温原理是这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器１；
高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器１、温度寄存器中，计数器１和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
减法计数器１对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器１的预置值减到０时，温度寄存器的值将加１，减法计数器１的预置将重新被装入，减法计数器１重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到０时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。
表2 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为：
初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
图4DS18B20与单片机的接口电路
2.2DS18B20温度传感器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。
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。
系统硬件结构如图一
图一
系统硬件原理图如图二
2.3数据采集及数据输入电路：
数据采集是由数字温度传感器DS18B20采集被测对象的实时温度，然后提供给单片机89C52的P2.2端口作为数据输入。
2.4数据显示电路：
八位LCD液晶显示器由单片机89C52的P0口驱动，采用共阳极，因此该LCD是低电平点亮、高电平熄灭。
三、系统软件设计
本系统采用C语言进行软件程序设计，因此有直观、简便、灵活度高、便于修改等优点。
分别对LCD液晶显示器部分、数字温度传感器DS18B20部分进行软件程序设计。
3.1.主程序流程图：
显示部分DS18B20部分
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8示
图9温度转换流程图
3.3温度转换命令子程序
温度转换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。
温度转换命令子程序流程图如上图，图9所示
3.4计算温度子程序
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10所示。
图10 计算温度流程图 图11 显示数据刷新流程图
3.5程序代码如下：
#include<
reg52.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitdula=P2^6;
sbitwela=P2^7;
sbitdiola=P2^5;
/**************显示部分*******************/
sbitlcden=P3^4;
sbitrs=P3^5;
//RS
sbitrw=P3^6;
//WR
uchartip1[9]="
sensoris"
tip2[9]="
notexist"
;
//提示信息
voiddelay1（uintz）
{
uintx,y;
for（x=z;
x>
0;
x--）
for（y=110;
y>
y--）;
}
voidwrite_com（ucharcom）//写命令
rs=0;
lcden=0;
P0=com;
delay1（5）;
//8.96ms
lcden=1;
voidwrite_date（uchardate）//写数据
rs=1;
P0=date;
voidinit（）//LCD初始化
P0=0;
P1=0xff;
diola=0;
dula=0;
wela=0;
//锁存器输出高电平，消除数码管闪烁
//lcden=0;
rw=0;
write_com（0x38）;
/*8位数据接口，2行显示，5*10点阵字符*/
write_com（0x0c）;
/*显示开*/
write_com（0x06）;
/*光标自动增一，画面不动*/;
write_com（0x01）;
/*清屏*/
voidwrite_sfm（ucharadd,uintdate）//写显示
ucharbai,shi,ge,c='
.'
d='
C'
bai=date/100;
shi=date%100/10;
ge=date%10;
write_com（add）;
write_date（0x30+bai）;
write_date（0x30+shi）;
write_date（c）;
write_date（0x30+ge）;
write_date（d）;
/*************DS18B20部分**************/
sbitDS=P2^2;
uinttemp;
bitflag18b20;
voiddelay（uintcount）
while（count--）;
voiddsreset（void）//18B20复位，初始化函数
{uintn=60;
DS=0;
delay（60）;
//556us
DS=1;
while（n--）
{
if（DS==0）
flag18b20=1;
}
bittmpreadbit（void）//读1位数据函数
uinti;
bitdat;
i++;
//3us
//16us
dat=DS;
i=4;
while（i--）;
//48us
return（dat）;
uchartmpread（void）//读1字节函数
uchari,dat;
dat=0;
for（i=0;
i<
8;
i++）
{dat=dat>
>
1;
if（tmpreadbit（））
dat=dat|0x80;
//从低位开始存起
return（dat）;
voidtmpwritebyte（uchardat）//向18B20写一个字节数据函数
ucharj;
bittestb;
for（j=0;
j<
j++）
testb=dat&
0x01;
//判断最低位是0还是1
dat=dat>
if（testb）//写1
//6us
else
//写0
i=6;
//66us
voidtmpchange（void）//开始获取数据并转换
dsreset（）;
if（flag18b20==1）
tmpwritebyte（0xcc）;
//写跳过读ROM指令
tmpwritebyte（0x44）;
//写温度转换指令
}
uinttmp（）//读取寄存器中存储的温度数据
floattt;
uchara,b;
//556us
tmpwritebyte（0xbe）;
a=tmpread（）;
//读低8位
b=tmpread（）;
//读高8位
temp=b;
temp<
<
=8;
//两个字节组合为1个字
temp=temp|a;
tt=temp*0.0625;
//温度在寄存器中是12位，分辨率是0.0625
temp=tt*10+0.5;
//乘10表示小数点后只取1位，加0.5是四折五入
returntemp;
intmain（）
{init（）;
while
（1）
tmpchange（）;
if（flag18b20==1）//判断是否检测到18B20的存在
write_sfm（0x80,tmp（））;
else//没有检测到18B20
{uchari;
write_com（0x80）;
for（i=0;
9;
write_date（tip1[i]）;
write_com（0x80+0x40+2）;
for（i=0;
write_date（tip2[i]）;
}
}
四、程设计总结和结论
现在市面上的数字温度传感器很多，诸如AD590数字温度传感器、DS18B20数字温度传感器等。
本次课程设计采用的是DS18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
数字温度传感器输出接口主要有如下几种：
RS232数据格式接口；
RS485数据格式接口；
单总线数据格式接口；
CAN总线数据格式接口；
ZIGBEE数据格式接口；
TCP/IP数据格式接口。
而DS18B20数字温度传感器采用的是单总线数据格式接口，只靠一根总线即可完成传感器与单片机之间的数据传输。
具有结构简单、使用灵活方便等特点。
本次课程设计采用的单片机芯片是89C52单片机，与51单片机基本相同。
本次课程设计采用的显示器是LCD液晶显示器，具有显示灵活、清晰度高等特点。
将以上三大部件集成在一块开发板上，便构成了本次课程设计的最终产品-----数字式温度计。
五、心得体会
学习了一个学期的单片机原理与应用、传感器与检测技术后，我们进行了一周的课程设计，虽然课程设计只有短短的一周的时间，我们从中学习了很多课本里所学习不了的的知识，增强我们的动手能力，体现出我们的团队合作精神。
我觉的最重要的是巩固了我们的专业知识。
一开始我们用汇编广语言做的，然后我们最后提出了用C语言做，由此我们更巩固了大一所学的C语言设计，利用单片机开发机做，用DS18B20温度传感器做。
星期三和星期四在实验室里实际做，经过老师的细心指导，我们改进了很多。
从中也学到了，我们所谓任何真理都需要实践的检验，但在实际操作中还是遇到了这样那样的问题，让我清醒的认识到自身的不足和知识的无穷无尽。
也让我进一步体会到实践的重要性。
实践出真知，在以后的学习生活中，也要秉承这种一丝不苟、勇于创新的实践精神，不断地提高、完善自己。
耐心的向老师学习，是个不断提高自我的方法，然而在此利用学习的方法可以用到生活上，是个很好的习惯。
六、参考资料
【1】《单片机原理与应用》电子工业出版社朱兆优陈坚王海涛邓文娟编著
【2】《传感器与检测技术》电子工业出版社陈润景郝晓霞编著
单片机课程设计评分表
东华理工大学长江学院
学生姓名：
张泽田班级：
083142学号：
08314233
课程设计题目：
项目内容
满分
实评
选
题
能结合所学课程知识、有一定的能力训练。
符合选题要求
5
工作量适中，难易度合理
10
能
力
水
平
能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力
理论依据充分，数据准确，公式推导正确
能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等
能体现创造性思维，或有独特见解
15
成
果
质
量
模型正确、合理，各项技术指标符合要求。
摘要叙述简练完整，假设合理、问题分析正确、数学用语准确、结论严谨合理；
问题处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰
论文主要部分齐全、合理，符号统一、编号齐全。
格式、绘图、表格、插图等规范准确，符合论文要求
字数不少于2000字，不超过15000字
总分
100
指导教师评语：
指导教师签名：
年月日
附一：
升级会员 