基于单片机的温度传感器的设计Word文件下载.docx
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本文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、测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要供测温要求准确的场所和科研实验室使用。
该设计控制器使用单片机AT89C51，温度传感器DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示，能准确达到以上要求。
1.2设计目的
熟悉单片机AT89C51和传感器DS18B20的应用，及单片机与外围电路的接法，加深对单片机以及传感器的认识，了解单片机在日常生活中的应用及其重要性。
同时，通过查找资料，设计电路，使本次设计的数字温度计具有结构简单、成本低廉、精确度高、反应速度快、数字化显示和不易损坏等特点。
在这次设计中，熟悉了制作一个产品的基本流程。
通过选认元件，连线，等过程，锻炼自己的学习能力。
1.3设计任务
1、以AT89C51单片机为核心器件，组成一个数字式温度计。
2、采用数字式温度计传感器为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为±
0.5°
C。
3、温度显示采用4位LED数码管显示，两位整数，一位小数。
4、具有键盘输入上、下限功能，超过上、下限温度时，进行声音报警。
第二章设计内容与所用器件
基本功能：
利用89C51作为主控器组成一个数字温度计。
可选器件：
AT89C51单片机、DB18B20、7段LED数码管等
系统原理图
第三章硬件系统设计
硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。
单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。
本设计选用以AT89C51单片机为主控单元,DB18B20为数据采集模块，显示部分采用7段LED动态显示，警报部分采用蜂鸣器。
3.1单片机的选择
AT89C51
AT89C51单片机的主要特性：
1、与MCS-51兼容，4K字节可编程闪烁存储器；
2、灵活的在线系统编程，掉电标识和快速编程特性；
3、寿命为1000次写/擦周期，数据保留时间可10年以上；
4、全静态工作模式：
0Hz-33Hz；
5、三级程序存储器锁定；
6、128*8位内部RAM，32可编程I/O线；
7、两个16位定时器/计数器，6个中断源；
8、全双工串行UART通道，低功耗的闲置和掉电模式；
9、片内振荡器和时钟电路；
芯片共有40个引脚，其中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。
3.2温度传感器介绍
DS18B20可以程序设定9-12的分辨率，精度为±
可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。
分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EPROM中，掉电后依然保存。
温度传感器DS18B20引脚如图所示
引脚功能说明：
NC：
空引脚，悬空不使用；
VDD：
可选电源脚，电源电压范围3~5.5V。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
DQ：
数据输入/输出脚。
漏极开路，常态下高电平。
GND：
为电源地
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
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。
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。
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。
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。
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。
源供电方式
在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VCC引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。
注意：
在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85℃。
部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单。
本次数字温度计的设计采用的就是外部电源供电方式。
3.3温度传感器与单片机的连接
温度传感器的单总线（1-Wire）与单片机的P2．0连接，P2．0是单片机的高位地址线A8。
P2端口是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O，其输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对该端口写“1”，可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用，这是因为内部存在上拉电阻，某一引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时。
如执行MOVXDPTR指令，则表示P2端口送出高8位的地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器时，可执行MOVXRI指令，P2端口内容即为特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器内容，整个访问期间不改变。
在Flash编程和程序校验时，P2端口也接收高位地址和其他控制信号。
下图为DSl8B20内部结构。
下图为DSl8B20与单片机的接口电路。
3.4单片机与报警电路
系统中的报警电路是由发光二极管和限流电阻组成，并与单片机的P1.2端口连接。
P1端口的作用和接法与P2端口相同，不同的是在Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址数据。
3.5电源电路
由于该系统需要稳定的5V电源，因此设计时必须采用能满足电压、电流和稳定性要求的电源。
该电源采用三端集成稳压器LM7805。
它仅有输入端、输出端及公共端3个引脚，其内部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路．由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作为稳压电源。
下图为电源电路连接图。
3.6显示电路
采用技术成熟的74HCl64实现串并转换。
LED显示分为静态显示和动态显示。
这里采用静态显示，系统通过单片机的串行口来实现静态显示。
串行口为方式零状态，即工作在移位寄存器方式，波特率为振荡频率的1/12。
当器件执行任何一条将SBUF作为目的寄存器的命令时，数据便开始从RXD端发送。
在写信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端SEND有效，即允许RXD发送数据，同时允许从TXD端输出移位脉冲。
下图为显示电路的连接图。
3.7复位电路
单片机的P1.6端口是MAX813复位电路中复位信号的输入端，即单片机每执行一次程序就设置一次复位信号，清零复位器件。
若程序出现异常，单片机引脚RST将出现两个机器周期以上的高电平，使其复位。
该复位信号高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期即两个机器周期以上。
若使用频率为12MHz的晶体振荡器，则复位信号持续时间应超过2μs才完成复位操作。
连接图如下图所示。
第四章软件设计
DSl8820的主要数据元件有：
64位激光LaseredROM，温度灵敏元件和非易失性温度告警触发器TH和TL。
DSBl820可以从单总线获取电源，当信号线为高电平时，将能量贮存在内部电容器中；
当单信号线为低电平时，将该电源断开，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源为止。
此外，还可外接5V电源，给DSl8820供电。
DSl8820的供电方式灵活，利用外接电源还可增加系统的稳定性和可靠性。
读取数据流程图如下:
读出温度数据后，LOW的低四位为温度的小数部分，可以精确到0.0625℃，LOW的高四位和HIGH的低四位为温度的整数部分，HIGH的高四位全部为1表示负数，全为0表示正数。
所以先将数据提取出来，分为三个部分：
小数部分、整数部分和符号部分。
小数部分进行四舍五入处理：
大于0.5℃的话，向个位进1；
小于0.5℃的时候，舍去不要。
当数据是个负数的时候，显示之前要进行数据转换，将其整数部分取反加一。
还因为DS18B20最低温度只能为-55℃，所以可以将整数部分的最高位换成一个“-”，表示为负数。
图为温度数据处理程序的流程图如下所示:
程序源代码
DATA_BUSBITP3.3
FLAGBIT00H;
标志位
TEMP_LEQU30H;
温度值低字节
TEMP_HEQU31H;
温度值高字节
TEMP_DPEQU32H;
温度小数
TEMP_INTEQU33H;
温度值整数
TEMP_BAIEQU34H;
温度百位数
TEMP_SHIEQU35H;
温度十位数
TEMP_GEEQU36H;
温度个位数
DIS_BAIEQU37H;
显示百位数
DIS_SHIEQU38H;
显示十位数
DIS_GEEQU39H;
显示个位数
DIS_DPEQU3AH;
显示小数位
DIS_ADDEQU3BH;
显示地址
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0050H;
初始化
START:
MOVSP,#40H
MAIN:
LCALLREAD_TEMP;
调读温度程序
LCALLPROCESS;
调数据处理程序
AJMPMAIN
;
读温度程序
READ_TEMP:
LCALLRESET_PULSE;
调用复位脉冲程序
MOVA,#0CCH;
跳过ROM命令
LCALLWRITE
MOVA,#44H;
读温度
LCALLWRITE
LCALLDISPLAY;
显示温度
LCALLRESET_PULSE;
调用复位脉冲程序
MOVA,#0CCH;
跳过ROM命令
LCALLWRITE
MOVA,#0BEH;
读缓存命令
LCALLREAD
RET
复位脉冲程序
RESET_PULSE:
RESET:
SETBDATA_BUS
NOP
CLRDATA_BUS
MOVR7,#255
DJNZR7,$
SETBDATA_BUS
MOVR7,#30
DJNZR7,$
JNBDATA_BUS,SETB_FLAG
CLRFLAG
AJMPNEXT
SETB_FLAG:
SETBFLAG
NEXT:
MOVR7,#120
JNBFLAG,RESET
写命令
WRITE:
MOVR6,#8
CLRC
WRITING:
MOVR7,#5
RRCA
MOVDATA_BUS,C
MOVR7,#30H
DJNZR6,WRITING
循环显示段位
DISPLAY:
MOVR4,#200
DIS_LOOP:
MOVA,DIS_DP
MOVP2,#0FFH
MOVP0,A
CLRP2.7
LCALLDELAY2MS
MOVA,DIS_GE
SETBP0.7
CLRP2.6
MOVA,DIS_SHI
CLRP2.5
LCALLDELAY2MS
MOVA,DIS_BAI
MOVA,TEMP_BAI
CJNEA,#0,SKIP
AJMPNEXTT
SKIP:
CLRP2.4
LCALLDELAY2MS
NEXTT:
DJNZR4,DIS_LOOP
读命令
READ:
MOVR0,#TEMP_L
MOVR6,#8
MOVR5,#2
READING:
MOVC,DATA_BUS
DJNZR6,READING
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR5,READING
数据处理
PROCESS:
MOVR7,TEMP_L
MOVA,#0FH
ANLA,R7
MOVTEMP_DP,A
MOVA,#0F0H
SWAPA
MOVTEMP_L,A
MOVR7,TEMP_H
ORLA,TEMP_L
MOVB,#64H
DIVAB
MOVTEMP_BAI,A
MOVA,#0AH
XCHA,B
MOVTEMP_SHI,A
MOVTEMP_GE,B
MOVA,TEMP_DP
MOVDPTR,#TABLE_DP
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#TABLE_INTER
MOVCA,@A+DPTR
MOVDIS_DP,A
MOVA,TEMP_GE
MOVDPTR,#TABLE_INTER
MOVDIS_GE,A
MOVA,TEMP_SHI
MOVDIS_SHI,A
MOVDIS_BAI,A
DELAY2MS:
MOVR6,#3
LOOP3:
MOVR5,#250
DJNZR5,$
DJNZR6,LOOP3
TABLE_DP:
DB00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H
DB06H,07H,08H,08H,09H,09H
TABLE_INTER:
DB03FH,006H,05BH,04FH,066H
DB06DH,07DH,07H,07FH,06FH
END
总结与体会
作为一名电子信息工程的大三学生，我觉得做单片机课程设计是很有意义的，而且也是必要的。
在做这次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。
为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的实际资料是十分必要的，也是必不可少的。
要做好一个课程设计，就必须做到：
在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机有哪些资源；
要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图；
在设计程序时，不能妄想一次将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；
要养成注释程序的好习惯，这样为资料的保留和交流提供了方便；
在设计中遇到的问题要记录，以免下次遇到同样的问题。
在这次的课程设计中，我真正的意识到，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，学习单片机更是如此，程序只有在经常写与读的过程中才能提高，这就是这次课程设计的最大收获。
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