数字温度计设计论文Word格式.docx
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2.2.2显示电路
显示电路采用3位共阳LED数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。
2.2.3温度传感器
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；
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。
DS18B20的测温原理是这这样的,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
2.3DS18B20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。
2.4系统整体硬件电路
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，如图5所示。
图5中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图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。
图5中的按健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。
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p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。
图5单片机主板电路
图6温度显示电路
3系统软件算法分析
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主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图7所示。
图7主程序流程图图8读温度流程图
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显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图11。
4总结与体会
经过将近三周的单片机课程设计，终于完成了我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，显示处理时在用除法去删分,感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。
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。
#include<
reg51.h>
intrins.h>
sbitP3_0=P3^0;
sbitP3_1=P3^1;
sbitP3_2=P3^2;
sbitP3_3=P3^3;
sbitP3_4=P3^4;
sbitP3_5=P3^5;
sbitP3_6=P3^6;
sbitP3_7=P3^7;
#defineLEDPortP1//LED控制口
#defineLEDfP3_0//LEDf
#defineLED1P3_1//LED1
#defineLED2P3_2//LED2
#defineLED3P3_3//LED3
#defineLED4P3_4//LED4
#defineKey_jdP3_5//上调温度
#defineTMPortP3_7//DS1820DataPort
unsignedcharcodeLEDDis[]={0x5f,0x06,0x3b,0x2f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//0-9的LED笔划,0xFF为空,0xF7为负号
staticunsignedcharbdataStateREG;
//可位寻址的状态寄存器
sbitDS18B20ON=StateREG^0;
//DS1820是否存在
sbitSetTF=StateREG^1;
//是否是在温度设置状态
staticsignedcharLED_f,LED_1,LED_2,LED_3,LED_4;
//LED的显示位LED_One为十位，LED_Two为个位
staticsignedcharL_1,L_2,L_3,L_4,L_5;
staticunsignedcharSign;
//负号标识
staticunsignedcharsign_jd;
//精度标识
staticunsignedcharKeyV,TempKeyV;
//键值
staticunsignedcharbdataTLV_at_0x0029;
//温度变量高低位
staticunsignedcharbdataTHV_at_0x0028;
staticsignedcharTMV;
//转换后的温度值
staticsignedcharTM;
staticsignedintwd;
staticsignedintzd;
voidDelay_10ms（void）;
voidInitDS1820（void）;
voidROMDS1820（void）;
voidTMVDS1820（void）;
voidDelay_510（void）;
voidTMRDS1820（void）;
voidReadDS1820（void）;
voidV2ToV（void）;
voidDelay_110（void）;
voidmain（void）
{
THV=0;
TLV=0;
TMV=0;
TM=0;
KeyV=0;
TempKeyV=0;
zd=50;
InitDS1820（）;
//初始化
ROMDS1820（）;
//跳过ROM
TMRDS1820（）;
//读出温度指令
ReadDS1820（）;
//读出温度值和上限值
EA=1;
//允许CPU中断
ET0=1;
//定时器0中断打开
TMOD=0x1;
//设定时器0为模式1，16位模式
TH0=0xB1;
TL0=0xDF;
//设定时值为20000us（20ms）
TR0=1;
//开始定时
while
（1）;
}
//定时器0中断外理中键扫描和显示
voidKeyAndDis_Time0（void）interrupt1using2
TH0=0xb1;
Key_jd=1;
LEDPort=0x00;
zd++;
if（zd>
50）
{
if（!
Key_jd）
KeyV=1;
if（KeyV!
=0）//有键按下
Delay_10ms（）;
//延时防抖按下10ms再测
TempKeyV=1;
if（KeyV==TempKeyV）//两次值相等为确定接下了键
sign_jd=!
sign_jd;
zd=0;
}
//清空变量准备下次键扫描
if（DS18B20ON）
TMVDS1820（）;
//温度转换指令
Delay_510（）;
//延时等待转换完成
//读出温度值
V2ToV（）;
if（LED_f==1）//转换显示值
LEDf=0;
else
LEDf=1;
LEDPort=~LED_1;
LED1=0;
LED1=1;
//显示百位数
LEDPort=~LED_2;
LED2=0;
LED2=1;
LEDPort=~LED_3;
LED3=0;
LED3=1;
LEDPort=~LED_4;
LED4=0;
LED4=1;
voidV2ToV（void）//数值转换
TM=TLV<
<
4;
TLV=TLV>
>
4;
THV=THV<
//读出的高低位数值移位
TMV=TLV|THV;
//合并高低位放入TM为实际温度值
Sign=0;
Sign=TMV>
7;
if（Sign）
{
L_1=（~（TMV-1））/100;
//转换百位值
L_2=（（~（TMV-1））-L_1*100）/10;
L_3=（~（TMV-1））-L_1*100-L_2*10;
}
{
L_1=（TMV）/100;
L_2=（TMV-L_1*100）/10;
L_3=TMV-L_1*100-L_2*10;
TM=~（TM-1）;
LED_f=1;
LED_f=0;
wd=0;
if（TM&
0x80）{wd=wd+5000;
0x40）{wd=wd+2500;
0x20）{wd=wd+1250;
0x10）{wd=wd+625;
L_4=wd/1000;
L_5=（wd-L_4*1000）/100;
if（sign_jd）
LED_1=LEDDis[L_2];
LED_2=LEDDis[L_3]|0x80;
LED_3=LEDDis[L_4];
LED_4=LEDDis[L_5];
LED_1=LEDDis[L_1];
LED_2=LEDDis[L_2];
LED_3=LEDDis[L_3]|0x80;
LED_4=LEDDis[L_4];
voidInitDS1820（void）//初始化DS1820
TMPort=1;
//拉高TMPort
_nop_（）;
//保持一个周期
TMPort=0;
//拉低TMPort
//延时DS1820复位时间要500us的低电平
TMPort=1;
//拉高TMPort
//保持
Delay_110（）;
//延时110us等待DS1820回应
TMPort）//回应信号为低电平
DS18B20ON=1;
DS18B20ON=0;
//延时
voidDelay_510（void）//延时510微秒
#pragmaasm
MOVR0,#7DH
MOVR1,#02H
TSR1:
DJNZR0,TSR1
DJNZR1,TSR1
#pragmaendasm
voidDelay_110（void）//延时110微秒
MOVR0,#19H
TSR2:
DJNZR0,TSR2
DJNZR1,TSR2
voidDelay_10ms（void）//延时10ms
MOVR1,#0C8H
TSR3:
DJNZR0,TSR3
DJNZR1,TSR3
voidDelay_4s（void）//延时4s
MOVR2,#28H
TSR5:
MOVR0
升级会员 