数字温度计课程设计报告Word文档格式.docx
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4位LED显示；
设计温度控制器原理图，并用proteus进行仿真；
用altiumdesigner画出PCB并制好印刷电路板；
设计和绘制软件流程图，用C语言进行程序编写；
焊接硬件电路，进行调试。
设计方案与选材
提及到温度的检测，我们首先会考虑传统的测温元件有热电偶和热电阻，而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试也复杂，制作成本高。
因此，本数字温度计设计采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55°
C至+125°
C，最大分辨率可达0.0625°
C。
DS18B20可以直接读出被测量的温度值，而采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
按照系统设计功能的要求，确定系统由三个模块组成：
主控制器STC89C51，温度传感器DS18B20，驱动显示电路。
总体电路框图如下：
DS18B20温度传感器
本设计的测温系统采用芯片DS18B20，DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它的体积更小，适用电压更宽，更经济。
实现方法简介
DS18B20采用外接电源方式工作，一线测温一线与STC89C51连接，测出的数据放在寄存器中，将数据经过BCD码转换后送到LED显示。
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,高速暂存器。
DS18B20的管脚排列如图2-3-1所示。
64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。
不同的器件地址序列号不同。
图3.3DS18B20的内部结构
图3.4DS18B20的引脚分布图
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2-3-2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下图所示。
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。
图3.5DS18B20的字节定义
DS18B20高速暂存器共9个存存单元，如表所示：
表3-1DS18B20的引脚分布图
序号
寄存器名称
作
用
0
温度低字节
以16位补码形式存放
4、5
保留字节1、2
1
温度高字节
6
计数器余值
2
TH/用户字节1
存放温度上限
7
计数器/℃
3
HL/用户字节2
存放温度下限
8
CRC
以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：
12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个高低两个8位的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。
如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；
如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625才能得到实际温度。
高8位
S
26
25
24
低8位
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
表3-2DS18B20的字节存放表
由下图可以看到，Dsl8820的内部存储器是由8个单元组成，其中第0、1个存放测量温度值，第2、3分别存放报警温度的上下限值，第4单元为配置单元，5、6、7单元在DSl8820这里没有被用到。
对于第4个寄存器，用户可以设置温度转换精度，系统默认12bit转换精度，相当于十进制的0．0625℃，其转换时间大约为750磷。
具体见表2-4-1。
图3.6内部存储器结构图
表3-3温度精度配置
R1
R0
转换精度（16进制）
转换精度（十进制）
转换时间
9bit
0.5
93.75ms
1
10bit
0.25
187.5ms
11bit
0.125
375ms
12bit
0.0625
750ms
由表3-3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2-4-2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表3-4温度精度配置
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
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。
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。
由于DS18B20采用的“一线总线”结构，所以数据的传输与命令的通讯只要通过微处理器的一根双向I／o口就可以实现。
DSl8B20约定在每次通信前必须对其复位，具体的复位时序如图2-4-2所示。
图3.7复位时序图
图2-4-3中所示，tRSTL为主机发出的低电平信号，本文中有AT89S52提供，tRSTL的最小时延为
，然后释放总线，检查DSl8B20的返回信号，看其是否已准备接受其他操作，其中tPDHIGH时间最小为
，最长不能超过
，否则认为DS18B20没有准备好，主机应继续复位，直到检测到返回信号变为低电平为止。
表3-5DS18B20的ROM操作指令
操作指令
33H
55H
CCH
F0H
ECH
含义
读ROM
匹配ROM
跳过ROM
搜索ROM
报警搜索ROM
表3-6DS18B20的存储器操作指令
4EH
BEH
48H
44H
D8H
B4H
写
读
内部复制
温度转换
重新调出
读电源
主机一旦检测到DS18B20的存在，根据DS18B2的工作协议，就应对ROM进行操作，接着对存储器操作，最后进行数据处理。
在DS18B20中规定了5条对ROM的操作命令。
见表2-4-3。
主机在发送完ROM操作指令之后，就可以对DS18B20内部的存储器进行操作，同样DS18B20规定了6条操作指令。
见表2-4-4。
DS18B20的读、写时序图见图2-4-3。
图3.8DS18B20的读写时序图
2.DS18B20的使用方法
由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序：
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将
图3.9DS18B20的复位时序
图3.10DS18B20的读时序
图3.11DS18B20的写时序
主机作为主设备，单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。
对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。
DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。
DS18B20的写时序，对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程，
对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单线
proteus仿真设计
画出电路仿真图进行仿真
硬件电路设计
运用altiumdesigner软件画出原理图
然后建立PCB工程布线，布局。
打印出PCB用热转印机转印到覆铜板上然后腐蚀制版，再焊接元器件。
电路焊接板图片如下：
软件程序设计
根据焊接的硬件电路PO口控制数码管的段码即显示什么数字根据分析得到编码为ucharcodetable1[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71};
//不带小数点的数码管编码
ucharcodetable2[]={
0xbf,0x86,0xdb,0xcf,
0xe6,0xed,0xfd,0x87,
0xff,0xef,0xf7,0xfc,
0xb9,0xde,0xf9,0xf1};
//加小数点
分别为不加小数点和加小数点的数码管编码。
P2口控制数码管位选对数码管进行扫描显示。
最终设计出的程序为：
/********************************************************
/*DS18B20测温程序*/
/*目标器件：
AT89S51*/
/*晶振:
11.0592MHZ*/
/*编译环境：
Keil7.50A*/
/********************************************************/
/*********************************包含头文件********************************/
#include<
reg51.h>
/*******************************共阴LED段码表*******************************/
unsignedcharcodetab[]={
unsignedcharcodetab2[]={
/*********************************端口定义**********************************/
sbitDQ=P3^3;
//数据传输线接单片机的相应的引脚
/*********************************定义全局变量******************************/
unsignedchartempL=0;
//临时变量低位
unsignedchartempH=0;
//临时变量高位
floattemperature;
//温度值
/*******************************************************************
函数功能:
延时子程序
入口参数:
k
出口参数:
********************************************************************/
voiddelay（unsignedintk）
{
unsignedintn;
n=0;
while（n<
k）
{n++;
}
return;
/********************************************************************
数码管扫描延时子程序
voiddelay1（void）
{
intk;
for（k=0;
k<
400;
k++）;
}
数码管显示子程序
voiddisplay（intk）
P2=0x07;
P0=tab[k/1000];
delay1（）;
P2=0x0b;
P0=tab[k%1000/100];
P2=0xfd;
P0=tab2[k%100/10];
P2=0x0e;
P0=tab[k%10];
P2=0xff;
/****************************************************************
DS18B20初始化子程序
*****************************************************************/
Init_DS18B20（void）
unsignedcharx=0;
DQ=1;
//DQ先置高
delay（8）;
//延时
DQ=0;
//发送复位脉冲
delay（85）;
//延时（>
480ms）
//拉高数据线
delay（14）;
//等待（15~60ms）
向DS18B20读一字节数据
dat
ReadOneChar（void）
unsignedchari=0;
unsignedchardat=0;
for（i=8;
i>
0;
i--）
{
DQ=1;
delay
（1）;
DQ=0;
dat>
>
=1;
DQ=1;
if（DQ）
dat|=0x80;
delay（4）;
}
return（dat）;
向DS18B20写一字节数据
WriteOneChar（unsignedchardat）
for（i=8;
i--）
{
DQ=dat&
0x01;
delay（5）;
dat>
}
delay（4）;
向DS18B20读温度值
temperature
ReadTemperature（void）
Init_DS18B20（）;
//初始化
WriteOneChar（0xcc）;
/
升级会员 