单片机课程设计四位数字温度计的设计.docx
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单片机课程设计四位数字温度计的设计
第1章概述
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
第2章系统总体方案设计
一.数字温度计设计方案论证
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.方案二的总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
主控制器
LED显示
温度传感器
单片机复位
时钟振荡
报警点按键调整
图1 总体设计方框图
第3章数字温度传感器——DS18B20
1.DS18B20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
保留
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。
2.DS18B20的测温原理
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
0
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
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。
3.DS18B20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。
图4DS18B20与单片机的接口电路
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。
第4章硬件设计
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，上下限报警调整电路，显示数据刷新子程序等。
系统整体硬件电路
1.主板电路
系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，LED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。
来自湘潭电校，图片就不传了自个做吧，这都不会的话。
。
。
大学你们干了什么？
？
？
？
？
图5系统整体硬件
2.显示电路
图6显示电路图
第5章软件设计及调试
本次课程设计采用的是proteus软件仿真，用Keil软件进行编译。
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，也是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。
由单片机STC90C52RC为核心而设计的数字温度计，对其进行软件程序的仿真时，我们采用单片机汇编语言来编写。
系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、显示数据子程序、报警子程序等等。
然而整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。
从软件的功能不同可分为两大类：
一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。
二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。
每一个执行软件是一个小的功能执行模块。
这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。
各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。
首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。
5.1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。
初始化
调用显示子程序
1S到？
初次上电
读出温度值温度计算处理显示数据刷新
发温度转换开始命令
N
Y
N
Y
图7主程序流程图
5.2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
Y
发DS18B20复位命令
发跳过ROM命令
发读取温度命令
读取操作，CRC校验
9字节完？
CRC校验正？
确？
移入温度暂存器
结束
N
N
Y
图8读温度流程图
5.3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
图9温度转换流程图
5.4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。
N
Y
计算小数位温度BCD值
计算整数位温度BCD值
开始
结束
图10 计算温度流程图
5.5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。
温度数据移入显示寄存器
十位数0？
百位数0？
十位数显示符号百位数不显示
百位数显示数据（不显示符号）
结束
N
N
Y
Y
图11 显示数据刷新流程图
第6章系统联调及操作说明
将程序生成HEX文件，下载到STC90C52R单片机上，开发板接上DS18B20温度传感器。
则可以出现如图12所示，该图所示为用18B20调试数字温度计系统成功并测得该室温为34摄氏度。
湘潭电校电气信息学院自动化08级出品09、10、11的小伙子们悠着点别把文档COPY就交上去了哈你们懂的，图片就不传了自个做吧，这都不会的话。
。
。
大学你们干了什么？
？
？
？
？
学长打工中。
。
。
这张图为给电路板通电源后显示的室内温度为34摄氏度。
这张图是用吹风机对着18B20三极管吹热风，温度明显往上升，移开吹风机后温度有下降。
第7章总结
这次的单片机课程设计分俩部分，板子的焊接还算顺利，开关能正常控制，
下载了俩首歌，歌曲可以正常播放。
同学们遇到的开关不能正常工作，下载程序不成功的问题我的板子没出现。
接下来的是重点。
因为我的课题是四位数字温度计的设计，需要一个温度传感器18B20,拿到18B20后，下载程序到板子里，给板子通上电，板子显示了室内温度，但给18B20加热，数码显示灯那里示数没变化，重新检查了下，程序出了问题。
修改好后，板子能够根据温度变化示数也变化。
调试成功。
参考文献
参考文献
1、《单片机原理及应用》王迎旭编机械工业出版社
2、《微型计算机接口技术及应用》刘乐善等编华中科技大学出版社
3、《51系列单片机应用与实践教程》周向红北京航空航天大学出版社
4、《C程序设计》（第三版）谭浩强清华大学出版社
附录程序清单
文件名：
AD1405.ASM
程序功能：
数字温度计
A_BITEQU20H;存放个位数变量
B_BITEQU21H;存放十位数变量
FLAGEQU38H;DS18B20是否存在标志
DQEQUP1.7;DQ引脚由P1.7控制
MAIN:
;主程序标号
ACALLRE_TEMP;对传感器设置及读取
ACALLTURN;转化温度子程序
ACALLDISPLAY;显示子程序
JMPMAIN;循环
RE_TEMP:
;对DS18B20初始化及读取
SETBDQ
ACALLRESET_1820;调用复位子程序
JBFLAG,ST;判断DS1820是否存在？
RET
ST:
;DS18B20存在
MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配
ACALLWRITE_1820;写入数据
MOVA,#44H;发出温度转换命令
ACALLWRITE_1820;写入数据
ACALLRESET_1820;准备读温度前先复位
MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配
ACALLWRITE_1820;写入数据
MOVA,#0BEH;发出读温度命令
ACALLWRITE_1820;写入数据
ACALLREAD_1820;读出温度数据
RET
RESET_1820:
;复位（有具体的时序要求）
SETBDQ
NOP
CLRDQ
;――――――――――――
;主机发出延时537微秒的复位低脉冲
MOVR1,#3
DLY:
MOVR0,#107
DJNZR0,$
DJNZR1,DLY
;――――――――――――
;然后拉高数据线
SETBDQ
NOP
NOP
NOP
;――――――――――――
MOVR0,#25H
T2:
JNBDQ,T3;等待DS18B20回应
DJNZR0,T2
JMPT4
;――――――――――――
T3:
SETBFLAG;置标志位，表示DS1820存在
JMPT5
;――――――――――――
T4:
CLRFLAG;清标志位，表示DS1820不存在
JMPT7
;――――――――――――
T5:
MOVR0,#117
T6:
DJNZR0,T6;时序要求延时一段时间
;――――――――――――
T7:
SETBDQ
RET
;――――――――――――
WRITE_1820:
;写入DS18B20（有具体的时序要求）
MOVR2,#8;一共8位数据
CLRC
WR1:
CLRDQ;总线低位，开始写入
MOVR3,#7
DJNZR3,$;保持16微秒以上
RRCA;把字节DATA分成8个BIT环移给C
MOVDQ,C;写入一个BIT
MOVR3,#23
DJNZR3,$;等待
SETBDQ;重新释放总线
NOP
DJNZR2,WR1;写入下一个BIT
SETBDQ
RET
READ_1820:
;将温度高位和低位从DS18B20中读出
MOVR4,#2;读出两个字节的数据
MOVR1,#29H;低位存入29H,高位存入28h
RE0:
MOVR2,#8;数据一共有8位
RE1:
CLRC
SETBDQ
NOP
NOP
CLRDQ;读前总线保持为低
NOP
NOP
NOP
SETBDQ;开始读总线释放
MOVR3,#9
RE2:
DJNZR3,RE2;延时18微妙
MOVC,DQ;从总线读到一个BIT
MOVR3,#23
RE3:
;
DJNZR3,RE3;等待100秒
RRCA;把读得的位价值环移给A
DJNZR2,RE1;读下一个BIT
MOV@R1,A
DECR1
DJNZR4,RE0
RET
TURN:
MOVA,29H
MOVC,40H;将28中的最低位移入C
RRCA
MOVC,41H
RRCA
MOVC,42H
RRCA
MOVC,43H
RRCA
MOV29H,A
RET
DISPLAY:
;将29H中的十六进制数成10进制
MOVA,29H
MOVB,#10;10进制/10=10进制
DIVAB
MOVB_BIT,A;十位在A
MOVA_BIT,B;个位在B
MOVDPTR,#TABLE;指定查表启始地址
MOVR0,#4
DP1:
MOVR1,#250;显示1000次
LOOP:
MOVP2,0FFH
MOVA,A_BIT;取个位数
MOVCA,@A+DPTR;查个位数的7段代码
MOVP0,A;送出个位的7段代码
CLRP2.0;开个位显示
ACALLDELAY;
SETBP2.0
MOVA,B_BIT;取十位数
MOVCA,@A+DPTR;查十位数的7段代码
MOVP0,A;送出个十位的7段代码
CLRP2.1;开十位显示
ACALLDELAY;显示1MS
SETBP2.1
DJNZR1,LOOP;250次没完循环
DJNZR0,DP1;4个250次没完循环
RET
DELAY:
;1ms延时
MOVR7,#80
DJNZR7,$
RET
TABLE:
;数码管共阳极0～9代码
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H
DB92H,82H,0F8H,80H,90H
END
电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案合理性与创造性（10%）
开发板焊接及其调试完成情况*（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（20%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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