基于单片机的数字温度计的设计任务书.docx
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基于单片机的数字温度计的设计任务书
基于单片机的数字温度计的设计任务书
1设计目的
基于单片机的数字温度计的设计，通过此设计深入了解单片机的原理与应用，巩固所学知识，提高对知识的综合应用能力。
2设计要求
数字式温度计要求测温围为－55～125°C，精度误差在0.1°C以，LED数码管直读显示。
选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。
3设计容
3.1方案设计
根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。
选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以与进行长距离传输时的串/并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。
该系统的总体设计思路如下：
温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现。
检测围-55摄氏度到125摄氏度。
1、主控制器
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2、显示电路
显示电路采用LED数码管，从P0口输出段码，列扫描用P3.0~P3.3口来实现。
3、温度传感器工作原理
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：
●独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信；
●多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；
●无需外部器件；
●可通过数据线供电，电压围：
3.0～5.5V；
●测温围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃
●零待机功耗
●温度以9或12位数字量读出；
●用户可定义的非易失性温度报警设置
●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的测温原理如下图所示：
图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震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，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后进行计数，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℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器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2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。
操作协议为：
初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5℃，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：
首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。
考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度Ts可用下式计算：
Ts=（Tz-0.25℃）+（CD-Cs）/CD
3.2器件选型
主要的元器件型号如下：
①单片机芯片：
89C51
②温度传感器：
DS18B20
③晶振：
12MHZ
④电源：
5V
⑤电容：
30pF,10uF
⑥三极管：
8550（PNP）
⑦电阻、导线等若干
3.3系统设计
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，报警子程序和显示数据刷新子程序等。
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的测量温度值。
温度测量每1s进行一次。
主程序流程图如下图所示：
2、读出温度子程序
读出温度子程的主要功能是读出RAM中的9字节。
在读出时须进行CRC校验，校验有错时不能进行温度数据的改写。
读出温度子程序流程图如下图所示：
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下图所示：
4、计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取的值进行BCD码的抓换运算，并进行温度值正负的判断。
其流程图如下图所示：
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，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。
显示数据刷新子程序流程图如下图所示：
3.4汇编程序
;================================================================
;DS18B20温度计
;采用4位LED共阳显示器显示测温值，显示精度0.1℃，测温围-55～+125℃
;用AT89C51单片机，12MHz晶振
;============================常数定义=============================
TIMELEQU0E0H;20ms，定时器0时间常数
TIMEHEQU0B1H
TEMPHEADEQU36H
;==========================工作存定义============================
BITSTDATA20H
TIME1SOKBITBITST.1
TEMPONEOKBITBITST.2
TEMPLDATA26H
TEMPHDATA27H
TEMPHCDATA28H
TEMPLCDATA29H
;=============================引脚定义===========================
TEMPDINBITP3.7
;=============================中断向量区=========================
ORG0000H
LJMPSTART
ORG00BH
LJMPT0IT
;=============================系统初始化==========================
ORG100H
START:
MOVSP,#60H
CLSMEM:
MOVR0,#20H
MOVR1,#60H
CLSMEM1:
MOVR0,#00H
INCR0
DJNZR1,CLSMEM1
MOVTMOD,#00100001B;定时器0工作方式1（16BIT）
MOVTH0,#TIMEL
MOVTL0,#TIMEH;20ms
SJMPINIT
ERROR:
NOP
LJMPSTART
NOP
INIT:
NOP
SETBET0
SETBTR0
SETBEA
MOVPSW,#00H
CLRTEMPONEOK
LJMPMAIN
;======================定时器0中断服务程序=======================
T0IT:
PUSHPSW
MOVPSW,#10H
MOVTH0,#TIMEH
MOVTL0,#TIMEL
INCR7
CJNER7,#32H,T0IT1
MOVR7,#00H
SETBTIME1SOK;1s定时到标志
T0IT1:
POPPSW
RETI
;=============================主程序=============================
MAIN:
LCALLDISP1;调用显示子程序
JNBTIME1SOK,MAIN
CLRTIME1SOK;测温每1s一次
JNBTEMPONEOK,MAIN2;上电时先温度转换一次
LCALLREADTEMP1;读出温度值子程序
LCALLCONVTEMP;温度BCD码计算处理子程序
LCALLDISPBCD;显示区BCD码温度值刷新子程序
LCALLDISP1;消闪烁，显示一次
MAIN2:
LCALLREADTEMP;温度转换开始
SETBTEMPONEOK
LJMPMAIN
;=============================子程序区===========================
;RESETDS18B20
;================================================================
INITDS1820:
SETBTEMPDIN
NOP
NOP
CLRTEMPDIN
MOVR6,#0A0H;DELAY480us
DJNZR6,$
MOVR6,#0A0H
DJNZR6,$
SETBTEMPDIN
MOVR6,#32H;DELAY70us
DJNZR6,$
MOVR6,#3CH
LOOP1820:
MOVC,TEMPDIN
JCINITDS1820OUT
DJNZR6,LOOP1820
MOVR6,#064H
DJNZR6,$
SJMPINITDS1820
RET
INITDS1820OUT:
SETBTEMPDIN
RET
;======读DS18B20的程序，从DS18B20中读出一个字节的数据=============
READDS1820:
MOVR7,#08H
SETBTEMPDIN
NOP
NOP
READDS1820LOOP:
CLRTEMPDIN
NOP
NOP
NOP
SETBTEMPDIN
MOVR6,#07H;DELAY15us
DJNZR6,$
MOVC,TEMPDIN
MOVR6,#3CH;DELAY120us
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