单片机课程设计数字温度计.docx
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单片机课程设计数字温度计
湖南工程学院
单片机课程设计
设计题目:
数字温度计设计
专业：
电气工程及其自动化
姓名：
某某某
班级：
0705
学号：
200701010508
指导老师：
李晓秀
2010年6月29日
数字温度计
摘要：
随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
关键词：
单片机，数字控制，温度计，DS18B20，AT89S51
1引言
1.1概要
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
单片机具有优异的性能价格比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗等特点。
单片机的应用：
1、在智能仪器仪表中的应用：
在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；2、在机电一体化中的应用：
机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品；3、在实时过程控制中的应用：
用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量；4、在人类生活中的应用：
目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路；5、在其它方面的应用：
单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。
这里，将利用单片机设计模拟交通信号灯。
本设计用DS18B20智能温度传感器作为检测元件；用LED数码管显示温度，用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，主要用于对测温比较准确的场所，该设计控制器使用单片机AT89S51。
1.2设计要求
■基本范围-50℃-110℃
■精度误差小于0.5℃
■LED数码直读显示
1.3扩展功能
■实现语音报数
■可以任意设定温度的上下限报警功能
2总体设计方案
2.1数字温度计设计方案论证
2.1.1方案设计
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。
2.2方案的总体设计框图
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AT89S51，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。
图1 总体设计方框图
2.2.1主控制器
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
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
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。
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
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10
图10 显示数据刷新流程图
3.5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11所示。
11 计算温度流程图
4源程序清单
S1OK EQU5FH
TEMPUTER EQU39H
TEMPHEQU5EH
TEMPL EQU5DH
MS50 EQU5CH
SIGN EQU5BH
S1BITP1.0
S2BITP1.1
S3BITP1.2
S4BITP1.3
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG000BH
LJMP TOIT
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#60H
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
SETBET0
SETBTR0
SETBEA
MOVTEMPH,#30
MOVTEMPL,#9
MOVTEMPUTER,#15;温度最始值
MOVS1OK,#00H
MOVSIGN,#00H
MOV38H,#0BH
MOV37H,#0CH
MOV36H,#0BH
ACALLDISP
ACALLT1S
;*****************************************
;主程序
START:
JBS1,NET1
ACALLT12MS
JBS1,NET1
JNBS1,$
INCSIGN
MOVA,SIGN
CJNEA,#1,TIAO
ACALLTIAOTL
TIAO:
CJNEA,#2,NET1
MOVSIGN,#0
ACALLTIAOTH
;*****************************************
NET1:
MOVA,S1OK
CJNEA,#1,START
MOVA,TEMPUTER
SUBBA,TEMPH
JNBACC.7,ALEM
MOVA,TEMPUTER
SUBBA,TEMPL
JBACC.7,ALEM
SETBP2.1
ACALLWENDU
ACALLDISP
MOVS1OK,#00H
AJMPSTART
ALEM:
MOV36H,#0CH
MOV37H,#0CH
MOV38H,#0CH
CLRP2.1
ACALLDISP
ACALLT1S
LCALLWENDU
LCALLDISP
MOVS1OK,#00H
SJMPSTART
;*****************************************
TIAOTL:
MOV50H,TEMPUTER
MOV37H,TEMPL
ACALLBIN_BCD
ACALLDISP
ACALLT12MS
ACALLT12MS
ACALLT12MS
ACALLT12MS
MOV36H,#0AH
MOV37H,#0AH
MOV38H,#0AH
ACALLDISP
ACALLT12MS
ACALLT12MS
ACALLT12MS
ACALLT12MS
JBS2,ADD1
ACALLT12MS
JBS2,ADD1
JNBS2,$
INCTEMPL
MOVA,TEMPL
CJNEA,#100,ADD1
MOVTEMPL,#0
ADD1:
JBS3,ADD2
ACALLT12MS
JBS3,ADD2
JNBS3,$
DECTEMPL
MOVA,TEMPL
CJNEA,#00,ADD2
MOVTEMPL,#100
ADD2:
JBS4,TIAOTL
ACALLT12MS
JBS4,TIAOTL
JNBS4,$
MOVTEMPUTER,50H
LJMPSTART
;高位调整
;*****************************************
TIAOTH:
MOV50H,TEMPUTER
MOV37H,TEMPH
ACALL BIN_BCD
ACALL DISP
ACALL T12MS
ACALL T12MS
ACALL T12MS
ACALL T12MS
MOV 36H,#0AH
MOV 37H,#0AH
MOV 38H,#0AH
ACALL DISP
ACALL T12MS
ACALL T12MS
ACALL T12MS
ACALL T12MS
JB S2,ADD11
ACALLT12MS
JBS2,ADD11
JNBS2,$
INCTEMPH
MOVA,TEMPH
CJNEA,#100,ADD11
MOVTEMPH,#0
ADD11:
JBS3,ADD22
ACALLT12MS
JBS3,ADD22
JNBS3,$
DECTEMPH
MOVA,TEMPH
CJNEA,#00,ADD22
MOVTEMPH,#100
ADD22:
JBS4,TIAOTH
ACALLT12MS
JBS4,TIAOTH
JNBS4,$
MOVTEMPUTER,50H
LJMPSTART
;一秒定时中段
;*****************************************
TOIT:
PUSHPSW
PUSHACC
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
INCMS50
MOVA,MS50
CJNEA,#14H,RETURN
MOVS1OK,#1
MOVMS50,#00H
RETURN:
POPACC
POPPSW
RETI
;*****************************************
;温度总子程序
;*****************************************
wendu:
ACALLINIT_1820
ACALLRE_CONFIG
ACALLGET_TEMPER
ACALLTEMPER_COV
RET
;*****************************************
;DS18B20初始化程序
;*****************************************
INIT_1820:
SETBP2.0
NOP
CLRP2.0
MOVR0,#06BH
MOVR1,#03H
TSR1:
DJNZR0,TSR1;延时
MOVR0,#6BH
DJNZR1,TSR1
SETBP2.0
NOP
NOP
NOP
MOVR0,#25H
TSR2:
JNBP2.0,TSR3
DJNZR0,TSR2
LJMPTSR4;延时
TSR3:
SETB20H.1;置标志位,表示DS1820存在
LJMPTSR5
TSR4:
CLR20H.1;清标志位,表示DS1820不存在
LJMPTSR7
TSR5:
MOVR0,#06BH
MOVR1,#03H
TSR6:
DJNZR0,TSR6;延时
MOVR0,#6BH
DJNZR1,TSR6
TSR7:
SETBP2.0
RET
;*****************************************
;重新写DS18B20暂存存储器设定值
;*****************************************
RE_CONFIG:
JB20H.1,RE_CONFIG1;若DS18B20存在,转RE_CONFIG1
RET
RE_CONFIG1:
MOVA,#0CCH;发SKIPROM命令
LCALLWRITE_1820
MOVA,#4EH;发写暂存存储器命令
LCALLWRITE_1820
MOVA,#00H;TH（报警上限）中写入00H
LCALLWRITE_1820
MOVA,#00H;TL（报警下限）中写入00H
LCALLWRITE_1820
MOVA,#1FH;选择9位温度分辨率
LCALLWRITE_1820
RET
;*****************************************
;读出转换后的温度值
;*****************************************
GET_TEMPER:
SETBP2.0;定时入口
LCALLINIT_1820
JB20H.1,TSS2
RET;若DS18B20不存在则返回
TSS2:
MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配
LCALLWRITE_1820
MOVA,#44H;发出温度转换命令
LCALLWRITE_1820
LCALLINIT_1820
MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配
LCALLWRITE_1820
MOVA,#0BEH;发出读温度命令
LCALLWRITE_1820
LCALLREAD_18200
MOV37H,A;将读出的温度数据保存
RET
;*****************************************
;写DS18B20的程序
;*****************************************
WRITE_1820:
MOVR2,#8
CLRC
WR1:
CLRP2.0
NOP
NOP
NOP
NOP
RRCA
MOVP2.0,C
MOVR3,#35
DJNZR3,$
SETBP2.0
NOP
DJNZR2,WR1
SETBP2.0
RET
;*****************************************
;读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据
;*****************************************
READ_18200:
MOVR4,#2;将温度高位和低位DS18B20中读
RE00:
MOVR2,#8
RE01:
CLRC
SETBP2.0
NOP
NOP
CLRP2.0
NOP
NOP
NOP
SETBP2.0
NOP
NOP
MOVC,P2.0
MOVR3,#35
RE20:
DJNZR3,RE20
RRCA
DJNZR2,RE01
MOV@R1,A
DECR1
DJNZR4,RE00
RET
升级会员 