数字温度计设计报告.docx

1、数字温度计设计报告数字温度计设计报告 姓名：郝正泽班级：应电121学号：120001030123指导教师：曹世超、李鑫 2014 年 6 月 27日 数字温度计报警实训报告 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,本文主要介绍了一个基于89c51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，使用起来相当方

2、便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89c51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。 实习目的1. 了解数数字温度计及工作原理。 2. 进一步掌握数字温度计设计方法。 3. 进一步掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 4. 进一步掌握keil和仿真软件的应用。 5. 进一步熟悉集成电路的引脚安排。 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

3、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3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；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采用脚PR35封装或脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。 图2 DS18B20内部结构

4、64位ROM的结构开始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。温度报警触发器和，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和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为字节的存储器，结构如图3所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，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。低位一直

5、为，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，用户要去改动，R1和0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL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。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的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

6、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、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0.0625LSB形式表示。当符号位时，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1 DS18B20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、T字节内容作比较。若TH或TTL，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

7、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；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、温

8、度寄存器中，计数器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，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器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+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 000005

9、50H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H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

10、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 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 单片机主板电路 温度计程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ = P36;sbit beep = P37;sbit Hled = P14;sbit Lled = P15;bit ds18b20_ok=1;/18b20正常标志bit halarm=0,lalarm=0

11、; /高低温警报标志uint Time0_Count=0;char tempvalaue_hl2=70,-20;uchar CurrentT=0; /当前读取温度整数部分uchar temp_value=0x00,0x00;/从18b20读取的温度uchar display_digit=0,0,0,0;/待显示的的温度数位uchar code DSY_CODE = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;uchar code df_Table =0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;/*延时函数*/

12、void delay(uint m) while(m-);/*初始化DS18b20*/uchar resetDS18B20() uchar flag; DQ=1; delay(8); DQ=0; delay(90); DQ=1; delay(8); flag=DQ; delay(100); return flag; /*DS18b20读指令*/uchar ReadOnebyte() uchar i,dat=0; DQ=1; _nop_(); for(i=0;i=1; DQ=1; _nop_(); _nop_(); if(DQ) dat|=0x80; delay(30); DQ=1; retur

13、n dat;/*DS18b20写指令*/void WriteOnebyte(uchar dat) uchar i; for(i=0;i=1; /*读取温度*/void Read_Temperature() if(resetDS18B20() = 1 ) ds18b20_ok=0; /有问题 else WriteOnebyte(0xcc); WriteOnebyte(0x44); resetDS18B20(); WriteOnebyte(0xcc); WriteOnebyte(0xbe); temp_value0=ReadOnebyte(); temp_value1=ReadOnebyte();

14、 tempvalaue_hl0=ReadOnebyte(); tempvalaue_hl1=ReadOnebyte(); ds18b20_ok=1; /*设置温度报警*/void Set_Alarm_Temp_Value() resetDS18B20(); WriteOnebyte(0xcc); WriteOnebyte(0x4e); WriteOnebyte(tempvalaue_hl0); /高八位 WriteOnebyte(tempvalaue_hl1); /低八位 WriteOnebyte(0x7f); resetDS18B20(); WriteOnebyte(0xcc); Write

15、Onebyte(0x48);/*温度显示程序*/void Display_Temperature() uchar i; uchar t=150; uchar ng=0,np=0; char Signed_Current_Temp; if( (temp_value1&0xf8)=0xf8) temp_value1=temp_value1; temp_value0=temp_value0+1; if( temp_value0=0x00) temp_value1+; ng=1; np=0xfd; /查表得到小数 display_digit0=df_Tabletemp_value0&0x0f; /zh

16、engshubufen CurrentT=(temp_value0&0xf0)4)|(temp_value1&0x07)=tempvalaue_hl0 ?1:0; lalarm=Signed_Current_Temp=tempvalaue_hl1 ?1:0;/将整数部分分解为三位待显示数字 display_digit3=CurrentT/100; display_digit2=CurrentT%100/10; display_digit1=CurrentT%10; if(display_digit3=0) display_digit3=10; np=0xfe; if(display_digit

17、2=0) display_digit2=10; np=0xfd; for(i=0;i30;i+) P0=DSY_CODEdisplay_digit0; P2=0xf7; delay(t); P2=0xff; P0=(DSY_CODEdisplay_digit1)|0x80; P2=0xfb; delay(t); P2=0xff; P0=DSY_CODEdisplay_digit2; P2=0xfd; delay(t); P2=0xff; P0=DSY_CODEdisplay_digit3; P2=0xfe; delay(t); P2=0xff; if(ng)/如果为负数则在调整后的位置显示 P

18、0=0x40; P2=np; delay(t); P2=0xff; /*zhuchengxu*/void main (void) IE=0x82; TMOD=0x01; TH0=-1000/256; TL0=-1000%256; TR0=0; Hled=1; Lled=1; Set_Alarm_Temp_Value(); Read_Temperature(); delay(50000); delay(50000); while(1) Read_Temperature(); if(ds18b20_ok) if(halarm=1|lalarm=1) TR0=1; else TR0=0; Displ

19、ay_Temperature(); else P0=P2=0x00; /*报警中断服务程序*/void T0_INT() interrupt 1 TH0=-1000/256; TL0=-1000%256; beep=!beep; if(+Time0_Count=400) Time0_Count=0; if(halarm) Hled=Hled; else Hled=1; if(lalarm) Lled=Lled; else Lled=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

20、见图7所示。 图7 主程序流程图 图8读温度流程图 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 心得与体会经过一周的单片机课程设计，终于完成了我们的数字温度计课程设计，虽 然课程设计做的不是特别好，但从心底里说，还是高兴的，因为我们收获了很多很多，这些在平常的学习当中是收获不到的，但高兴之余不得不静下来深思！在本次课程设计的过程中，让我学到了很多、长进了很多，单片机课程设计的重点在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过一些程序，但觉的要写好一个程序并不是一件简单

21、的事，所以我们只能不断的调试不断的修改才能把程写的更好。所以得出结论是：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，实践才是硬道理，实践是检验真理的唯一标准。通过这次的课程设计，我们真正的意识到，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，这样我们才能更好的理解、掌握这些知识，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。通过这次对数字温度计的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了关于数字温度计的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，在实际接线中有着各种各样的条件制约着。并且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。从这次的课程设计中，我真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识应用到实际当中，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。