基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè)：xxxxxxx </p><p>　　班 級(jí)： xxxxxx </p><p>　　姓 名： xxxxx </p><p>　　學(xué) 號(hào)： xxxxxxx </p><p>　　指

2、導(dǎo)教師： xxxxxxx </p><p>　　Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx</p><p>　　2013 年 3 月 7 日</p><p>　　基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)主要介

3、紹基于AT89C51單片機(jī)和DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為主控制芯片，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)；采用LED數(shù)碼管，顯示被測(cè)的溫度值；采用發(fā)光二極管可以直觀的顯示溫度的大致范圍。</p><p>　　關(guān)鍵字：數(shù)字溫度計(jì)；單片機(jī)；DS18B20</p><p><b>　　Abstract</b></

4、p><p>　　This course is designed to introduce a temperature measurement system based on the AT89C51 and the digital temperature sensor.It takes AT89C51 SCM(Single Chip Microcomputer) as main control chip, using

5、the digital temperature sensor DS18B20 to realize temperature, and using the LED(Light-emitting Diode) digital tube to display the measured temperature value, the light-emitting diodes can intuitively display the tempera

6、ture range.</p><p>　　Key Words: Digital thermometer, SCM, DS18B20</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　傳統(tǒng)的溫度計(jì)大多以熱敏電阻作為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差，測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，且傳統(tǒng)的溫度計(jì)存在反應(yīng)速度慢，讀數(shù)麻煩，測(cè)量精度不高，誤差大等

7、缺點(diǎn)而且必須經(jīng)過(guò)專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。所以本次設(shè)計(jì)選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，以改善傳統(tǒng)溫度計(jì)的不足。</p><p>　　該數(shù)字溫度計(jì)利用DS18B20溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測(cè)量并轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)后送到單片機(jī)進(jìn)行處理變換，最后顯示在共陽(yáng)極數(shù)碼管上。</p><p><b>　　2 設(shè)

8、計(jì)方案及原理</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機(jī)AT89C51為測(cè)控系統(tǒng)的核心來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警等功能。</p><p>　　該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測(cè)得的溫度發(fā)送到AT89C51單片機(jī)上，經(jīng)過(guò)51單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器用4位共陽(yáng)極LED數(shù)碼

9、管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)范圍20攝氏度到35攝氏度，超過(guò)上下限范圍報(bào)警并且指示燈閃爍?？傮w設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 總體設(shè)計(jì)方框圖</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 溫度采集電路</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是一種改進(jìn)型智能溫度

10、傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。它具有獨(dú)特的單線接口方式，僅需要一個(gè)端口引腳就能夠進(jìn)行通信，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能，無(wú)需外部器件等特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)十分方便，不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。</p><p>　　另外，由于DS18B20單線通

11、信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須嚴(yán)格按照協(xié)議進(jìn)行。具體的操作協(xié)議為：初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。DS18B20只有三個(gè)引腳：VCC、DQ、GND。本設(shè)計(jì)將溫度傳感器的數(shù)字輸入輸出引腳DQ與單片機(jī)的I/O口P3.7相連結(jié)，而另外的兩個(gè)引腳分別是GND接地，VCC接電源。單片機(jī)與溫度傳感器的連接圖如圖3.2所示。</p&

12、gt;<p>　　圖3.2 單片機(jī)與溫度傳感器的連接圖</p><p><b>　　3.2 報(bào)警電路</b></p><p>　　報(bào)警電路連接圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 報(bào)警電路圖</p><p>　　系統(tǒng)中的報(bào)警電路是由三極管，蜂鳴器，發(fā)光二極管和限流電阻組成。其中P1.7接蜂鳴

13、器，P2.0接溫度上限指示燈（紅燈），P2.6接溫度下限指示燈（黃燈）。</p><p>　　報(bào)警電路的具體實(shí)現(xiàn)的功能：當(dāng)所測(cè)溫度值在20℃到35℃之間時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈不亮；當(dāng)超過(guò)35℃時(shí)紅燈閃爍，蜂鳴器響；當(dāng)?shù)陀?0℃時(shí)黃燈閃爍，蜂鳴器響。</p><p><b>　　3.3 顯示電路</b></p><p>　　圖3.4 數(shù)碼管顯示

14、電路</p><p>　　顯示電路采用4位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管顯示，P0口作為段碼輸出，P3口的低四位經(jīng)反相器驅(qū)動(dòng)作為數(shù)碼管的位選端。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示。</p><p>　　數(shù)碼管顯示25℃時(shí)的電路如圖3.4所示。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)程序主要包括主程序、DS18

15、B20讀1個(gè)字節(jié)子程序、DS18B20寫1個(gè)字節(jié)子程序、讀出溫度子程序、報(bào)警指示燈實(shí)現(xiàn)子程序等。</p><p>　　4.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，并顯示出來(lái)。其程序流程見(jiàn)下圖4.1。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　

16、　4.2 DS18B20讀1個(gè)字節(jié)子程序 </p><p>　　DS18B20讀1個(gè)字節(jié)子程序的主要功能是從總線上讀取一個(gè)字節(jié)，程序流程圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 DS18B20讀1個(gè)字節(jié)子程序</p><p>　　4.3 DS18B20寫1個(gè)字節(jié)子程序 </p><p>　　DS18B20寫1個(gè)字節(jié)子程序的主要功能是

17、向總線上寫入一個(gè)字節(jié)，程序流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　4.4 讀出溫度子程序 </p><p>　　讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。</p><p>　　程序流程圖見(jiàn)下圖4.4。</p><p>　　圖4.3 DS18B20寫1個(gè)字節(jié)子程序

18、 圖4.4 讀出溫度子程序流程圖</p><p>　　4.5 報(bào)警指示燈實(shí)現(xiàn)子程序 </p><p>　　報(bào)警指示燈顯示子程序主要功能是大概的顯示溫度的范圍。當(dāng)溫度在設(shè)定的最大值與最小值之間時(shí)，蜂鳴器指示燈不工作；當(dāng)溫度值大于設(shè)定的最大值時(shí)，蜂鳴器響，指示燈紅燈閃爍；當(dāng)溫度值小于設(shè)定的最小值時(shí)，蜂鳴器響，指示燈黃燈閃爍。</p><p>　　報(bào)警指

19、示燈實(shí)現(xiàn)子程序如圖4.5。</p><p>　　圖4.5 報(bào)警指示燈實(shí)現(xiàn)子程序</p><p>　　5 系統(tǒng)仿真及實(shí)際調(diào)試</p><p>　　本設(shè)計(jì)中DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過(guò)人為輸入的不同溫度值來(lái)模擬環(huán)境溫度的變化。當(dāng)DS18B20接收到溫度值時(shí)，會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳入AT89C51單片機(jī)。單片機(jī)再通過(guò)轉(zhuǎn)換，一方面將轉(zhuǎn)換后的溫度通過(guò)LED數(shù)碼管輸出；另一方面

20、，將轉(zhuǎn)換后的溫度送入報(bào)警電路，通過(guò)判斷，報(bào)警電路得以正常工作。</p><p>　　當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的上限溫度時(shí)，蜂鳴器開始報(bào)警且指示燈（紅燈）開始閃爍；當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的下限溫度時(shí)，蜂鳴器開始報(bào)警且指示燈（黃燈）開始閃爍。當(dāng)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，蜂鳴器指示燈都不工作。</p><p>　　利用Keil C51軟件將程序源代碼導(dǎo)入，通過(guò)編譯鏈接生成.Hex文件。利用Proteus軟件將設(shè)計(jì)好的

21、電路進(jìn)行仿真，再將.Hex文件導(dǎo)入單片機(jī)。</p><p>　　溫度值為36℃時(shí)的系統(tǒng)仿真圖如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 溫度值為36℃時(shí)的系統(tǒng)仿真圖</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　由于DS18B20芯片以前沒(méi)有接觸過(guò)，所以這次設(shè)計(jì)首先查閱了有關(guān)DS18B20溫度傳

22、感器的資料，然后根據(jù)設(shè)計(jì)思路，模擬仿真直到成功。模擬仿真以及電路的連接時(shí)很順利，但是在C程序代碼的編寫時(shí)遇到了一些困難。由于單片機(jī)無(wú)法直接識(shí)別正負(fù)，所以當(dāng)測(cè)到負(fù)溫度時(shí)必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過(guò)查閱相關(guān)資料，在一次次的調(diào)試后，負(fù)溫度值才得以正確顯示。還有在數(shù)碼管掃描驅(qū)動(dòng)電路的連接時(shí)遇到了一點(diǎn)問(wèn)題。由于系統(tǒng)所選的是4位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管，所以在驅(qū)動(dòng)時(shí)，本想用三極管是完全可以的，可是連接上以后，還是不顯示。最后用74HC04六位反相器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，數(shù)碼管

23、才得以正確顯示。還有一點(diǎn)問(wèn)題就是DS18B20的理論測(cè)量范圍是-55~125℃，但是實(shí)際仿真的溫度范圍是-55~128℃。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)通過(guò)選題，查資料，答疑，模擬仿真到最后的成功遇到了很多問(wèn)題同時(shí)也學(xué)到了很多。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王思明,張金敏,張?chǎng)蔚?單片機(jī)原理及應(yīng)

24、用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,2012年9月:90-291.</p><p>　　[2] 邵發(fā)森.單片機(jī)原理與應(yīng)用及其實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M].北京:北京大學(xué)出版社,2012年8月:171-226..</p><p>　　[3] 李華,王思明,張金敏.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].蘭州:蘭州大學(xué)出版社,2001年5月:8-67.</p><p>　　[4] 張立.基于單片機(jī)

25、的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)[J].吉林:華章,2011年11月(31):347.</p><p><b>　　附錄 源程序代碼</b></p><p>　　#include "reg51.h"</p><p>　　#include "intrins.h" //調(diào)用intrins函數(shù)中的_nop_()做延時(shí)用

26、</p><p>　　#define Disdata P0 //段碼輸出口</p><p>　　#define discan P3 //掃描口</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p>&l

27、t;p>　　sbit DQ=P3^7; //溫度輸入口</p><p>　　sbit DIN=P0^7; //LED小數(shù)點(diǎn)控制</p><p>　　sbit beep=P1^7;//蜂鳴器</p><p>　　sbit red=P2^0;//紅燈</p><p>　　sbit yellw=P2^6;//黃燈

28、</p><p><b>　　uint h;</b></p><p>　　uint temp;</p><p><b>　　uchar v;</b></p><p>　　uchar high=35,low=20;// 設(shè)置初始上下限報(bào)警溫度值</p><p>　　//****

29、***溫度小數(shù)部分用查表法**********//</p><p>　　uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};</p><p>　　uchar coded is_7[12]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99

30、,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,0xbf};</p><p>　　/* 共陽(yáng)LED段碼表 "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9&q

31、uot; "不亮" "-" */ </p><p>　　uchar code scan_con[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; // 列掃描控制字</p><p>　　uchar data temp_data[2]={0x00,0x00}; // 讀出溫度暫放<

32、;/p><p>　　uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　//顯示單元數(shù)據(jù),共4個(gè)數(shù)據(jù),一個(gè)運(yùn)算暫存用</p><p>　　/***********延時(shí)函數(shù)**********/</p><p>　　void delay(uint t)</p>&l

33、t;p><b>　　{</b></p><p>　　for(;t>0;t--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***********顯示掃描函數(shù)**********/</p><p>　　void scan()</p><p>&

34、lt;b>　　{</b></p><p><b>　　char k;</b></p><p>　　for(k=0;k<4;k++) //四位LED掃描控制</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Disdata=dis_7[display[

35、k]];</p><p>　　if(k==1){DIN=0;}</p><p>　　discan=scan_con[k];delay(90);discan=0xff;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***

36、********DS18B20復(fù)位函數(shù)**********/</p><p>　　void ow_reset(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　char presence=1;</p><p>　　while(presence)</p><p><b&g

37、t;　　{</b></p><p>　　while(presence)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=1;_nop_();_nop_();</p><p>　　DQ=0; //</p><p>　　delay(50); // 550us<

38、/p><p>　　DQ=1; // </p><p>　　delay(6); // 66us</p><p>　　presence=DQ; // presence=0繼續(xù)下一步</p><p><b>　　}</b></p><p>　　delay(45); //延時(shí)500us</

39、p><p>　　presence = ~DQ;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　/**********DS18B20寫一個(gè)字節(jié)函數(shù)*****

40、****/</p><p>　　//向 1-WIRE 總線上寫一個(gè)字節(jié)</p><p>　　void write_byte(uchar val)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for (i=8

41、; i>0; i--) //</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=1;_nop_();_nop_(); </p><p>　　DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//5us</p><p>　　DQ = val&0x01

42、; //最低位移出</p><p>　　delay(6); //66us</p><p>　　val=val/2; //右移一位</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ = 1;</b></p><

43、p>　　delay(1); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*********DS18B20讀1個(gè)字節(jié)函數(shù)********/</p><p>　　//從總線上讀取一個(gè)字節(jié)</p><p>　　uchar read_byte(void)</p><p><

44、;b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　uchar value = 0;</p><p>　　for (i=8;i>0;i--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=

45、1;_nop_();_nop_();</p><p>　　value>>=1;</p><p>　　DQ = 0; //</p><p>　　_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4us</p><p>　　DQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_

46、nop_(); //4us </p><p>　　if(DQ)value|=0x80;</p><p>　　delay(6); //66us</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p>　　r

47、eturn(value);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***********讀出溫度函數(shù)**********/</p><p>　　void read_temp()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ow_rese

48、t(); //總線復(fù)位</p><p>　　write_byte(0xCC); // 發(fā)Skip ROM命令</p><p>　　write_byte(0xBE); // 發(fā)讀命令</p><p>　　temp_data[0]=read_byte(); //溫度低8位</p><p>　　temp_data[1]=read_b

49、yte(); //溫度高8位</p><p>　　ow_reset();</p><p>　　write_byte(0xCC); // Skip ROM</p><p>　　write_byte(0x44); // 發(fā)轉(zhuǎn)換命令</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***

50、********溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)**********/</p><p>　　void work_temp()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar n=0; //</p><p>　　if(temp_data[1]>127)</p><p>　　

51、{temp_data[1]=(256-temp_data[1]);temp_data[0]=(256-temp_data[0]);n=1;}</p><p><b>　　//負(fù)溫度求補(bǔ)碼</b></p><p>　　display[4]=temp_data[0]&0x0f;display[0]=ditab[display[4]];</p><

52、;p>　　display[4]=((temp_data[0]&0xf0)>>4)|((temp_data[1]&0x0f)<<4);//</p><p>　　display[3]=display[4]/100;</p><p>　　display[1]=display[4]%100;</p><p>　　display[

53、2]=display[1]/10;</p><p>　　display[1]=display[1]%10;</p><p>　　v=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;</p><p>　　if(!display[3]){display[3]=0x0A;if(!display[2]){display[2]=0x0A;}}/

54、/最高位為0時(shí)都不顯示</p><p>　　if(n){display[3]=0x0B;}//負(fù)溫度時(shí)最高位顯示"-"</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***********報(bào)警器指示燈的實(shí)現(xiàn)程序***********/</p><p>　　void BEEP()<

55、/p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(v>=high&&v<127)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　beep=!beep;</p><p><b>　　red=!red;</b&

56、gt;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　beep=0;</b></p><p><b>　　red=

57、0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(v<=low|v>127)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　beep=!beep;</p><p>　　yellw=!yellw;</p&

58、gt;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　beep=0;</b></p><p><b>　　yellw=0;</b

59、></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**************主函數(shù)****************/</p><p><b>　　main()</b></p><p><

60、;b>　　{</b></p><p>　　Disdata=0xff; //初始化端口</p><p>　　discan=0xff;</p><p>　　for(h=0;h<4;h++){display[h]=0;}//開機(jī)顯示0000</p><p>　　ow_reset(); // 開機(jī)先轉(zhuǎn)換一次&

61、lt;/p><p>　　write_byte(0xCC); // Skip ROM</p><p>　　write_byte(0x44); // 發(fā)轉(zhuǎn)換命令</p><p>　　for(h=0;h<500;h++)</p><p>　　{scan();} //開機(jī)顯示"0000"2秒</p>

62、<p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　read_temp(); //讀出18B20溫度數(shù)據(jù)</p><p>　　work_temp(); //處理溫度數(shù)據(jù)</p><p><b&g

63、t;　　BEEP();</b></p><p>　　for(h=0;h<500;h++)</p><p>　　{scan();} //顯示溫度值2秒</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p&