数字温度计的设计基于DS18B20的数字温度计设计.doc

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1、 毕 业 设 计设计题目：数字温度计的设计所属系别 机电工程系 专业班级 姓名 学号 200908030220119 指导教师 撰写日期 2011 年 11 月摘 要数字温度计（Digital Thermometer）简称D温度是许多监控系统中的一个重要参数。TM，它是采用数字化测量技术，把连续的温度值转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。采用单片机控制的数字温度计，由于精度高、可扩展性强、集成方便、抗干扰能力强，得到了广泛的应用。本设计以单片机和温度传感器为核心，设计数字温度计。实现对温度的采集、监视和报警。在温度采集的实现中，使用了AT89C2051单片机和温度传感器DS18B20

2、，温度监视部分利用动态驱动技术，以单片机驱动4位LED数码管。温度测量范围-55+125，通过按键设置上下限报警温度，并用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示，能准确达到设计要求。关键词：单片机AT89C2051， 温度传感器DS18B20， 温度， 测量AbstractDigital Thermometer (Digital Thermometer) abbreviation D temperature is many monitoring and control system of a important parameters. TM, it is using digital

3、 measurement technique, the continuous temperature converted into digital form of discontinuous, discrete and to show appearance. Using single chip microcomputer control digital thermometer, due to the high precision, extensible, integrated convenient, strong anti-interference ability, a wide range

4、of applications.This design with the single chip processor and temperature sensor as the core, to design digital thermometer. To achieve the collection of temperature, monitor, and report to the police. In temperature collection, the use of the single chip microcomputer AT89C2051 and temperature sen

5、sor DS18B20, temperature monitoring the part USES dynamic drive technology, on the single chip computer drive four LED digital tube. Temperature measurement range-55 + 125 , through the lower temperature alarm button, and a total of 4 anode LED digital tube to a serial port transmit data, realize te

6、mperature display, and exactly to meet the design requirements.Key words: a single chip microcomputer AT89C2051 ,The temperature sensor DS18B20, Temperature, measurement 目 录1 绪论12 设计的要求及任务12.1设计任务12.2技术指标13 智能温度传感器与单片机23.1智能温度传感器的产品分类23.2 智能温度传感器典型产品的技术指标23.3 AT89C2051单片机的主要特点24 数字温度计的设计44.1总体设计方案44

7、.2方案的总体设计框图44.3 系统整体硬件电路54.3.1主板电路54.3.2显示电路64.3系统软件算法分析64.3.1主程序64.3.2 读出温度子程序74.3.3 温度转换命令子程序74.3.4 计算温度子程序84.3.5 显示数据刷新子程序85 总结8参 考 文 献10致 谢11 1 绪论温度是许多监控系统中的一个重要参数。温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验中，有特别重要的意义。随着人们生活水平的不断提高,，人们对温度计的要求越来越高，传统的温度计功能单一、精度低，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单片机技术入手，一切向着数字化控制，

8、智能化控制方向发展。数字温度计（Digital Thermometer）简称DTM，它是采用数字化测量技术，把连续的温度值转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。采用单片机控制的数字温度计，由于精度高、可扩展性强、集成方便、抗干扰能力强，得到了广泛的应用。本设计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，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机ATC89C2051，测温传感器使用DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字

9、温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。本设计用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示，能准确达到设计要求。2 设计的要求及任务2.1设计任务利用单片机和数字温度传感器，实现一个能精确测量并显示温度的实际应用系统，为低成本的数字温度测量系统设计提出一种新的解决方案。并需说明设计方案的构思依据、设计思路、系统原理、设计过程及系统工作流程图。 2.2技术指标1、系统稳定性

10、高2、使用四位数码管显示温度值3、测量精度达0.14、要求系统具备复位功能3 智能温度传感器与单片机3.1智能温度传感器的产品分类智能温度传感器采用了数字化技术，能以数据形式输出被测温度值。其测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强、能远程传输数据、用户可设定上、下限，具有越限自动报警功能并且带串行总线接口，适配各种微控制器。按照串行总线划分有单线总线（1Wire）、二线总线（含SMBUS、I2C总线）三线总线（含SPI总线）几种类型。典型产品有DS18B20(单线总线)、LM75（I2C总线）和LM75（SPI总线）。多通道智能温度传感器除具有内置温度传感器之外，还专门增加了若干个远程测温通道，通

11、过在总线上接多片同种型号的芯片，很容易将通道扩展到几十路，这就为研制多路温度测控系统创造了便利条件。多通道智能温度传感器的典型产品有MAX1668、AD7417、AD7817、MAX1805和LM83。3.2 智能温度传感器典型产品的技术指标智能温度传感器典型产品的技术指标，详见表3-13.3 AT89C2051单片机的主要特点ATC89C2051单片机采用Flash存储器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容； AT89C2051片内含有2K字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM； 允许工作的时钟为0-24MHz； AT89C2051不允许构造外部总线来扩充程序

12、/数据存储器，所以它不需要ALE、PSEN、RA、WR一类的引脚； AT89C2051共有20个引脚，它只继承了8031最重要的引脚，体积小巧。 AT89C2051单片机原理图模块如图3-1所示: AT89C2051单片机的P口特点：P1口：P1口是一个8位双向I/O端口，其中P1.2P1.7引脚带有内部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入(AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流，并能直接驱动LED显示。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。表3-1智能温度传感器典型产品

13、的技术指标图3-1 AT89C2051电路模块P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(Iil)。P3口：P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O端口。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O口引脚而只读。P3口输出缓冲器可吸收20mA电流。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(Iil)。21个特殊功能寄存器SFR如表3-2所示：表3-2 21个特殊功能寄存器SFR特殊功能寄存器 功能名称地址 复位后状态

14、B * 寄存器F0H 00HA * 累加器E0H00HPSW * 程序状态标志寄存器 D0H00HIP * 中断优先级控制器B8H XXX00000BP3 * P3口数据寄存器B0HFFHIE * 中断允许控制寄存器A8H0XX00000BP2 *P2口数据寄存器A0HFFHSBUF串行口发送接收缓冲器99H不定SCON *串行口控制寄存器98H00HP1 * P1口数据寄存器 90HFFHTL1 T1计数器低8位8BH 00HTL0 T0计数器低8位8AH00HTH1T1计数器高8位8DH00HTH0T0计数器高8位 8CH 00HTMOD定时器计数器方式控制寄存器89H00HTCON *

15、定时器控制寄存器 88H 00HPCON 电源控制寄存器 87H 00HDPL地址寄存器低8位 82H00HDPH地址寄存器高8位 83H00HSP堆栈指针寄存器81H 07HP0 *P0口数据寄存器80HFFHPC 程序计数器无地址0000H注：“*”表示可位寻址。4 数字温度计的设计4.1总体设计方案在单片机电路设计中，使用传感器，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。4.2方案的总体设计框图主 控 制 器温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡报警点按键调整温度计电路设计总体设计方框图如4-1所示，控

16、制器采用单片机AT89C2051，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4-1总体设计方框图4.3 系统整体硬件电路4.3.1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4-2 所示。图4.2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4-2 单片机主板电路图4-2 中的电路是上电之后单片机的外部连接电路，使用比较方便。4.3.2显示电路

17、 图4-3硬件原理图4.4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。4.4.1主程序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NNY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4-4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NYNY图4-4 主程序流程图 图4-5读温度流程图4.4.

18、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4-5示4.4.3温度转换命令子程序 开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度BCD值 计算整数位温度BCD值 结束置“+”标志NY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图，图4-6所示 发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令 结束 图4-6 温度转换流程图 图4-7计算温度流程图4.4.4 计算温度

19、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4-7所示4.4.5 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4-8。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NNYY图4-8显示数据刷新流程图5 总结此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，从最初的选题，开题到写论文直到完成论文。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改论文，不但加深了对单片机与传感器的进一步的认

20、识和理解，并将所学的知识充分用于实践中。通过毕业设计，使我认识到理论联系实际的重要性，在实践中扩展了知识面，不但掌握了本专业的相关知识，而且对其他专业的知识也有所了解，从各方面提高了自身的综合素质。经过这次一个较完整的产品设计和制作过程，对于将来学习和工作也是有所裨益的。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，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，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。参 考 文 献1李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19982李广弟.单片机基础.北京

21、：北京航空航天大学出版社，19943阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，19894廖常初.现场总线概述J.电工技术，19995 李道华,李玲,朱艳编著.传感器电路分析与设计M.武汉:武汉大学出版社,2003 6 ShaZhanYou c3053. Intelligent integrated temperature sensor principle and application M. Beijing: mechanical industry press, 20027 FangPeiMin c3053. New sensor principle is applied ci

22、rcuit explanation M. Beijing: electronic I ndustry press, 19938 王中杰、余章雄柴天佑.智能控制综述J.基础自动化,2006(6). 9 章浩、张西良、周士冲机电一体化技术的发展与应用J.农机化研,2006(7). 10 梁俊彦、李玉翔机电一体化技术的发展及应用J.科技资讯,2007(9).11 袁中凡，机电一体化技术M.电子工业出版社，2004 致 谢本毕业设计是在蒋敏老师的精心指导下完成的。在此，向她表示衷心的感谢。从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对机电的认识过程亦是如此。经过几个月的努力，

23、这次毕业设计划上了一个圆满的句号，为以后的工作打下了基础。在此，对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢!指导教师评语（主要评价论文的工作量、试验数据的可靠性、论文的主要内容与特点、写作水平等）：论文的工作量：试验数据的可靠性：论文的主要内容与特点、写作水平： 签 名： 年 月 日答辩委员会评语及论文成绩（主要评价论文的性质、难度、质量、综合训练、答辩情况、不足等。评定论文成绩）：论文的性质、难度、质量：学生的综合训练、答辩情况、不足等：论文成绩：主任委员签名： 年 月 日郑州交通职业学院毕业设计任务书设计题目：数字温度计的设计学 院 郑州交通职业学院 专 业 机电工程系 班 级 09机电一体化技术1班 学 号 200908030220118 姓 名 姬 云 威 2011年 11 月 11 日论文（设计）选题的来源、目的与意义：论文（设计）的主要内容：进度计划（进度时间、主要工作内容）：主要参考文献：论文（设计）工作起讫日期： 年 月 日至年 月 日指导教师（签名）主任（签名）