单片机温度测量论文.docx

1、单片机温度测量论文西安邮电学院单片机课程设计报告（数字温度计）院 系：自动化学院专业班级：智能0802班组 员：姚明强（06084055）洪平阳（06084039）朱小龙（06084054）杨万勇（06084046）寇文龙（06084041） 2010年12月617日目录1 概述 21.1 课程设计的意义 21.2 设计的任务和要求 21.3 实验仪器设备 22系统总体方案及硬件设计 32.1数字温度计设计方案论证 32.1.1方案一 32.1.2 方案二 32.2系统总体设计 32.3系统模块 42.3.1 主控制器 42.3.2 显示电路 52.3.3温度传感器 52.3.4报警温度调整按

2、键 63系统软件算法分析 73.1主程序流程图 73.2读出温度子程序 83.3温度转换命令子程序 83.4 计算温度子程序 83.5 显示数据刷新子程序 93.6按键扫描处理子程序 94 实验仿真 10 焊接实物图 115 源程序代码 126 总结与体会 181 概述1.1 课程设计的意义 本次课程设计是在我们学过单片机后的一次实习，可增加我们的动手能力。特别是对单片机的系统设计有很大帮助。本课程设计由5个人共同完成，在锻炼了自己的同时也增强了自己的团队意识和团队合作精神。1.2 设计的任务和要求1、LED数码管直接显示室内温度。2、当温度高于35度或低于20度时，启动蜂鸣器报警。3、温度上

3、下限是-55到+125度。4、温度误差0.1C。1.3、实验仪器设备：1、89C52单片机2、温度传感器3、LED数码管4、实验工具箱及电阻等器材2系统总体方案及硬件设计2.1数字温度计设计方案论证2.1.1方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。2.1.2 方案二 进而考虑到用温度传感器，在

4、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，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.2系统总体设计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2.21总体设计方框图图2.22系统仿真图2.3系统模块系统由单片机最小系统、显

5、示电路、按键、温度传感器等组成。2.3.1 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。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。图2.3.11晶振电路图2.3.12复位电路2.3.2 显示电路显示电路采用4位共阴极LED数码管，P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2口的低四位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。图2.3.2 数码管显示电路2.3.3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

6、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：1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能3、无须外部器件；4、可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；5、零待机功耗；6、温度以或位数字；7、用户可定义报警设置；8、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；9、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

7、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。图2.3.3 温度传感器与单片机的连接2.3.4报警温度调整按键本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。图2.3.4 按键电路3系统

8、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，按键扫描处理子程序等。3.1主程序流程图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3.1所示。图3.1 主程序流程图 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3.2示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

9、，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3.3所示 图3.3 温度转换流程图图3.2 读温度流程图3.4 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3.4所示。3.5 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。程序流程图如图3.5。 图3.4计算温度流程图 图3.5显示数据刷新流程图3.6按键扫描处理子程序按键采用扫描查询方式，设置标志位，当标志位为1时，显示设置温度，否则显示当前温度。如下图3.6示。图3

10、.6 按键扫描处理子程序4 实验仿真进入protuse后，连接好电路，并将程序下载进去。将DS18B20的改为0.1，数码管显示温度与传感器的温度相同。图41 温度显示仿真当按下SET键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按ADD或DEC分别对报警温度进行加一或减一。当再次按下SET键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设置的温度报警下线，按ADD或DEC分别对报警温度进行加一或减一。图42 温度调试仿真当第三次按下SET键时，退出温度报警线设置。显示当前温度。焊接实物图 5源程序代码 /DS18B20的读写程序,数据脚P2.7 /温度传感器18B20汇编程序,采用

11、器件默认的12位转化 /最大转化时间750微秒,显示温度-55到+125度,显示精度 /为0.1度，显示采用4位LED共阳显示测温值 /P0口为段码输入,P34P37为位选 /*/#include reg51.h#include intrins.h /_nop_();延时函数用#define dm P0 /段码输出口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P27; /温度输入口sbit w0=P20; /数码管4sbit w1=P21; /数码管3sbit w2=P22; /数码管2sbit w3=P23; /数码

12、管1sbit beep=P17; /蜂鸣器和指示灯sbit set=P26; /温度设置切换键 sbit add=P24; /温度加sbit dec=P25; /温度减int temp1=0; /显示当前温度和设置温度的标志位为0时显示当前温度uint h; uint temp;uchar r;uchar high=35,low=20;uchar sign;uchar q=0;uchar tt=0;uchar scale;/*温度小数部分用查表法*/uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06

13、,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09; /小数断码表uchar code table_dm12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40;/共阴LED段码表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 - uchar table_dm1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /个位带小数点的断码表 uchar data temp_data2=0x00,0x00; /读出温度暂放uchar data display5=0x00,0x00,0

14、x00,0x00,0x00; /显示单元数据，共4个数据和一个运算暂用/*11us延时函数*/void delay(uint t) for (;t0;t-);void scan()int j; for(j=0;j0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); /从高拉倒低 DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /5 us DQ=val&0x01; /最低位移出 delay(6); /66 us val=val/2; /右移1位 DQ=1; delay(1);/*DS18B20读1字节函数*/从总线上取1个字节uchar read_byte(void

15、)uchar i;uchar value=0;for(i=8;i0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); value=1; DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 us DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 us if(DQ)value|=0x80; delay(6); /66 usDQ=1;return(value);/*读出温度函数*/read_temp() ow_reset(); /总线复位 delay(200); write_byte(0xcc); /发命令 write_byte(0x4

16、4); /发转换命令 ow_reset(); delay(1); write_byte(0xcc); /发命令 write_byte(0xbe); temp_data0=read_byte(); /读温度值的第字节 temp_data1=read_byte(); /读温度值的高字节 temp=temp_data1; temp6348) / 温度值正负判断 tem=65536-tem;n=1; / 负温度求补码,标志位置1 display4=tem&0x0f; / 取小数部分的值 display0=ditabdisplay4; / 存入小数部分显示值 display4=tem4; / 取中间八位

17、,即整数部分的值display3=display4/100; / 取百位数据暂存 display1=display4%100; / 取后两位数据暂存 display2=display1/10; / 取十位数据暂存 display1=display1%10; /个位数据 r=display1+display2*10+display3*100;/符号位显示判断/ if(!display3) display3=0x0a; /最高位为0时不显示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位为0时不显示 if(n)display3=0x0b; /负温度时最高位显示-void BEE

18、P() if(r=high&r129)|r128) horl=256-horl;n=1; display3=horl/100; display3=display3&0x0f; display2=horl%100/10; display1=horl%10; display0=0; if(!display3) display3=0x0a; /最高位为0时不显示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位为0时不显示 if(n) display3=0x0b; /负温度时最高位显示- /*按键查询程序*/void keyscan() int temp1; /最高温度和最低温度标

19、志位 if(set=0) while(1) delay(500);/消抖 if(set=0) temp1+; while(!set) scan(); if(temp1=1) xianshi(high); scan(); if(add=0) while(!add) scan(); high+=1; if(dec=0) while(!dec) scan(); high-=1; if(temp1=2) xianshi(low); if(add=0) while(!add) scan(); low+=1; if(dec=0) while(!dec) scan(); low-=1; scan(); if

20、(temp1=3) temp1=0; break; /*主函数*/void main() dm=0x00; /初始化端口 w0=0; w1=0; w2=0; w3=0; for(h=0;h4;h+) /开机显示0000 displayh=0; ow_reset(); /开机先转换一次 write_byte(0xcc); /Skip ROM write_byte(0x44); /发转换命令 for(h=0;h100;h+) /开机显示0000 scan(); while(1) if (temp1=0) work_temp(read_temp(); /处理温度数据 BEEP(); scan();

21、/显示温度值 keyscan(); else keyscan(); /*结束*/6 总结与体会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，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，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。通过这次学习，让我们对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。在焊接过程中我们曾将温度传感器的电源、地焊反啦，导致温度传感器急剧发热，后经观察和查询资料才得以改正。从这次的课程设计中，我们真真正正的意识到，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，这就是我们在这次课程设计中的最大收获。