基于单片机的数字温度计设计 11.docx
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基于单片机的数字温度计设计11
基于单片机的数字温度计设计
摘要
本数字温度计是以单片机AT89C52为数据处理核心，运用DS18B20单总线数字式温度传感器进行温度采集，使用LCD1602对采集结果进行输出显示。
其中，DS18B20是一种直接使用单根数据线、以数字量方式传送测温结果的传感器。
本数字温度计的最大特点：
硬件结构简单、抗干扰性良好，但软件控制较为复杂。
Abstract
Thisdigitalthermometerbasedonsingle-chipcomputerAT89C52asthecoreofdataprocessing,usingDS18B20singlebusdigitaltemperaturesensortemperatureacquisition,usingLCD1602tooutputshowscollectionresults.DS18B20isawayofdirectlyusingthesingledataline,tothedigitalquantitytransfertemperaturemeasurementresultsofthesensor.Thebiggestcharacteristicofthisdigitalthermometer:
hardwaresimplestructure,goodanti-jamming,butsoftwarecontrolismorecomplicated.
1引言
1.1设计目的
设计一个数字温度表，以单片机为核心，能够较为准确测量出温度结果且测温范围较广的产品。
最终该产品要能够运用于实际，如冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。
1.2设计要求
（1）数字温度表的温度测量范围：
-32℃—85℃；
（2）数字温度表的温度测量精度为0.5℃；
（3）最终温度的测量结果通过LCD1602显示。
1.3设计方法
（1）分析设计目的，根据要求查阅相关硬件的资料，预设计多种方案，设计产品功能；
（2）根据设计要求，分析各方案的难易程度，比较他们的可操作性，进而基本确定设计方案（倾向选择硬件结构简单，可靠性强并且各部件市场使用率高的方案），选定相应的硬件设备，并进行硬件设计；
（3）根据搜索的相关材料，深入分析各部件的特性，绘制总程序流程，进行软件的初步设计，对软件功能模块化分割；
（4）根据模块的功能要求，绘制相应的流程图，再编写相应程序的设计和完成相关调试，以完成软件的基本设计；
（5）对产品进行调试、仿真。
运用Proteus进行硬件连接，再在Keil平台下生成可执行文件，再装入单片机中。
进一步分析结果，修改硬件连接和软件程序，确定相关参数。
最终，通过多次的调试和修改以完成产品的设计要求。
2设计方案及原理
本方案使用了AT89C52单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，对各点温度进行检测，使用液晶LCD1602作为显示。
总体设计方框图,如图1所示，总体设计方框图，。
图1总体设计方框图
3硬件设计
3.1硬件选择
（1）单片机：
AT89C52是一种低电压，高新能CMOS8位单片机。
其片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），和片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash储存单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。
（2）温度传感器：
DS18B20的数字温度计提供9至12位可编程设备温度读数。
信息被发送到/从DS18B20通过1线接口，所以中央处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。
为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。
因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。
这使得温度传感器放置在许多不同的地方。
它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。
表1DS18B20引脚功能,如下表所示。
（3）显示装置：
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
表2LCD1602引脚液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因功能，下表所示。
表1DS18B20引脚功能表
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源
3
VDD
可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必须接地
表2LCD1602引脚功能表
引线号
符号
电平
功能
1
VSS
0V
GND
2
VDD
5V+10%
电源电压：
+5V
3
V0
0-5V
液晶驱动电压：
调整LCD对比度
4
RS
H/L
寄存器选择：
1-数据寄存器，0-指令寄存器
5
R/W
H/L
读、写操作选择：
1-读，0-写
6
E
H/L
使能信号ENABLE
7至14
DB0至DB7
H/L
数据总线
3.2电路连接
DS18B20电路连接图见附录，图2DS18B20电路连接图。
LCD1602电路连接图见附录，图3LCD1602电路连接图。
4软件设计
本数字温度表的软件程序于附录一（源代码）。
4.1主程序
主程序的功能是：
启动DS18B20的测温程序，再将采集到的数据传输至89C51内，最终由液晶显示LCD1602输出结果。
如图4所示，主函数流程图。
4.2温度采集子程序
温度采集子程序功能是：
初始化DS18B20后，启动测温，将温度的模拟量转化为数字量，暂存于DS18B20内的存储器中，再由读位函数判断：
温度采集是否结束？
若结束，则开始将分别读取高位和低位的数据，最终把采集结果传输到89C51内。
如图5所示，温度采集子函数流程图。
图4主函数流程图
图5温度采集子函数流程图
5系统仿真及实际调试
当温度检测为正值时，仿真结果见附录，图6数字温度计仿真图1。
当温度检测为负值时，仿真结果见附录，图7数字温度计仿真图2。
6总结
本次单片机课程设计，让我受益匪浅。
具体谈谈以下几方面：
首先，关于知识内容的学习。
通过本次课程设计，复习和巩固了单片机知识的有关内容；通过对具体问题的解决，加强了我们理论运用于实际的能力；修改和调试程序的过程中，进一步锻炼和提高了我们的逻辑思维能力。
其次，关于硬件设计的认识。
硬件设计主要考虑两方面的问题，设计要求的实现：
根据电子元件的发展要求，我们要在可实现的前提下，选择硬件简单、集成度高、可靠性强的设计方案；设计的可操作性：
软件与硬件呈现互补关系，当硬件较为简单时，我们需要软件控制实现其功能，因此我们要选择集成度高，控制方法清晰、实际运用广泛的硬件。
然后，关于软件设计的认识。
由于产品软件功能的实现是个较为复杂的问题，通过课程设计我学习到了“化复杂为简单”的方法。
如果每次进行软件设计时，能够把一个复杂的功能划分成多个具体的模块功能，再逐一对模块具体分析和设计，便可以更高效、更清晰的解决问题。
最后，关于小组答辩和报告书写。
通过小组答辩：
一方面，培养自己的逻辑表达能力，为将来的毕业设计和答辩做铺垫；另一方面，通过听取其他同学的设计方案，我们可以在小组其他成员身上学习到很多，还可以取长补短、查缺补漏。
报告书写不仅可以让我们熟悉论文格式而且能够培养我们严谨的工作态度。
7参考文献
[1]王思明，张鑫等.单片机原理及应用系统设计[M].北京：
科学出版社，2012.2
[2]陶红艳，余成波.传感器与现代检测技术[M].北京：
清华大学出版社，2009.3
[3]清惠.Proteus教程：
电子线路设计制版与仿真[M].北京：
清华大学出版社，2009.12
[4]谭浩强.C程序设计[M].北京：
清华大学出版社，2008.9
附录一
源代码
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#defineLCD1602DBP0//定义LCD1602数据总线
sbitLCD1602E=P2^2;//使能控制端
sbitLCD1602RW=P2^1;//0写，1读
sbitLCD1602RS=P2^0;//寄存器选择，0指令寄存器，1数据寄存器
sbitDQ=P3^3;
ucharT[2];
voidlcd1602w（bitx,uchary）;//申明LCD1602读
ucharlcd1602r（bitx）;//写
voidlcd1602b（void）;//判忙
voidlcd1602d（charx,chary）;//地址
voidprint（uchar,uchar,uchar*）;//显示
voiddelay（uchar）;//延时
bitDS18B20reset（void）;//复位
ucharDS18B20readbyte（void）;//读字节
voidDS18B20writebyte（uchar）;//写字节
voidDS18B20start（void）;//启动测温
voidDS18B20get（void）;//读取测温结果
bitDS18B20readbit（void）;//读位
voidmain（）
{
uchari,f;
ucharxsbuf1[]={"DS18B20WDB"};
uchara,b;
unsignedintc;
ucharxsbuf[8];
lcd1602w（0,0x38）;//LCD1602初始化，工作方式设置
lcd1602w（0,0x06）;//输出方式设置
lcd1602w（0,0x0c）;
lcd1602w（0,0x01）;
lcd1602d（0,0）;
print（0,0,xsbuf1）;
DS18B20start（）;
while
（1）
{
DS18B20get（）;//读取测温结果
DS18B20start（）;//启动下次测温
f=0;//符号位清零，为+
i=T[0]&0x0f;//小数部分存于i
T[0]>>=4;
T[0]=T[0]&0x0f;
T[1]<<=4;
T[1]=T[1]&0xf0;
T[1]=T[1]|T[0];//处理后得整数部分，存于T[1]
T[1]<<=1;
if（i==8）
T[1]++;
if（T[1]>127）//负数处理
{
T[1]=~T[1]+1;//补码转化为原码
f=1;//符号位设置为—
}
if（f）//符号位的显示
xsbuf[0]=0x2d;//负数显示"-"
else
{xsbuf[0]=0x20;//正数空格
}
xsbuf[1]=T[1]/100+48;//取百位
T[1]=T[1]%100;//
xsbuf[2]=T[1]/10+48;//取十位
xsbuf[3]=T[1]%10+48;//取个位
if（xsbuf[1]==48）//百位为零，显示空格
{xsbuf[1]=0x20;
if（xsbuf[2]==48）//十位为零，显示空格
xsbuf[2]=0x20;
}
xsbuf[4]='.';//显示：
小数点
xsbuf[5]=i*10/128+48;//小数位
print（3,1,xsbuf）;
}
}
voidlcd1602b（void）//LCD1602判忙
{
uchary;
while
（1）//循环读状态，直到不忙
{
LCD1602RS=0;//
LCD1602RW=1;//读
LCD1602E=1;//
LCD1602DB=0xff;
y=LCD1602DB;
LCD1602E=0;//关闭允许
if（!
（y&0x80））return;
}
}
voidlcd1602w（bitx,uchary）//LCD1602写
{
lcd1602b（）;
LCD1602RS=x;//x=0写入命令，x=1写入数据
LCD1602RW=0;//写
LCD1602E=1;//允许
LCD1602DB=y;//发送数据内容
LCD1602E=0;//
}
ucharlcd1602r（bitx）//LCD1602读
{
uchary;
lcd1602b（）;
LCD1602RS=x;
LCD1602RW=1;
LCD1602E=1;
LCD1602DB=0xff;
y=LCD1602DB;
LCD1602E=0;
return（y）;
}
voidlcd1602d（charx,chary）//写LCD1602地址指针x表列,y表行
{
uchara;
a=x+y*0x40+0x80;
lcd1602w（0,a）;
}
voidprint（ucharx,uchary,uchar*s）//LCD1602显示字符串x表列,y表行，s字符串指针
{
lcd1602d（x,y）;
while（*s!
='\0'）
{
lcd1602w（1,*s）;
s++;
}
}
voiddelay（ucharus）//定时函数，延时时间为（10+8*us）微秒
{
uchari;
for（i=us;i>0;i--）;
}
bitDS18B20reset（void）//复位函数，每次对DS18B2O操作前需要先复位
{
biti;
DQ=0;
delay（59）;
DQ=1;
delay（7）;
i=DQ;//读取数据线状态
delay（59）;
return（i）;//返回复位结果，0表示检查到结果，1表示未检查到结果
}
bitDS18B20readbit（void）//读位
{
bitj;
DQ=0;
_nop_（）;
DQ=1;
_nop_（）;
j=DQ;//读取数据线状态
delay（7）;
return（j）;
}
ucharDS18B20readbyte（void）//读字节函数
{
uchari,j;
for（i=0;i<=8;i++）
{
DQ=0;
j>>=1;
DQ=1;
_nop_（）;
if（DQ）j|=0x80;
delay（7）;
}
return（j）;
}
voidDS18B20writebyte（ucharx）//写字节
{
uchari;
for（i=0;i<8;i++）
{
DQ=0;
if（x&0x1）DQ=1;
delay（7）;
DQ=1;
x>>=1;
}
}
voidDS18B20start（void）//启动温度转换
{
DS18B20reset（）;
DS18B20writebyte（0xCC）;
DS18B20writebyte（0x44）;
}
voidDS18B20get（void）//读温度结果
{
while（!
DS18B20readbit（））;
DS18B20reset（）;
DS18B20writebyte（0xCC）;
DS18B20writebyte（0xbe）;
T[0]=DS18B20readbyte（）;
T[1]=DS18B20readbyte（）;
}
附录二
图2DS18B20电路连接图
图3LCD1602电路连接图
图6数字温度计仿真图1
图7数字温度计仿真图2
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