单片机课程设计分析方案赵鑫.docx
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单片机课程设计分析方案赵鑫
单片机课程设计报告
题目：
数字温度计
院<系）工学院<电气工程系）
专业电子信息工程
年级10-2班
姓名赵鑫学号10043225
指导教师舒昌
2018年12月1日
电子信息工程专业10级学生单片机原理课程设计任务书
课程设计题目
三、数字温度计
指导教师
舒昌
职称
讲师
设计任务和要求：
1．基本要求
（1）采用DS18B20作为温度传感器进行温度检测
（2）对采集温度进行显示<显示温度分辨率0.1℃）
（3）采集温度数值应采用数字滤波措施，保证显示数据稳定
（4）显示数据，无数据位必须消隐。
2.设计步骤
（1>使用Proteus按设计要求绘制电路图。
（2>按要求编写相应程序。
（3>使用Proteus仿真程序，对程序进行调试。
（4>撰写课程设计报告
3．撰写课程设计报告
课程设计报告内容包括题目、摘要、目录、正文、结论、致谢、参考文献等。
学生在完成上述全部工作之后，应将全部内容以先后顺序写成设计报告一份，阐述整个设计内容，要求重点突出、特色鲜明、语言简练、文字通畅，字迹工整。
报告书以A4纸打印，装订成册<文字不少于3000字）。
数字温度计
摘要：
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，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数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
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，该设计控制器使用单片机STC89S51，测温传感器使用DS18B20，用LCD实现温度显示,能准确达到以上要求。
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,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
关键词：
单片机，数字控制，温度计
一、设计任务与要求
（1>采用DS18B20作为温度传感器进行温度检测
（2>对采集温度进行显示<显示温度分辨率0.1℃）
（3>采集温度数值应采用数字滤波措施，保证显示数据稳定
（4>显示数据，无数据位必须消隐。
二．方案设计与论证
数字温度计是测温仪器类型的其中之一。
根据所用测温物质的不同和测温范围的不同，有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计、双金属温度计等。
<1）、温度传感模块
方案一：
采用热敏电阻，热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的，也不能满足测量范围。
在温度测量系统中，也常采用单片温度传感器，比如AD590，LM35等。
但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使测温系统的硬件结构较复杂。
另外，这种测温系统难以实现多点测温，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。
方案二：
采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。
便于单片机处理及控制，节省硬件电路。
且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。
DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。
每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。
这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。
综上分析，我们选用第二种方案。
图1.温度传感模块仿真图
（2>、显示模块
方案一：
采用8位段数码管，将单片机得到的数据通过数码管显示出来。
该方案简单易行，但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后很难再加入其他的功能，显示格式受限制，且大耗电量大，不宜用电池给系统供电。
方案二：
采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的园艺通兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用RT1602两行十六个字符的显示，能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。
综上分析，我们采用了第二个方案
图2.显示模块仿真图
三、单元电路设计
采用AT89S52单片机作为控制核心对温度传感器DS18B20控制，读取温度信号并进行计算处理，并送到液晶显示器LCD1602显示。
按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：
主控制器、测温电路和显示电路。
四、总原理图
图3.总原理图
DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。
高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。
初始时，温度寄存器被预置成-55℃，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1℃，这个过程重复进行，直到计数器2计数到0时便停止。
初始时，计数器1预置的是与-55℃相对应的一个预置值。
以后计数器1每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。
为了补偿振荡器温度特性的非线性性，斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。
计数器1的预置数也就是在给定温度处使温度寄存器寄存值增加1℃计数器所需要的计数个数。
DS18B20内部的比较器以四舍五入的量化方式确定温度寄存器的最低有效位。
在计数器2停止计数后，比较器将计数器1中的计数剩余值转换为温度值后与0.25℃进行比较，若低于0.25℃，温度寄存器的最低位就置0；若高于0.25℃，最低位就置1；若高于0.75℃时，温度寄存器的最低位就进位然后置0。
这样，经过比较后所得的温度寄存器的值就是最终读取的温度值了，其最后位代表
0.5℃，四舍五入最大量化误差为±1/2LSB，即0.25℃。
温度寄存器中的温度值以9位数据格式表示，最高位为符号位，其余8位以二进制补码形式表示温度值。
测温结束时，这9位数据转存到暂存存储器的前两个字节中，符号位占用第一字节，8位温度数据占据第二字节。
DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术。
DS18B20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号；同样的，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号。
当计数门打开时，DS18B20进行计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。
芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性度加以补偿。
测量结果存入温度寄存器中。
一般情况下的温度值应该为9位，但因符号位扩展成高8位，所以最后以16位补码形式读出。
DS18B20工作过程一般遵循以下协议：
初始化——ROM操作命令——存储器操作命令——处理数据
DS18B20的高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如图3所示。
当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。
单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。
表1.存储器分配表
五、软件部分
系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换子程序、计算温度子程序、显示等等。
1.主程序
主要功能是完成DS18B20的初始化工作，并进行读温度，将温度转化成为压缩BCD码并在显示器上显示传感器所测得的实际温度。
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，在读出时需要进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。
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位分辩率时转换时间约为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。
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。
六、调试与分析
数字温度计在测量中除误差外，还有内部固定偏差，视觉，环境温度的变化，选用期间的温漂，器件的精度，电源电压的波动，输入端各种杂散参数以及测量信号写波分量等因素引起的系统误差。
一起精度不高，认为读书存在误差。
测量值达不到理论值，多次测量取平均值误差降到最小。
图4.调试前
图5.调试后
七、总结与心得
通过这次基于DS18B20传感器测量温度的设计，我学到了许多东西。
这次设计加强了我们独立思考的能力。
一个好的设计需要通过我们不断的思维，不断的改善。
经过设计之后，我们不像以前那样，遇到问题都不愿意独立思考，只会一味的向别人求助。
现在，我们会通过自己的思考，解决我们自己遇到的问题和困难。
还有，我们学会不能手高眼低，要踏踏实实，从基础学起、做起。
一开始我们通过讨论，初步有了设计的方案，觉得还是比较简单的。
但是，具体到设计时，我们遇到了很多麻烦，比如如何将传感器得到的温度转换成为对应的电信号，如何将电信号输送到单片机进行控制，如何把测得的温度用数字显示出来等等。
这就要求我们学习要一步一个脚印，掌握扎实的理论基础了。
最重要的一点是，我们在这次设计中培养了自己的学习能力。
就那DS18B20来说，由于我们书本上没有介绍到这种温度传感器，所以我们就通过学习DS18B20的说明书，了解它工作的原理以及特性，并弄清楚在实际应用时要注意的事项，对DS18B20进行初始化、编程的要求和规定等。
培养了自主学习的能力，无论以后我们要做什么样的设计，我们都能够通过查阅资料来实现。
最后，本次设计能够顺利完成，我要特别感谢实验室老师给予的大力支持和热心帮助。
七、参考文献
【1】梁森，欧阳三泰，王侃夫.自动检测技术及应用【M】.北京：
机械工业出版社，2009.
【2】高洪志.MCS-51单片机原理及应用技术教程【M】北京：
人民邮电出版社，2009.
附件
完整程序如下：
#include
#include
typedefunsignedcharuint8。
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitDQ=P3^3。
//定义DQ引脚为P3.3
ucharcodeBw[10]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39}。
//百位编码
ucharcodeXsw[16]={0x30,0x31,0x31,0x32,0x33,0x33,0x34,0x34,0x35,0x36,0x36,0x37,0x38,0x38,0x39,0x39}。
//小数位编码
sbitRS=P2^0。
sbitRW=P2^1。
sbitEN=P2^2。
sbitBUSY=P0^7。
ucharwendu。
uchartemp_g,temp_d。
unsignedcharcodeword1[]={"Temperature:
"}。
voiddelay（uintxms>
{
uinti,j。
for（i=xms。
i>0。
--i>
for（j=110。
j>0。
--j>。
}
voidDelayus（intt>//在11.059MHz的晶振条件下调用本函数需要24μs，然后每次计数需16μs
{
ints。
for（s=0。
ss++>。
}
等待繁忙标志
voidwait（void>
{
P0=0xFF。
do
{
RS=0。
RW=1。
EN=0。
EN=1。
}while（BUSY==1>。
EN=0。
}
写数据
voidw_dat（uint8dat>
{
wait（>。
EN=0。
P0=dat。
RS=1。
RW=0。
EN=1。
EN=0。
}
写命令
voidw_cmd（uint8cmd>
{
wait（>。
EN=0。
P0=cmd。
RS=0。
RW=0。
EN=1。
EN=0。
}
发送字符串到LCD
voidw_string（uint8addr_start,uint8*p>
{
w_cmd（addr_start>。
while（*p!
='\0'>
{
w_dat（*p++>。
}
}
初始化1602
voidInit_LCD1602（void>
{
w_cmd（0x38>。
//16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
w_cmd（0x0c>。
//显示器开、光标开、光标允许闪烁
w_cmd（0x06>。
//文字不动，光标自动右移
w_cmd（0x01>。
//清屏
}
ucharReset（>//完成单总线的复位操作。
{
uchard。
DQ=0。
//将DQ线拉低
Delayus（29>。
//保持480μs.复位时间为480μs，因此延时时间为（480-24>/16=28.5，取29μs。
DQ=1。
//DQ返回高电平
Delayus（3>。
//等待存在脉冲.经过70μs之后检测存在脉冲，因此延时时间为（70-24>/16=2.875，取3μs。
d=DQ。
//获得存在信号
Delayus（25>。
//等待时间隙结束
return（d>。
//返回存在信号，0=器件存在,1=无器件
}
voidwrite_bit（ucharbitval>//向单总线写入1位值：
bitval
{
DQ=0。
//将DQ拉低开始写时间隙
if（bitval==1>
DQ=1。
//如果写1，DQ返回高电平
Delayus（5>。
//在时间隙内保持电平值，
DQ=1。
//Delayus函数每次循环延时16μs，因此Delayus（5>=5*16+24=104μs
}
voidds18write_byte（charval>//向单总线写入一个字节值：
val
{
uchari。
uchartemp。
for（i=0。
i<8。
i++>//写入字节,每次写入一位
{
temp=val>>i。
temp&=0x01。
write_bit（temp>。
}
Delayus（5>。
}
ucharread_bit（>//从单总线上读取一位信号，所需延时时间为15μs，因此无法调用前面定义
{//的Delayus（>函数，而采用一个for（>循环来实现延时。
uchari。
DQ=0。
//将DQ拉低开始读时间隙
DQ=1。
//然后返回高电平
for（i=0。
i<3。
i++>。
//延时15μs
return（DQ>。
//返回DQ线上的电平值
}
uchards18read_byte（>//从单总线读取一个字节的值
{
uchari。
ucharvalue=0。
for（i=0。
i<8。
i++>
{//读取字节，每次读取一个字节
if（read_bit（>>
value|=0x01<//然后将其左移
Delayus（6>。
}
return（value>。
}
intReadtemperature（>//如果单总线节点上只有一个器件则可以直接掉用本函数。
如果节点上有多个器
{//件，为了避免数据冲突，应使用MatchROM函数来选中特定器件。
uchartemp_d,temp_g,k,get[2],temp。
Reset（>。
ds18write_byte（0xcc>。
//跳过ROM
ds18write_byte（0x44>。
//启动温度转换
Delayus（5>。
Reset（>。
ds18write_byte（0xcc>。
//跳过ROM
ds18write_byte（0xbe>。
//读暂存器
for（k=0。
k<2。
k++>
{
get[k]=ds18read_byte（>。
}
temp_d=get[0]。
//低位
temp_g=get[1]。
//高位
if（（temp_g&0xf0>==0xf0>//正负号判断
{
temp_d=~temp_d。
if（temp_d==0xff>//保证-48<1111110100000000）、-32和-16显示正常
{
temp_d=temp_d+0x01。
//00000000
temp_g=~temp_g。
//00000010
temp_g=temp_g+0x01。
//00000011
}
else
{
temp_d=temp_d+0x01。
temp_g=~temp_g。
}
w_cmd（0xc5>。
w_dat（Xsw[temp_d&0x0f]>。
//查表得小数位的值
temp=（（temp_d&0xf0>>>4>|（（temp_g&0x0f><<4>。
w_cmd（0xc1>。
w_dat（0x2d>。
//负号
}
else//正数
{
w_cmd（0xc5>。
w_dat（Xsw[temp_d&0x0f]>。
//查表得小数位的值
temp=（（temp_d&0xf0>>>4>|（（temp_g&0x0f><<4>。
w_cmd（0xc1>。
w_dat（Bw[temp/100]>。
}
returntemp。
}
main（>
{
Init_LCD1602（>。
w_string（0x80,word1>。
while（1>
{
wendu=Readtemperature（>。
temp_g=wendu%100/10+'0'。
//这里要特别注意啊少了%100就差很多
temp_d=wendu%10+'0'。
w_cmd（0xc2>。
delay（2>。
w_dat（temp_g>。
delay（2>。
w_dat（temp_d>。
delay（2>。
w_cmd（0xc4>。
delay（2>。
w_dat（0x2e>。
//小数点
delay（2>。
w_cmd（0xc6>。
delay（2>。
w_dat（0xdf>。
//温度符号
delay（2>。
w_dat（0x43>。
电气信息工程系单片机课程设计成绩评定表
专业：
电子信息工程班级：
电子10—2学号：
10043225姓名：
赵鑫
课题名称
设计任务与要求
1.基本要求
<1）采用DS18B20作为温度传感器进行温度检测
<2）对采集温度进行显示<显示温度分辨率0.1℃）
<3）采集温度数值应采用数字滤波措施，保证显示数据稳定
<4）显示数据，无数据位必须消隐。
2.设计步骤
（1>使用Proteus按设计要求绘制电路图。
（2>按要求编写相应程序。
（3>使用Proteus仿真程序，对程序进行调试。
（4>撰写课程设计报告
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