数字温度计实验报告.docx
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数字温度计实验报告
数字温度计实验报告
一实验目的
1.熟悉温度传感器ds18b20、LED或LCD液晶显示器、数码显示器的原理和特点，掌握其实际应用的工作原理与方法。
2．在熟悉数字显示温度计的电路组成与工作原理，掌握相关芯片的作用与使用基础上，培养设计、制作、调试电路等一系列工程设计的能力。
二实验要求
1：
能够实时显示环境温度。
2：
能够保存使用时间内的最大值和最小值，能够查阅。
3：
有温度报警功能，能够设置报警温度。
用绿灯表示正常温度，红灯表示报警同时发声。
4:
自由发挥其他功能。
5:
要求有单片机硬件系统框图，电路原理图，软件流程图。
三实验基本原理
1.硬件部分
此次实验主要使用到的芯片有传感器DS18B20、单片机AT89C51、七段译码器CD4511、以及LED数码管。
由于传感器DS18B20的输出即为数字信号，因此省去了很多工作，如电流\电压转换、转换等。
A\D此次电路的基本原理为：
传感器读入温度信息，发送给单片机处理，单片机处理后将信号发送给译码器进行译码后送给LED即显示出当前温度；温度过高时蜂鸣器实行报警。
2.软件部分
软件部分主要包括初始化程序，初始化ds18b20程序，读ds18b20程序，数据转摄氏温度BCD码程序，报警程序，显示程序，中断程序，延时程序等，具体程序见附录。
其中下列程序的编程方法做以下说明：
（1）数据转摄氏温度BCD码程序：
由于要实现分辨率可调，所以编程时小数位的值是根据分辨率的值来对从ds18b20读入的四位小数位进行取舍，百位、十位和个位的数则由二进制数除以一百、一十和余数求得，这样即实现把从ds18b20读入的温度装换成代显示的摄氏温度BCD码。
（2）报警程序：
对所得的温度进行判断，当温度超30°C时，即驱动蜂鸣器（P1^2口）。
四实验设计分析
针对要实现的功能，采用AT89S51单片机进行设计，AT89S51单片机是一款低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB在线可编程（ISP）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。
这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。
在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。
程序可分为初始化程序，初始化ds18b20程序，读ds18b20程序，数据转摄氏温度BCD码程序，报警程序，显示程序，中断程序，延时程序等。
运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。
首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。
这是前期准备工作。
第二部分是硬件部分：
依据想要的功能分块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要显示驱动电路和数码管电路等。
第三部分是软件部分：
先学习理解基于KeiluVision4的c语言编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。
第四部分是软件画图部分：
设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。
第五部分是软件仿真部分：
软硬件设计好后将软件载入芯片中进行仿真，仿真无法完成时检查软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。
第六部分是硬件实现部分：
连接电路并导入程序检查电路，若与设计的完全一样一般能实现想要的功能。
最后进行功能扩展，在已经正确的设计基础上，添加额外的功能！
五实验要求实现
A.电路设计
1.整体设计
整体设计图如下：
2.硬件设计
硬件设计图如下：
3.数字温度传感器：
ds18b20
数字温度传感器ds18b20由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。
它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。
1.ds18b20性能特点：
1采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）。
2测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率为0.0625℃。
3内含64位经过激光修正的只读存储器ROM。
4适配各种单片机或系统机。
5用户可分别设定各路温度的上、下限。
6内含寄生电源。
2.ds18b20内部结构
ds18b20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。
64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ds18b20的地址序列号。
64位ROM结构图如图2所示。
不同的器件地址序列号不同。
ds18b20的管脚排列图、引脚分布图如图所示。
3.ds18b20控制方法
ds18b20有六条控制命令，如表所示：
4．复位和应答脉冲时隙
5.读写时序
4软件设计
软件部分主要包括初始化程序，初始化ds18b20程序，读ds18b20程序，数据转摄氏温度BCD码程序，显示程序，中断程序，延时程序等。
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P1^2;
sbitbeef=P1^3;
sbitred=P1^4;
sbitgreen=P1^5;
unsignedcharcodeduan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0xFF};
/*0123456789ABCDEF*/
unsignedcharcodeduan1[]={0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF};//加小数点
unsignedcharcodewei[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
uintrecord[50];
voiddelay（）;//延时函数
voidinit_ds18b20（）;//初始化ds18b20
voidwrite_byte（uchardat）;//写数据函数
ucharread_byte（）;//读数据函数
uintreadtemp（）;//读温度函数
voiddisplay（uinttemp）;//显示函数
voidkey（）;//键盘函数
voidshowmaxtemp（）;//显示最大温度函数
voidshowmintemp（）;//显示最小温度函数
voidshowwarntemp（）;//显示警告温度函数
uinttemp;
uchara;
ucharc;
uintmaxtemp;
uintmintemp;
ucharn=0;
ucharm=0;
uchare=0;
uintd;
uintwarntemp=300;
voidmain（void）
{
EA=1;//打开总中断开关
TMOD=0x01;//设置定时器0为工作方式1
TH0=（65535-50000）/256;//赋处置
TL0=（65535-50000）%256;
ET0=1;//打开定时器中断
TR0=1;//启动定时器
while
（1）
{
temp=readtemp（）;//读出温度并赋值给temp
key（）;
record[c]=temp;
if（n==0&&m==0&&e==0）
display（temp）;
if（temp>=warntemp）
{
beef=0;
red=0;
green=1;
}
else
{
beef=1;
red=1;
green=0;
}
showmaxtemp（）;
showmintemp（）;
showwarntemp（）;
}
}
voidtime1（）interrupt1//中断程序
{
TH0=（65535-50000）/256;
TL0=（65535-50000）%256;
a++;
if（a==20）
{
a=0;
record[c]=temp;
mintemp=record[0];maxtemp=record[0];
for（d=1;d<=c;d++）
{
if（mintemp>record[d]）mintemp=record[d];//
if（maxtemp}
c++;
}
}
voiddelay（uintt）//延时函数
{
while（t--）;
}
voidinit_ds18b20（）//ds18b20初始化函数
{
ucharx;
DQ=1;
delay（8）;
DQ=0;
delay（250）;
DQ=1;
delay（100）;
x=DQ;
delay（4）;
}
voidwrite_byte（uchardat）//写数据函数
{
uchari;
for（i=0;i<8;i++）
{
DQ=0;
DQ=dat&0x01;
delay（10）;
DQ=1;
dat>>=1;
}
delay（4）;
}
ucharread_byte（）//读数据函数
{
uchari,t,dat;
for（i=0;i<8;i++）
{
DQ=0;
t>>=1;
DQ=1;
dat=DQ;
if（dat==1）
t|=0x80;
delay（10）;
}
returnt;
}
uintreadtemp（）//数据转摄氏温度BCD码程序
{
uchara,b;
floatt;
init_ds18b20（）;
write_byte（0xcc）;//跳过rom
write_byte（0x44）;//启动温度测量
delay（300）;
init_ds18b20（）;
write_byte（0xcc）;
write_byte（0xbe）;//读温度
a=read_byte（）;
b=read_byte（）;
temp=b;
temp<<=8;
temp=temp|a;
t=temp*0.0625;
temp=t*10+0.5;
returntemp;
}
voiddisplay（uinttemp）//显示函数
{
P3=wei[4];
P2=duan[temp/100];//取显示数据，段码
delay（300）;
P3=wei[3];
P2=duan1[temp%100/10];//取显示数据，段码
delay（300）;
P3=wei[2];
P2=duan[temp%10];
delay（300）;
P3=wei[1];
P2=0x00;
}
voidshowmaxtemp（）
{
if（n==1）display（maxtemp）;
}
voidshowmintemp（）
{
if（m==1）display（mintemp）;
}
voidshowwarntemp（）
{
if（e==1）display（warntemp）;
}
voidKey（）
{
uchark,x,y,z;
P0=0xff;
P0=0x0f;
if（P0!
=0x0f）
{
delay（20）;
if（P0!
=0x0f）
{
x=P0;
P0=0xf0;
y=P0;
z=x|y;
while（P0!
=0xf0）;
switch（z）
{
case0xe7:
n=1;m=0;e=0;break;//数字1[1,1]
case0xeb:
m=1;n=0;e=0;break;//数字2[1,2]
case0xed:
n=0;m=0;e=0;break;//数字3[1,3]
case0xee:
e=1;n=0;m=0;break;//运算符+[1,4]
case0xd7:
k=1;break;//数字4[2,1]
case0xdb:
k=2;break;//数字5[2,2]
case0xdd:
break;//数字6[2,3]
case0xde:
break;//运算符-[2,4]
case0xb7:
break;//数字7[3,1]
case0xbb:
break;//数字8[3,2]
case0xbd:
break;//数字9[3,3]
case0xbe:
break;//运算符*[3,4]
case0x77:
break;//数字0[4,1]
case0x7b:
break;//小数点[4,2]
case0x7d:
break;//运算符=[4,3]
case0x7e:
break;//运算符/[4,4]
}
if（k==1）{warntemp++;display（warntemp）;}
if（k==2）{warntemp--;display（warntemp）;}
}
}
}
六设计总结
本系统以AT89S52单片机、DS18B20温度传感器为核心,实现了低功耗高精度便携式数字温度计的设计.对于便携式仪器,本设计实现了低成本宽测温范围条件下的低功耗高精度要求,具有一定的实用价值.整个便携式低功耗高精度数字温度计使用方便,工作稳定,待机时间长,具有广阔的应用前景.通过本次设计,使得我对之前学习过的知识比如:
电路分析,数字电子技术,有了更进一步的认识.同时,锻炼了我独立思考和独立完成任务的能力.在本次设计中,不但查阅了很多书本上的资料,也通过网络查阅了芯片的结构,接线等方面很多相关知识.
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