51单片机温度传感器课程设计要点Word格式.docx
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4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
3.3管脚说明
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0
口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚
备选功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
/INT0（外部中断0）
P3.3
/INT1（外部中断1）
P3.4
T0（记时器0外部输入）
P3.5
T1（记时器1外部输入）
P3.6
/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号.
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，
ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，
ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
4.温度传感器模块
▲图3DS18B20相关资料
4.1DS18B20原理与分析
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，它能够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9～12位的数字值读数方式。
可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。
因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
以下是DS18B20的特点：
（1）独特的单线接口方式：
DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（2）在使用中不需要任何外围元件。
（3）可用数据线供电，电压范围：
+3.0~+5.5V。
（4）测温范围：
-55-+125℃。
固有测温分辨率为0.5℃。
（5）通过编程可实现9-12位的数字读数方式。
（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。
（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。
（8）负压特性，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的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器１；
高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器１、温度寄存器中，计数器１和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
减法计数器１对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器１的预置值减到０时，温度寄存器的值将加１，减法计数器１的预置将重新被装入，减法计数器１重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到０时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
▲图4 一部分温度对应值表
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为：
初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
4.2DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
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。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序：
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
5．软件设计
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。
5.1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。
5.2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。
其程序流程图1如下图所示。
▲图5 程序流程图1
5.3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。
流程图图2如下
▲图6 程序流程图2
5.4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。
流程图3如下：
▲图7 程序流程图3
6.完整程序如下：
#include<
reg52.h>
intrins.h>
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>
--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;
s<
t;
s++）;
}//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（）;
P0=dat;
RS=1;
RW=0;
EN=1;
}//写命令
voidw_cmd（uint8cmd）
P0=cmd;
RS=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
//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，
//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）;
}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。
//将DQ拉低开始读时间隙
//然后返回高电平
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
ucharvalue=0;
i<
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
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;
}
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_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+'
w_cmd（0xc2）;
delay
（2）;
w_dat（temp_g）;
w_dat（temp_d）;
w_cmd（0xc4）;
w_dat（0x2e）;
//小数点
w_cmd（0xc6）;
w_dat（0xdf）;
//温度符号
w_dat（0x43）;
7.总结与体会
课程设计给我们带来的不只是一个项目的一系列学习，更重要的是我在这个设计过程中所锻炼的能力和培养的一种精神。
在本次课程设计中，比起上学期，更多是靠自己，去查阅资料，去寻找解决办法，还有就是和同学们互相帮助学习。
我们这次课题虽然不难，但要去做好它，让它实现正确的功能，也少不了不断的研究和探索，可能废寝忘食，可能绞尽脑汁。
不仅是现在的学习，在以后的生活中工作也，以这样一种态度和精神去完成自己的梦想，实现自己的价值。
8.参考文献
[1]《单片机原理及应用》（第二版）张毅刚彭喜元彭宇编著
[2]《ProtelDxp2004简明教程和考证指南》电子工业出版社
[3]《《C单片机原理及应用》》
[4]《数字电路基础技术》康华光第五版
[5]数字温度传感器DS18B20的原理与应用[EB/OL]
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