课程设计电子温度计.docx

目录1、基于单片机的温度数据采集系统设计方案31.1课程设计的要求3L2课程设计目的31.3系统设计总体方案32、系统硬件介绍42.1硬件组成42.2AT89C51单片计算机的组成原理42.2.1组成框图及内部总体结构42.2.2单片机各口及其负载能力、接口要求52.3DS18B20数字温度传感器介绍82. 3.1功能介绍83. 3.2DS18B20温度传感器的存储器104. 3.3DS18B20的内部逻辑图125. 3.4DS18B20读写时序126. 3.5存储器操作命令143、硬件电路设计156.1 主控制器157. 2显示电路164、软件设计167.1 主程序模块168. 2温度检测流程175、程序的编写与调试188.1 程序的编写189. 2调试程序206、仿真调试207、课程设计体会228、参考文献23附L源程序代码23摘要现代测温应用中，温度计向数字化方向开展。传统的机遇物理方法的温度计功能单一,而数字温度计以其便携，检测精度高，功能多等优点应用的越来越广泛。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认的，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,智能化控制方向开展。本课程设计研究四位数字温度计的设计与实现，并采用Protues软件和Keil软件来对其进行仿真，通过电阻值的变化使相应电压发生改变，输出电压经A/D转换后，其值由AT89C51处理，最后将其显示在4个七段数码显示器上。随着技术的开展，一些环境比拟恶劣的场合中也能觅得数字温度计的踪迹。在本文中，主要从功能组合，硬件组合，软件算法等几个方面探讨温度计的设计。数字温度计在现代测温应用方面具有诸多优势，值得进一步学习和研究。关键词：单片机AT89C51、模数转换、数码显示1、基于单片机的温度数据采集系统设计方案1.1 课程设计的要求1）根本范围-50°C110°C2）精度误差小于0.53）LED数码直读显示4）扩展功能5）可以任意设定温度的上下限报警功能1.2 课程设计目的1）通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识复习和掌握，对单片机课程的应用进一步的了解。12）掌握按键消抖的方法，LED的动态显示，DS18B20的使用和编程原理。13）通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验。4）掌握Keil及ProteUS仿真软件的使用方法。1. 3系统设计总体方案根据任务书要求，初步思路如下：温度计电路设计总体设计方框图如下列图所示，本设计是测温电路，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。温度是非电量模拟信号，数字显示温度就必须将这一非电量信号转换成电量电压或电流），然后将模拟电信号经A/D转换器转换成数字信号，最后经译码显示器显示温度值。控制器采用单片机AT89C51,采集到的温度模拟信号05V用一个滑动变阻器分压实现，模拟信号数字化是通过ADC0808实现的，其主要功能和要求的实现是通过可编程芯片AT89C51单片机到达的，用4位LED数码管显示温度。2、系统硬件介绍2.1硬件组成本系统所用的硬件有：见表2。表2系统硬件清单器件名称数量AT89C52单片机1个USB接口1个USB供电的电缆线1个0.56寸红色,546IaS共阴四位数码管1个DS18B201个电容假设干电阻假设干导线假设干2. 2AT89C51单片计算机的组成原理2. 2.1组成框图及内部总体结构图2-1AT89C51单片机功能结构框图图2-1为AT89C51单片机功能结构框图AT89C51芯片内部集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。AT89C51单片机内部包含以下一些功能部件：(1) 一个8位CPU；(2) 一个片内振荡器和时钟电路；(3) 4KBR0M(80C51有4KB掩膜ROM,87C51有4KBEPROM,80C31片内有无ROM)；(4) 128B内RAM；(5) 可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；(6)两个16位定时/计数器；(7) 21个特许功能存放器；(8) 4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；(9) 一个可编程全双工串行口；(10) 5个中断源，可设置成2个优先级。2.2.2单片机各口及其负载能力、接口要求80C51共有4个8位并行I/O端口，共32个引脚(I)PO口8位双向1/0口。在不并行扩展外存储器(包括并行扩展1/0口)时，PO口可用作双向1/0口。在并行扩展外存储器(包括并行扩展1/0口)时，PO口可用于分时传送低8位地址(地址总线)和8位数据信号(数据总线)。位结构如图2-4所示。PO口能驱动8个LSTTL门。图2-2Po口位结构(2) Pl口8位准双向1/0口(“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻)。位结构如图2-5所示。第二输出功能VCC第二输入功能图2-5P3位结构上述4个I/O口,各有各的用途。在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，4个I/O口都可作为双向I/O口用。在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，PO专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,P2专用于传送高8位地址信号。P3口根据需要常用于第二功能,真正可提供应用户使用的I/O是Pl口和一局部未用作第二功能的P3口端线。2.3DS18B20数字温度传感器介绍2.3.1功能介绍DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822“一线总线”字化温度传感器同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55oC+125°C,-10+85°C范围内，精度为±0.5°C°DS1822的精“一线总线”的数字方式传输，大大提的现场温度测量，如：境控制、设备或前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V而且新一代产品更廉价，体积更小。以程序设定912位的分辨率，精度为土适用范围。分辨率设定，及用户设定的DALLAS18B20123(BOflTOMVIEW>TO-92(DSI8B20)度较差为土2oCo现场温度直接以高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境过程控制、测温类消费电子产品等。与的电压范围，使系统设计更灵活、方便。DS18B20、DS1822的特性DS18B20可0.5oCo可选更小的方式，更宽的电压报警温度存储在EEPRoM中，掉电依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM,精度降低为±2。C,适用于对性能要求不高，本钱控制严格的应用，是经济型产品。继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由四局部组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置存放器。DS18B20的管脚排列如下：DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端在寄生电源接线方式时接地）。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码fCRC=X8+X5+X4+lL光刻RoM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625°CLSB形式表达，其中S为符号位，见表3-1。表3-1DS18B20内部温度表示形式bit7bit6btl5hit4hit3billbit1bat.LSByteTII22II2l2u2*'T22“II-Ibat15bitHbit13bit12bitUNt10bit9IMSBytcsIsIsIssI2*2'II"4Il这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07D0H,+25.0625的数字输出为0191H,-25.0625的数字输出为FF6FH,-55°C的数字输出为FC90H。见表3-2表3-2DS18B20转化温度形式实际温度值数字输出二进制）数字输出十六进制）+125oC0000Olll1101000007D0H+8500000101010100000550H+25.0625oC00000001100100010191H+10,125000000001010001000A2H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H-0.5IlllIlllIlll1000FFF8H-10.125IlllIlll01011110FF5EH-25.0625Illl11100110IlllFE6EH-55Illl110010010000FC90H2.3.2DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、T和结构存放器。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构存放器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节，见表3-3。表2-3DS18B20暂存存储器的8个连续字节存放器内容字节地址温度最低数字位0温度最高数字位1高温限值2低温限值3保存4保存5计数剩余值6每度计数值7CTR校验8该字节各位的意义如下：