基于單片機的數(shù)字溫度計設計(課程設計有電路圖和程序)

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p><b>　　數(shù)字式溫度計設計</b></p><p>　　摘要：隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經成為一種比較成熟的技術,本文將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設置上下報警溫度，當溫度不在設置范圍內時，可以

2、報警。 關鍵詞：單片機，數(shù)字控制，溫度計， DS18B20，AT89S52</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從數(shù)單片機技

3、術入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。</p><p>　　本設計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設計控制器使用單片機AT89S52，測溫傳感器使用DS18B20，用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示,能準確達到以上要求</p><p><b&

4、gt;　　1、設計方案</b></p><p>　　本設計方案的選擇主要是感溫元件的選擇，經查閱資料，IC式感溫器在市場上應用比較廣泛的有以下幾種：</p><p>　　(1)AD590：電流輸出型的測溫組件，溫度每升高1攝氏度K(凱式溫度)，電流增1uA，溫度測量范圍在-55℃～150℃之間。其所采集到的數(shù)據(jù)需經A/D轉換，才能得到實際的溫度值。．</p>&l

5、t;p>　　(2)DSl8B20：除了測量溫度外，它還可以把溫度值以數(shù)字的方式(9Bit)送出，溫度送出的精度為O.5℃，溫度測量范圍在-55℃～125℃之間，可以做恒溫控制。</p><p>　　(3)SMARTEC感溫組件：這是一只3個管腳感溫IC，溫度測量范圍在—45℃～130。C。誤差可以保持在0．7℃以內。</p><p>　　本設計選用DSl8820感溫IC，這是因其性能

6、參數(shù)符合設計要求，接口簡單，內部集成了A／D轉換，測溫更簡便，精度也較高，反應速度快，且經過市場考察，該芯片易購買，使用方便。</p><p>　　本電路主要由以下三大模塊組成。</p><p>　　模塊一：DSl8B20芯片。</p><p>　　實現(xiàn)功能：實現(xiàn)溫度的采集和模擬量與數(shù)字量的轉換，采集后的數(shù)據(jù)經過芯片內部模數(shù)轉換后通過一個單總線傳送到單片機的信號輸入

7、口。</p><p>　　模塊二：AT89S52單片機。</p><p>　　實現(xiàn)功能：通過程序開發(fā)并輸入到單片機，使其具備一定的數(shù)據(jù)處理能力，同時通過對DSl8B20芯片的讀和寫把檢測到的數(shù)據(jù)轉換成編碼寫到AT89S52單片機中，再通過單片機的輸出口輸出數(shù)據(jù)經過控制由LCDl602動態(tài)顯示出來。</p><p>　　模塊三：LCDl602。</p>

8、<p>　　實現(xiàn)功能：將單片機輸出的數(shù)據(jù)進行動態(tài)顯示。</p><p>　　2、DSl8B20芯片</p><p>　　美國DALLAS生產的DSl8B20，將各種數(shù)字轉換電路都集成在一起，省去了電路中的轉換、放大等單元，節(jié)約了大量的引線和控制通道切換的邏輯電路，DS18B20內部主要由四部分組成：暫態(tài)存儲器、64位ROM、溫度傳感器及溫度報警觸發(fā)裝置；DSl8B20的測量溫度范

9、圍從一55℃～+125℃，所以在實際的應用中具有極高的性價比。</p><p><b>　　2.1性能特點</b></p><p>　　1)在一10℃～+85℃范圍內，DSl8B20具有±O．5℃的精度。</p><p>　　2)獨特的寄生電源供電方式和外接電源供電方式并存，且供電范圍為3．0V～5．5V。</p>&l

10、t;p>　　3)具有可編程的9～12位溫度轉換精度。</p><p>　　4)采用“一線總線”結構，且處理只要一只I／0端口就可以實現(xiàn)多點測溫，節(jié)省硬件資源。</p><p>　　5)內部設有程序設置寄存器，可用來設置各種參數(shù)：分辨率、報警溫度等。</p><p>　　2.2 DSl8B20的內部存儲器</p><p>　　由圖1可以看

11、到，Dsl8820的內部存儲器是由8個單元組成，其中第0、1個存放測量溫度值，第2、3分別存放報警溫度的上下限值，第4單元為配置單元，5、6、7單元在DSl8820這里沒有被用到。對于第4個寄存器，用戶可以設置溫度轉換精度，系統(tǒng)默認12bit轉換精度，相當于十進制的0．0625℃，其轉換時間大約為750磷。具體見表l。</p><p>　　圖1 內部存儲器結構圖</p><p><b

12、>　　表1 溫度精度配置</b></p><p>　　由于DS18B20采用的“一線總線”結構，所以數(shù)據(jù)的傳輸與命令的通訊只要通過微處理器的一根雙向I／o口就可以實現(xiàn)。DSl8B20約定在每次通信前必須對其復位，具體的復位時序如圖2所示。</p><p><b>　　圖2 復位時序圖</b></p><p>　　圖2中所示，t

13、RSTL為主機發(fā)出的低電平信號，本文中有AT89S52提供，tRSTL的最小時延為，然后釋放總線，檢查DSl8B20的返回信號，看其是否已準備接受其他操作，其中tPDHIGH時間最小為，最長不能超過，否則認為DS18B20沒有準備好，主機應繼續(xù)復位，直到檢測到返回信號變?yōu)榈碗娖綖橹埂?lt;/p><p>　　主機一旦檢測到DS18B20的存在，根據(jù)DS18B2的工作協(xié)議，就應對ROM進行操作，接著對存儲器操作，最后進

14、行數(shù)據(jù)處理。在DS18B20中規(guī)定了5條對ROM的操作命令。見表2.</p><p>　　主機在發(fā)送完ROM操作指令之后，就可以對DS18B20內部的存儲器進行操作，同樣DS18B20規(guī)定了6條操作指令。見表3。 DS18B20的讀、寫時序圖見圖3。</p><p>　　圖3 DS18B20的讀、寫時序圖</p><p>　　3、AT89S52單片機</p&g

15、t;<p><b>　　3.1主要性能 </b></p><p>　　與MCS-51單片機產品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 、 三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數(shù)據(jù)

16、指針 、掉電標識符 。</p><p>　　3.2功能特性描述 </p><p>　　AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編

17、程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、

18、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52 </p><p>　　P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 </p><p>　　當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存

19、儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。 </p><p>　　在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。 </p><p>　　P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，

20、此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。 </p><p>　　在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 </p><p><b>　　引腳號第二功能 </b&

21、gt;</p><p>　　P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 </p><p>　　P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） </p><p>　　P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用） </p><p>　　P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用） </p><p>　

22、　P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） </p><p>　　P2 口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個 </p><p>　　TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 </p><p>　　口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 &l

23、t;/p><p>　　在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。 </p><p>　　在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 </p><

24、;p>　　P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 </p><p>　　P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 </p><p>　　在fla

25、sh編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 </p><p><b>　　端口引腳 第二功能</b></p><p>　　P3.0 RXD(串行輸入口)</p><p>　　P3.1 TXD(串行輸出口)</p><p>　　P3.2 INTO(外中斷0)</p><p>　　P3.3 INT1

26、(外中斷1)</p><p>　　P3.4 TO(定時/計數(shù)器0)</p><p>　　P3.5 T1(定時/計數(shù)器1)</p><p>　　P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)</p><p>　　P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)</p><p>　　此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控

27、制信號。</p><p>　　RST——復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。</p><p>　　ALE/PROG——當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過

28、一個ALE脈沖。</p><p>　　對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。</p><p>　　如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。</p><p>　

29、　PSEN——程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。</p><p>　　EA/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內

30、部會鎖存EA端狀態(tài)。</p><p>　　如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器的指令。</p><p>　　FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。</p><p><b>　　4、電路原理</b></p><p><b&g

31、t;　　4.1電路原理</b></p><p>　　本設計進行溫度顯示控制主要的控制器件是AT89S51單片機，而DSl8820芯片是單總線結構的電子元件。單線總線是一種具有一個總線主機和一個或若干個從機(從屬器件)的系統(tǒng)。DSl8S20芯片在電路中起從機的作用。單線總線只有一根線，即線上的第一個器件能在適當?shù)臅r間驅動該總線。為了做到這一點，第一個連接到單線總線上的器件必須具有漏極開路或三態(tài)輸出。另外

32、。單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。不管任何原因，如果執(zhí)行需要被掛起，那么，若要重新恢復執(zhí)行，總線必須保持在空閑狀態(tài)。如果不滿足這一點且總線保持在低電乎時閾大于480us，那么總線上所有器件均被復位。由此。DSl8820芯片的DQ接單片機lqO 1：1 P3．3，通過溫度傳感器采樣的數(shù)據(jù)送入單片機，單片機依據(jù)預先寫好的程序，通過靜態(tài)顯示，最后在LcDl602顯示出了溫度數(shù)值。電路原理如圖l所示。</p><p>　　4

33、．2電路的焊接和調試</p><p>　　由于本設計的電路比較簡單。為了節(jié)省成本選擇了使用萬用板。按電路圖把所有的元器件焊接好，并連接好電源線和地線，檢查無誤，用“easy Isp_2”下載線，使用Easy 51Prov2．0下載程序，把程序下載到52單片機實驗板上，即可通電調試。另外，為了向溫度計提供一個穩(wěn)定的5v穩(wěn)壓工作電源，在板上另加了一個5V穩(wěn)壓電源。</p><p><b&

34、gt;　　5、結束語</b></p><p>　　基于單片機的數(shù)字式溫度計通過在各種環(huán)境溫度下的多次測量實驗，測試結果表明本文設計的數(shù)字溫度計能較好地顯示出實際環(huán)境溫度，且反應迅速，使用方便，測量的溫度精確在0．8"E之內，完全滿足設計要求。該數(shù)顯溫度計已在各種冷藏庫、雞苗孵化房等場合使用，收到了良好的效果</p><p><b>　　6、參考文獻</

35、b></p><p>　　[1]林伸茂．8051單片機徹底研究實習篇[M]．北京：人民郵電出版社。2002．</p><p>　　[2]李群芳．張士軍，黃建．單片微型計算機與接口技術(第2版)[M]．北京：電子工業(yè)版社，2005．</p><p>　　[3]馬家展。孫玉德，張穎．MCS-51單片機原理及接口技術[Ml哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社。1998．&l

36、t;/p><p><b>　　附件</b></p><p><b>　　電路原理圖</b></p><p><b>　　PCD板</b></p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　/****************

37、*************************************************/ </p><p>　　/*名稱： 測溫+顯示程序 */

38、 </p><p>　　/*功能： 讀取當前18B20溫度，由數(shù)碼管顯示出來。 */

39、 </p><p>　　/************

40、*****************************************************/</p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit DQ =P3^7;//18B20數(shù)據(jù)線引腳</p><p&g

41、t;<b>　　//行掃描數(shù)組</b></p><p>　　uchar code scan[4] = {0x7f,0xbf,0xdf,0xef};//row0--row4</p><p>　　//數(shù)碼管顯示的段碼表</p><p>　　uchar code table[20] ={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x

42、82,0xf8,0x80,0x90, 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,};</p><p>　　uchar dispbuf[4]; //顯示緩沖區(qū) </p><p>　　uchar temper[2];//存放溫度的數(shù)組 </

43、p><p>　　/*****************************延時函數(shù)**************************/</p><p>　　void delay (unsigned int us) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(us--);</p>

44、<p><b>　　}</b></p><p>　　void reset(void) //復位</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar x=0;</p><p><b>　　DQ = 1;</b></p><

45、p>　　delay(8); //稍做延時</p><p><b>　　DQ = 0;</b></p><p>　　delay(80); //精確延時 大于 480us</p><p>　　DQ = 1; //拉高總線</p><p>　　delay(14);</p><p>&l

46、t;b>　　x=DQ;</b></p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************從DS18B20讀一字節(jié)***************/</p><p>　　uchar readbyte(void) //

47、讀1字節(jié)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i=0;</p><p>　　uchar dat=0;</p><p>　　for (i=8;i>0;i--)</p><p><b>　　{</b></p><p&g

48、t;<b>　　DQ = 0;</b></p><p><b>　　dat>>=1;</b></p><p><b>　　DQ = 1;</b></p><p><b>　　if(DQ)</b></p><p>　　dat|=0x80;<

49、/p><p><b>　　delay(4);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(dat);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***********************向DS18

50、B20寫一字節(jié)***********************/</p><p>　　void writebyte(unsigned char dat) //寫1字節(jié)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i=0;</p><p>　　for (i=8; i>0; i--)</

51、p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DQ = 0;</b></p><p>　　DQ = dat&0x01;</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　DQ = 1;&l

52、t;/b></p><p><b>　　dat>>=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　delay(4);</b></p><p><b>　　}</b></p><p&g

53、t;　　/***********************CPU讀取溫度值***************************/</p><p>　　void readtemp(void) //讀取溫度</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar a=0,b=0;</p><p><b&

54、gt;　　reset();</b></p><p>　　writebyte(0xCC); // 跳過序列號</p><p>　　writebyte(0x44); // 啟動溫度轉換</p><p><b>　　reset();</b></p><p>　　writebyte(0xCC);</p>

55、<p>　　writebyte(0xBE); //讀9個寄存器,前兩個為溫度</p><p>　　a=readbyte(); //低位</p><p>　　b=readbyte(); //高位</p><p>　　temper[0]=a&0x0f;</p><p>　　a=a>>4; /

56、/低位右移4位，舍棄小數(shù)部分</p><p>　　temper[1]=b<<4; //高位左移4位，舍棄符號位</p><p>　　temper[1]=temper[1]|a;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************************

57、***顯示+讀鍵*************************/</p><p>　　void vLedKey_Scan()</p><p>　　{ unsigned char i,value; </p><p>　　for(i=0;i<=3;i++)</p><p><b>　　{</b></p&g

58、t;<p>　　value =table[dispbuf[i]]; //取一行顯示數(shù)據(jù) </p><p><b>　　if(i==0)</b></p><p>　　value &= 0x7f;</p><p>　　P0 = value;</p><p>　　P2 = scan[i];//取row0-

59、-row7行掃描數(shù)據(jù)</p><p>　　delay(100); //延時50us</p><p>　　P2 = 0xff;//關顯示</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*******************

60、************主函數(shù)***********************/</p><p><b>　　main()</b></p><p>　　{ uchar i;</p><p>　　uchar temp;</p><p>　　float backbit; </p><p>　　for

61、(i=0;i<=3;i++)</p><p>　　dispbuf[i] = 17;</p><p><b>　　while(1){</b></p><p>　　vLedKey_Scan(); //顯示，讀鍵掃描 </p><p>　　readtemp();//讀18B20</p><p>　

62、　backbit = temper[0];//換成浮點數(shù)</p><p>　　backbit = backbit * 6.25;//乘以0.0625*100</p><p>　　temp = backbit;//取低2位整數(shù)部分</p><p>　　dispbuf[3] = temp%10 ;</p><p>　　temp = temp/10

63、;</p><p>　　dispbuf[2] = temp%10 ;</p><p>　　temp = temper[1];//取整數(shù)部分</p><p>　　dispbuf[1] = temp%10;</p><p>　　dispbuf[1]+=10;//給數(shù)碼管顯示第二位后面加小數(shù)點</p><p>　　temp

64、 = temp/10;</p><p>　　dispbuf[0]= temp%10;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/********************************結束**********************