2022年基于51单片机的数字温度计设计.docx

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1、精品学习资源基于 51 单片机地数字温度计设计摘要 随着现代信息技术地飞速进展和传统工业改造地逐步实现能够独立工作地温度检测和显示系统应用于诸多领域. 这里设计地数字温度计采纳DS18B20为传感器，选用AT89C51 型单片机作为主掌握器件，通过4 位一体共阳极地数码管进行温度显示.与热敏电阻为温度敏锐元件地温度计相比，该数字温度计具有读数便利，测温范畴广，测温精确等特点 .另外，仍在该温度计中加入了秒表计时地功能，能够实现“分，秒 ”地计时显示，并且，两种功能能够用按键实现切换.关键词： AT89C51 ； DS18B20 传感器；温度；秒表Abstract:With the develo

2、pment of modern informationtechnology and the progressive of the traditional industrial transformation.Using DS18B20 as the sensor of the digitalthermometer , AT89C51 microcontroller as the main control device,and the four digital tube are used to display. Compared with the thermometer thermistor fo

3、r temperature sensitive element,the digital thermometer have manyadvantages,forexample,itcasngettemperaturemoreconvenient,wider,andmoreaccurate.In adition,The digital thermometer also as a stopwatch,according to the minutes and seconds.And with the pressing of the keys,we can choose the different fu

4、nctions of the digital thermometer.Key words: AT89C51 ；DS18B20 ；the temperature；stopwatch目录1 系统硬件设计方案11.1 单片机挑选11.2 温度传感器介绍21.3 温度传感器与单片机地连接41.4 复位电路41.5 时钟电路51.6 按键电路51.7 显示电路61.8 电源电路和系统供电82 软件设计92.1 DS18B20 测温9欢迎下载精品学习资源2.1.1 DS18B20 复位92.1.2 DS18B20 读写规律 0 与 1102.1.3 单片机拜访 DS18B20102.1.4 DS18B20

5、 程序设计112.2 秒表程序设计112.3 按键功能123 系统测试133.1 测试方案133.2 测试条件与仪器133.3 测试结果及分析134 系统特色145 心得和体会146 参考文献15附录 1：电路原理图16附录 2：实物图16附录 3：仿真测试图17附录 4：源程序18欢迎下载精品学习资源数字温度计设计1 系统硬件设计方案作品主要利用 AT89C51 单片机、 DS18B20 数字温度传感器而设计地数字温度计，实现对空气温度地测量 .图 1 系统原理结构框图如图 1 所示，该温度计通过ds18b20 数字传感器进行采集，将数据传送给单片机，程序通过按键对单片机进行操作，然后再数码

6、管上显示.1.1 单片机挑选AT89C51 作为温度测试系统设计地核心器件 .该器件是 INTEL 公司生产地 MCS 一 5l 系列单片机中地基础产品，采纳了牢靠地 CMOS 工艺制造技术，具有高性能地 8 位单片机，属于标准地 MCS 51 地 CMOS 产品 .不仅结合了 HMOS 地高速和高密度技术及CHMOS 地低功耗特点，而且继承和扩展了 MCS 48 单片机地体系结构和指令系统 .单片机小系统地电路图如图 2 所示 .图 2 单片机小系统电路欢迎下载精品学习资源AT89C51 单片机地主要特性：(1) 与 MCS-51 兼容， 4K 字节可编程闪耀储备器；(2) 敏捷地在线系统编

7、程，掉电标识和快速编程特性；(3) 寿命为 1000 次写/擦周期，数据保留时间可10 年以上； 4全静态工作模式：0Hz-33Hz ；(5) 三级程序储备器锁定；(6) 128*8 位内部 RAM ，32 可编程 I/O 线；(7) 两个 16 位定时器 /计数器， 6 个中断源；(8) 全双工串行 UART 通道，低功耗地闲置和掉电模式；(9) 看门狗（ WDT ）及双数据指针；9片内振荡器和时钟电路；1.2 温度传感器介绍DS18B20 可以程序设定912 位地辨论率，精度为 0.5 C.可选更小地封装方式，更宽地电压适用范畴 .辨论率设定，及用户设定地报警温度储备在EPROM 中，掉电

8、后依旧储存 .温度传感器 DS18B20 引脚如图 3 所示 .8 引脚封装TO 92 封装图 3 温度传感器引脚功能说明：NC ：空引脚，悬空不使用；VDD ：可选电源脚，电源电压范畴35.5V.当工作于寄生电源时，此引脚必需接地.欢迎下载精品学习资源DQ ：数据输入 /输出脚 .漏极开路，常态下高电平. GND ：为电源地DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM 、温度传感器、非挥发地温度报警触发器 TH 和 TL 、配置寄存器（如图4） .图 4 DS18B20 内部结构图光刻 ROM 中地 64 位序列号是出厂前被光刻好地，它可以看作是该 DS18B20 地地址序

9、列码 .64 位光刻 ROM 地排列是：开头 8 位（ 28H ）是产品类型标号，接着地 48 位是该DS18B20 自身地序列号，最终 8 位是前面 56 位地循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1 ） .光刻 ROM 地作用是使每一个DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20 地目地 .DS18B20 中地温度传感器可完成对温度地测量，以12 位转化为例 :用 16 位符号扩展地二进制补码读数形式供应，以0.0625 /LSB 形式表达，其中 S 为符号位 .DS18B20 温度传感器地内部储备器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性地可电擦除地 E2

10、RAM, 后者存放高温度和低温度触发器TH 、TL 和结构寄存器 .暂存储备器包含了8 个连续字节，前两个字节是测得地温度信息，第一个字节地内容是温度地低八位，其次个字节是温度地高八位.图 5 温度寄存器格式第三个和第四个字节是TH 、TL 地易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器地易失性拷贝，这三个字节地内容在每一次上电复位时被刷新.第六、七、八个字节用于内部运算.第九个字节是冗余检验字节.欢迎下载精品学习资源该字节各位地意义如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位始终都是1 ， TM 是测试模式位，用于设置DS18B20 在工作模式仍是在测试模式.在 DS18B20 出厂时该位被设置为

11、0，用户不要去改动 .R1 和 R0 用来设置辨论率，如表1 所示：（ DS18B20 出厂时被设置为 12 位）表 1 DS18B20 温度转换时间表R1R0辨论率/位温度最大转向时间00993.750110187.510113751112750依据 DS18B20 地通讯协议，主机掌握DS18B20 完成温度转换必需经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位胜利后发送一条ROM指令，最终发送RAM指令，这样才能对DS18B20 进行预定地操作 .复位要求主 CPU 将数据线下拉 500 微秒，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 1660 微秒左右，后发出6024

12、0 微秒地存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位胜利.1.3 温度传感器与单片机地连接欢迎下载精品学习资源温度传感器地单总线 数据线 DQ 与单片机地INT 1/P3.3 口连接（如图 5）.欢迎下载精品学习资源图 6 DS18B20 和单片机地接口连接程序设计时通过 P3.3 口对 DS18B20 进行操作，实现初始化和温度读取等功能.1.4 复位电路MCS-51单片机地复位是靠外部电路实现地.MCS-51单片机工作后，只要在它地RESET 引线上加载 10ms 以上地高电平，单片机就能有效地复位.欢迎下载精品学习资源上电复位：上电复位电路是 种简洁地复位电路，只要在RST 复位引脚接一

13、个电容到VCC ，接一个电阻到地就可以了.上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到 RST 复位引脚一个短暂地高电平信号，这个复位信号随着VCC 对电容地充电过程而回落，所以 RST 引脚复位地高电平维护时间取决于电容地充电时间.为了保证系统安全牢靠地复位， RST 引脚地高电平信号必需维护足够长地时间.图 7 复位电路1.5 时钟电路时钟是单片机地心脏，单片机各功能部件地运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作 .因此，时钟频率直接影响单片机地速度，时钟电路地质量也直接影响单片机系统地稳固性 .常用地时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式.设计采纳地是

14、内部时钟方式.图 8 时钟电路1.6 按键电路按键地开关状态通过肯定地电路转换为高、低电平状态.当按键按下时，在单片机地相应 I/O 口产生负脉冲，闭合和释放过程都要经过肯定地过程才能达到稳固，这一过程是处于高、低电平之间地一种不稳固状态，称为抖动.抖动连续时间地常长短与开关地机械特性有关，一般在5-10ms 之间 .为了防止 CPU 多次处理按键地一次闭合，应采纳措施排除抖动；消抖一般是通过在程序中给肯定地延时再检测信号.本设计中采纳地是独立式按键，每欢迎下载精品学习资源个按键地工作状态不会产生相互影响，直接用I/O 口线构成单个按键电路，每个按键占用一条 I/O 口线，这样只需要对单片机单

15、个I/O 口进行操作就能实现按键功能（如图9） .图 9 按键电路1.7 显示电路LED数码管使用发光二极管构成显示字型，LED数码管连接方式分类：共阴极数码管和共阳极数码管（如图10）.共阴极数码管：将数码管阴极接地，相应段上地阳极接正电压.共阳极数码管：将数码管阳极接地，相应段上地阴极接正电压.图 10 共阴和共阳数码管依据数码管连接方式地不同，在应用中，要实现数字显示，就需要用不同地编码，从低到高位为： a b c d e f g h.如：数字 “5”，需要相应二极管亮地是：a f g c d ；共阳极编码为： 10010010（ 0x92 ），共阴极就正好相反.需要显示数字表2 09

16、共阳极数码管编码（不含小数点）编码需要显示数字编码0c0H1100 0000592H1001 00101f9H1111 1001682H1000 00102a4H1010 01007f8H1111 1000欢迎下载精品学习资源3b0H1011 0000880H1000 0000499H1001 1001990H1001 0000同理可得 09 共阳极数码管编码（含小数点）： 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10H本设计中采纳地是4 位一体地数码管（图11），与单个数码管相比，有4 个位选线A1 ， A2 ， A3 ， A4 ，通过接高电平实现对每一位地操

17、作，数据线地原理就与单个数码管一样.图 11 四位一体数码管引脚图如图 12，数码管上拉电阻采纳共阳极方式，以单片机P2 口为位选信号，由于直接使用单片机 I/O 口不足以驱动数码管，因此在显示电路上加入了三级管驱动，采纳地是s9012 三极管， s9012 是 PNP 型地三级管，基极通过1k 电阻接单片机地P2 口，发射极接正电压，集电极接数码管位选信号；由于是PNP 型三级管，只有当单片机P2 口为低时，数码管地相应位置选才选中.欢迎下载精品学习资源图 12 显示电路图1.8 电源电路和系统供电由于该系统需要稳固地5 V 电源，因此必需采纳能满意电压、电流和稳固性要求地电源.设计采纳外部

18、地 5V 电源供电，在电源两端并连上了两个电容（如图13） .图 13 电源电路图设计中外部供电采纳地是Mini-usb （ B 型）接口，由于并没有用到数据地传输，只是欢迎下载精品学习资源单纯供电，所以设计中只用到了Pin 1（ V Bus ）和 Pin 5（ GND ） .图 14 mini-usb 引脚图对系统供电地设计，可采纳以下方法：直流稳压电源，单片机开发板，手机电池，迷你 USB 接口；其中利用迷你USB 接口供电可以通过手机充电器、电脑USB 接口等，可以让温度计在使用起来更便利，这也是本设计中地特点之一.2 软件设计2.1 DS18B20测温2.1.1 DS18B20 复位图

19、 15 DS18B20 复位时序DS18B20 复位时序：1. 单片机拉低总线480950us，然后释放总线（拉高电平）；2. DS18B20 会拉低电平 60240us 表示应答；3. DS18B20 拉低电平地60240us 之间，单片机读取总线电平，为低就复位胜利， 为高就复位失败；4. DS18B20 拉低电平 60240us 之后，会释放总线.欢迎下载精品学习资源2.1.2 DS18B20 读写规律 0 与 1图 16 DS18B20 写规律 0 与 1DS18B20 写规律 0 与 1 时序：1单片机拉低电平约1015us；2单片机连续拉低 “ 0（”高 “ 1）”电平约 2045

20、us；3释放总线 .图 17 DS18B20 读规律 0 与 1 DS18B20 读规律 0 与 1 时序：1. 读取时单片机拉低总线1us；2. 单片机释放总线，读取总线电平；3DS18B20 会拉低 “ 0（”高 “ 1）”电平；4读取电平后延时 4045us.2.1.3 单片机拜访 DS18B20DS18B20 充当从机，单片机是主机，而单片机作为主机通过一线总线拜访DS18B20需要经过以下步骤：1. DS18B20 复位指令；2. 执行 ROM 指令；3. 执行 DS18B20 功能指令（ RAM 指令） .设计程序中需要用到地DS18B20 功能指令有：欢迎下载精品学习资源10xc

21、c:跳过读序号列；20x44: 启动温度转换；30xbe:读取温度寄存器 .2.1.4 DS18B20 程序设计图 18 DS18B20 程序测温流程DS18B20 可以精确到 0.0625，对于正地温度直接将高八位和低八位进行整合，即可求出温度；对于负地温度，读出地高8 位地最高 4 位代表了温度地符号位（0000 就代表温度为正， 1111 代表了温度为负），可以对这4 位进行判定，假如为1111，说明温度为负，就需要将 temp 取反再补 1，图 18 为 DS18B20 程序测温流程图 .2.2 秒表程序设计秒表程序实现地是计时功能，分为4 位显示：分十位，分个位，秒十位，秒个位.把定

22、时器地定时时间定为50ms，这样，计数溢出20 次即可得到时钟地最小计时单位秒（如计数 2 次就得到地秒表精度为0.1s）；秒计时是采纳中断方式进行溢出次数地累积，计满20次，即得到秒计时 .当秒计时到 “59”时，秒清零，分个位加“1”图.19 为秒表计时程序流程图.欢迎下载精品学习资源图 19 秒表计时程序流程图2.3 按键功能设计中共有 5 个按键，其中一个用于对AT89C51 地复位，当按键按下时复位胜利； 另外四个按键分别定义为KEY1 测温， KEY2 秒表， KEY3 秒表暂停 /开头， KEY4 秒表清零；图 20 为按键处理流程图.图 20 按键处理流程程序开头：KEY1 按

23、下：测温功能，显示温度为xx.xC （正温度）或 xx.xE （负温度）； KEY2 按下：开头秒表计时，显示当前计时xx 分， xx 秒；KEY3按下：定时器 0 地定时掌握位TR0=TR0 ，开头时TR0=1 ，第一次按下时，秒表暂停，以后每次按下，TR0 取反，即其次次按下，TR0=1 ，就实现秒表开头计时；欢迎下载精品学习资源KEY4 按下：关定时器中断，使定时器定时掌握位置0，令 min 和 sec 为零，即实现清零.3 系统测试3.1 测试方案1. 硬件测试把系统板分为几个部分，分别单独测试，然后再整体测试.2. 软件仿真测试利用软件仿真，分别实现温度测试，秒表测试，按键测试.3.

24、 软件硬件联合测试把程序下载到C51 单片机上，进行系统测试.详细操作：将写好地C 程序通过单片机开发板下载到AT89C51 上，再将单片机安装在系统板上，供5v 直流电，操作按键看是否能进行测温顺秒表功能.3.2 测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必需与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊.硬件测试仪器：万用表，直流稳压电源、示波器、单片机开发板；3.3 测试结果及分析Protus 仿真测试（见附页）： 综合测试（如图 21）：分别显示：温度为17.8C； 秒表计时到 146 秒.欢迎下载精品学习资源测空气中地温度秒表计时图 21 综合测试图刚开头测试地时候

25、，发觉数码管不够亮，后来自己查找了很多资料，找到了缘由：三级管驱动没有工作，后来我自己用面包板焊接了一个三极管驱动，再修改了程序进行检测，最终数码管能很好地显示温度；结合自己地系统板，我将单片机地P2 口作为数码管位置选端，重新设计了一下原有地驱动，采纳1k 电阻和 S9012 PNP 型三级管 .最终我在系统地供电端加入了迷你usb 接口，这样整个系统就能采纳usb 接口与电脑连接和手机充电器供电.结合软件和硬件地测试结果看，该温度计能实现对温度地测量，并且能随接触物地温度转变而转变 .4 系统特色系统地特色主要有：采纳多种供电方式，采纳迷你USB 接口能实现多种方式地使用， 如：手机充电器

26、，电脑，手机等；采纳数字温度传感器DS18B20 更精确地获得温度值；在测量温度功能地基础上加入了秒表计时地功能，秒表可用于长时间地计时，并且用户可以通过按键实现功能之间地相互转换.5 心得和体会通过这次对数字温度计地设计，我发觉自己仍有很多需要加强地地方，比如：画PCB板和画原理图；缺少对以前很多学过地C 语言、模电等课程地温习；过程中我也查找了很多资料，同时我也学到了很多东西，在调适过程中，动手写程序和改程序，一步步将结果欢迎下载精品学习资源调适出来，在动手才能和解决问题才能地有所提高.更重要地是团队地协作，有这样一句话：假如我用个人地才能，可以赚一个亿，可能100% 是我地；但我用十个人

27、地时候，我们可能赚到十个亿，可能我只有10%，我同样是一个亿，但我们地事业变大了.在做这次课题地过程中，我明白了一个人地力气是有限地，只有和谐好团队才能获得最多地成就.6 参考文献1. 电子技术基础 模拟部分 /康华光主编2. 单片微机原理、汇编与C51 及接口技术 清华高校出版社3. C 程序设计（第三版）谭浩强（著）清华高校出版社欢迎下载精品学习资源附录 2：实物图附录 1：电路原理图欢迎下载精品学习资源附录 3：仿真测试图温度仿真测试：显示13.0C 即 13.0 摄氏度秒表仿真测试：欢迎下载精品学习资源附录 4：源程序/*程序说明：主要两大功能： DS18B20 测温，秒表计时（精确到

28、秒）； 显示：测温显示为xx.xCxx.xE温度为正，最终一位显示字母C；温度为负，最终一位显示字母E；秒表显示为 xx 分 xx 秒；当秒增加到 59 时，秒清零，分 +1；精度为秒； 按键说明：按键 1 KEY1 挑选测温功能；按键 2 KEY2 挑选秒表功能；按键 3 KEY3 按下秒表暂停，再次按下秒表开头； 按键 4 KEY4 按下秒表清零；*/ #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int/*变量定义 */sbit KEY1 = P10 ；/按键，低有效； KEY1 测温， KEY2

29、秒表；sbit KEY2 = P11 ；sbit KEY3 = P12 ；/秒表模式暂停sbit KEY4 = P13 ；/秒表开头sbit DQ = P33 ；/ 原理图中 ds18b20 接 INT1 ， INT1 为 P3.3 口；sbit wei4 = P27 ；/ 位选口sbit wei3 = P26 ；sbit wei2 = P25 ；sbit wei1 = P24 ；欢迎下载精品学习资源uchar flagnum ；/按键标志uchar wenbiao ；/ 温度标志，温度为负wenbiao=0 ；温度为正 wenbiao=1 ；uchar min,sec；/秒表分、秒uchar

30、 k；/定时 50msuint temp ；/温度变量/*共阳极数码管不含小数点编码*/uchar code Tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90；/*共阳极数码管不含小数点编码*/uchar code Tab1=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10；/*函数声明 */ void Delay_msuint n ；/ 毫秒延时void Delay_usuchar n ；/ 微秒延时void Display2 ；/ 分、秒显示void System_Ini ；/ 定时

31、器 0 初始化void timer0 ；void DS18b20_Reset ；/定时器 0 中断 1/DS18b20 复位bit Read_bit ；uchar DS18b20_Read ；/ 读 1 位/ 读 1 个字节void Write_bitbit bitval；/ 写 1 位void DS18b20_Writeuchar byte void Changtemp ；/ 写1 个字节/开启温度转换uchar Readtemp；void Display1uint z ；/读取温度/温度显示void Wenduji ；uchar Keycheck ；/温度计/按键检测void Key_se

32、ruchar num ；/按键实现功能转换/*函数名称： void main函数功能：主函数输入参数：无欢迎下载精品学习资源函数变量： num1函数调用： void System_Ini ；void Wenduji ；uchar Keycheck ；void Key_seruchar num ；返回值：无函数说明：无*/ void mainuchar num1；System_Ini ；while1ifflagnum = 1Wenduji ；num1 = Keycheck ；Key_sernum1 ；/*函数名称： void Delay_msuint n函数功能：毫秒延时输入参数： n函数变量：

33、 i,j函数调用：无返回值： 无函数说明：无欢迎下载精品学习资源*/void Delay_msuint n/ 毫秒延时uint i,j ；fori=n ； i0 ；i- forj=110 ； j0 ；j- ；/*函数名称： void Delay_usuchar n函数功能：微秒延时输入参数： n函数变量：无函数调用：无返回值： 无函数说明：无*/void Delay_usuchar n/ 微秒延时whilen- ；/*秒表模块 */*函数名称： void Display2函数功能：分、秒显示输入参数：无函数变量：无函数调用： void Delay_msuint n ；返回值：无函数说明：无*/

34、欢迎下载精品学习资源void Display2wei1 = 0 ；P0 = Tabsec%10；Delay_ms2 ；wei1 = 1 ；P0 = 0xff ；/消影wei2 = 0 ；P0 = Tabsec/10；Delay_ms2 ；wei2 = 1 ； P0 = 0xff ；wei3 = 0 ；P0 = Tabmin%10 ；Delay_ms2 ；wei3 = 1 ； P0 = 0xff ；wei4 = 0 ；P0 = Tabmin/10 ；Delay_ms2 ；wei4 = 1 ；P0 = 0xff ；/*函数名称： void System_Ini函数功能：定时器初始化输入参数：无函数

35、变量：无函数调用：无返回值： 无欢迎下载精品学习资源函数说明：无*/void System_Ini/ 定时器初始化TMOD= 0x01 ；/ 定时器 0 方式 1 TH0=65535-50000/256 ；TL0=65535-50000%256 ；ET0 = 1 ；TR0 = 0 ；EA=1 ；/*中断 1*/ void timer0 interrupt 1TH0=65535-50000/256 ；TL0=65535-50000%256 ；k+ ；if k=20 / 定时器定时 50ms， 20 次就是 1 秒k = 0 ；sec+；ifsec59sec = 0；min+ ；ifmin59mi

36、n = 0 ；欢迎下载精品学习资源/*温度计模块 */*函数名称： void DS18b20_Reset函数功能： DS18b20 复位输入参数：无函数变量： DQ函数调用： void Delay_usuchar n ；返回值：无函数说明：无*/ void DS18b20_ResetDQ = 1 ；_nop_ ；/1usDQ = 0 ；/拉低总线Delay_us80 ；/ 延时 530us_nop_ ；DQ = 1 ；/拉高总线（释放数据线） Delay_us5 ；_nop_ ；_nop_ ；_nop_ ；Delay_us30 ；_nop_ ；_nop_ ；DQ = 1 ；/拉高总线，让总线处

37、于闲暇状态/*欢迎下载精品学习资源函数名称： bit Read_bit函数功能：读1 位输入参数：无函数变量： b ； DQ函数调用： void Delay_usuchar n ；返回值： b函数说明：无*/ bit Read_bitbit b；DQ = 0 ；/拉低总线 1us_nop_ ；DQ = 1 ；/释放总线_nop_ ；_nop_ ；b = DQ ；Delay_us7 ；/延时 4050 微秒returnb ；/*函数名称： uchar DS18b20_Read函数功能：读1 个字节输入参数：无函数变量： i , j, byte ；函数调用：无返回值： byte 函数说明：无*/ uchar DS18b20_Read欢迎下载精品学习资源uchar i,j,byte ；