DSB数字温度计使用课程方案设计书 .docx

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1、精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者： PanHongliang仅供个人学习单片机课程设计报告数字温度计专业班级可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结姓名时间周周指导老师年月日1 设计要求基本范畴 -50 -110精度误差小于 0.5 LED 数码直读显示2 扩展功能实现语音报数可以任意设定温度的上下限报警功能数字温度计应教 022 李世朋摘要： 随着时代的进步和进展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术 ,本文将介绍一种基于单片机把握的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在

2、设置范畴内时，可以报警。关键词： 单片机，数字把握，温度计， DS18B20 ， AT89S511 引言随着人们生活水平的不断提高,单片机把握无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的便利也是不行否定的，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、供应更好的更便利的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化把握，智能化把握方向进展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数便利，测温范畴广，测温精确，其输出温度接受数字显示，主要用于对测温比较精确的场所，或科研试验室使用，该设计把握器使用单片机AT89S51 ，测温传感器使用DS18B20

3、，用 3 位共阳极LED 数码管以串口传送数据 ,实现温度显示 ,能精确达到以上要求。2 总体设计方案2.1 数字温度计设计方案论证2.1.1 方案一由于本设计是测温电路，可以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，这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结较麻烦。2.1.2 方案二进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常简洁想到的，所以可以接受一只温度传感器DS18B20，此传感器

4、，可以很简洁直接读取被测温度值，进行转换，就可以中意设计要求。从以上两种方案，很简洁看出，接受方案二，电路比较简洁，软件设计也比较简洁， 故接受了方案二。2.2 方案二的总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图1 所示，把握器接受单片机AT89S51 ，温度传感器接受 DS18B20 ，用 3 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2.1 主把握器图 1总体设计方框图单片机复位LED可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结单片机 AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两显个口就能中意电路系统的设计需要

5、，很适合便携手持式产品的设计使用系主统可用二节电池供示电。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2.2 显示电路报 警 点 按 键 调控可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结显示电路接受 3 位共阳 LED 数码管，从 P3 口制RXD,TXD串口输出段码。2.2.3 温度传感器器温DS18B20 温度传感器是美国DALLAS度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结时钟振荡半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感传可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根感据实际要求通过简洁的编程实现位

6、的数字值读数方式。DS18B20 的性能特器点如下：特别的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能。无须外部器件。可通过数据线供电，电压范畴为3.05.5。零待机功耗。温度以或位数字。用户可定义报警设置。报警搜寻命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。负电压特性，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 接受脚 PR35 封装或脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图2 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结I/O储备器与把握规律图 2 DS18B20 内部结构可编辑资料 - -

7、 - 欢迎下载精品名师归纳总结64 位 ROM 的结构开头位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48 位，最终位是前面56 位的 C6R4 C 检验码，这也是多个DS18B20 可以温度采传用感一器线进行通信的缘由。温度报警触发器和，位可通过软件写入户报警上下限。高3温触发器DS18B20 温度传感器的内部储备R器O 仍包括一个高速暂存和一个非易失性的可电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结擦除的 EERAM 。高速暂存 RAM 的M结构为字节的储备器，结构如图高TH所示。头个字节可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结包含测得的C温度信息，第和第字节和和的拷

8、贝，是易失的，每次上电复位时被单速低温触发器 TL刷新。第个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度缓值的数字转换辨论率。DS18B20 工作时寄存器中的辨论率转线换为相应精度的温度存数值。该字节各位的定义如图3所示。低位始终为，是工作模接式位，用于设置DS18B20 在工作配模置寄式存仍器是在测试模式， DS18B20 出厂时该位被设置为口，用户要去改动，R1 和 0 准备温度转换的精度位可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Vdd8 位 CRC 发生器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结数，来设置辨论率。图 3DS18B20 字节定义由表 1 可见， DS18B20

9、温度越高，所需要的温度数据转换时将辨论率和转换时间权衡考虑。高 速 暂 存 的 第 、规律。第字节读出前面全部温度 LSB温度 MSB TH 用户字节 1TL 用户字节 2配置寄存器保留 保留 保留CRC转换的时间比较长，而且辨论率间越长。因此，在实际应用中要、字节保留未用，表现为全 字节的 CRC 码，可用来检验数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结据 ， 从 而 保 证 通 信 数 据 的 正 确性。当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开头启动转换。转换完成后的温度值就以16 位带符号扩展的二进制补码形式储备在高速暂储备备器的第、字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读

10、数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.062 5 LSB 形式表示。当符号位时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制。当符号位时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再运算十进制数值。表 2 是一部分温度值对应的二进制温度数据。表 1 DS18B20 温度转换时间表DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的 TH、T字节内容作比较。如 TH 或 T TL，就将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜寻命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜寻。在 64 位 ROM的最高有效字节中储备有循环冗余检验码（CRC）。主机 R

11、OM的前 56 位来运算 CRC值，并和存入DS18B20的 CRC值作比较，以判定主机收到的ROM数据是否正确。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。高温度系数晶振随温度变化其振荡 频率明显转变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中仍有一个计数门，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准备，每次测量前，第一将55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在55 所对应的一

12、个基数值。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器重新开头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。表 2一部分温度对应值表温度 / 二进制表示十六进制表示可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结+1250000 011111010000+850000 010101010000+25.062500

13、00 00011001000007D0H0550H0191H可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结+10.1250000 0000101000A2H0001+0.50000 000000000008H001000000 000000000000H1000-0.51111 11111111FFF8H0000-10.1251111 11110101FF5EH1110-25.06251111 11100110FE6FH1111-551111 11001001FC90H0000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

14、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功能命令发储备器操作命令处理数据。图 4 DS18B20 与单片机的接口电路2.3 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路DS18B20 可以接受两种方式供电，一种是接受电源供电方式，此时DS18B20 的 1 脚接的， 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时钟周期内供应足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当 DS18B20 处于写储备器操作和温度A/D 转换操作时，总线上必需有强的上拉，上拉开启时间最大为10

15、us 。接受寄生电源供电方式时VDD端接的。由于单线制只有一根线，因此发送接口必需是三态的。2.4 系统整体硬件电路2.4.1 主板电路系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，如图5 所示。图 5 中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范畴内时，发出报警鸣叫声音，同时LED 数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。图 5 中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较便利，在程序跑飞时， 可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。2.4.2

16、显示电路显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3 口的RXD,和 TXD,串口的发送和接收，四只数码管接受74LS164 右移寄存器驱动，显示比较清晰。图 5 单片机主板电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3 系统软件算法分析图 6 温度显示电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，运算温度子程序，显示数据刷新子程序等。3.1 主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20 的测量的当前温度值，温度测量每1s 进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度

17、，其程序流程见图7所示。发 DS18B20 复位命令初始化可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 7 主程序流程图程图调用显示子程序3.2 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能N是读出RAM中的 91S 到？发跳过 ROM 命令发读取温度命令字节，在读出时需进行图 8 读温度流CRC校验，校验可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图 8 示可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Y图 9 温度转换流程图Y3.3 温度转换初命次令上子电程序发 DS18B20 复 位读命取操作， CRC 校验Y可编辑资料 - - - 欢迎下

18、载精品名师归纳总结温度转换命令子程序主要是发12 位辨论率时转换时间N约为750ms，发跳过 ROM 命令温度转换开头命令，N当接受9 在字节本完程？序设计中接受1s 显可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Y示程序延时法读等出待温转度换值温的度完成。温度转换命令子程序流程图如上可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图，图 9 所示运算处理显示数3.4 运算温度据刷子新程序发温度转换开头命令NCRC校 验可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结运算温度子程序将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，其程序流程图如图 10 所示。终止可编辑资料

19、 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结发开温始度转换开头命令图 10运算温度流程图图 11显N 示数据刷新流程图3.5 显示温数度据零刷下 新. 子程序移入温度暂存器温度数据移入显示寄存器终止可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显N示数据进行刷新操作，当最高显示位可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为 0 时将符号显示Y位移入下一位。程序流程图如图11。十位数 0？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4温总度结值取与补码体置会“”标志置 “ + ” 标YN百位数 0？可编

20、辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结经过将近三周的单片机课程设计，最终完成了我的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计运算要小求数，位但温度从心底B里CD说，仍是兴奋的，到底这次设计把实物都做了出来，高Y兴之余不可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结得不深思吖！十位数显示符号百百位数显示数据可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在本次设计的过程中，我发觉很多的问题，虽然以前仍做过位这数样不的显设示计但这次设计真（不显示符号） 的让计我算长整进数了位很温度多，单B片CD机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很神奇的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程

21、序并不是一件简洁的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是BCD 码，这一次，我全部用的都是16 进制的数终止直接加减，显示处理时在用除法去删分,感觉成效比较好，有好多的东西，只有我们去试着终止做了，才能真正的把握，只学习理论有些东西是很难懂得的，更谈不上把握。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论学问用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收成。参考文献1 李朝青 . 单片机原理及接口技术（简明修订版）. 杭州：北京航

22、空航天高校出版社，19982 李广弟 . 单片机基础. 北京：北京航空航天高校出版社，19943 阎石. 数字电子技术基础（第三版）.北京：高等训练出版社，19894 廖常初 . 现场总线概述 J. 电工技术， 1999.版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is Pan Hongliangs personal ownership.用户可将本文的内容或服务用于个人学习、争论或观看，以及其

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