单片机的数字温度计的实训分析方案 .docx

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1、精品名师归纳总结天津电子信息职业技术学院暨国家示范性软件职业技术学院单片机实训题目：用 MCS-51单片机和18B20实现数字温度计姓名：系别：网络系专业：运算机掌握技术班级：计控指导老师： * 伟时间支配： 2021年1月7日至 2021年1月11日摘要可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结随着国民经济的进展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和掌握。采纳单片机来对他们掌握不仅具有掌握便利，简洁和敏捷性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。在日常生活及工业生产过程中，常常要用到温度的检测及掌握，温度是生产过程和科

2、学试验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效的进行生产，必需对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的掌握。温度掌握在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度掌握的基础，技术已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简洁的方式来测量。我们采纳美国DALLAS 半导体公司继 DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，温度范畴为 -55125 oC,最高辨论率可达 0.0625oC。DS18B20 可以直接读出北侧温度值

3、，而且采纳三线制与单片机相连，削减了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。本文介绍一种基于 AT89C51单片机的一种温度测量及报警电路 , 该电路采纳DS18B20作为温度监测元件，测量范畴 0- +100，使用 LED 模块显示，能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器 DS18B20的原理， AT89C51单片机功能和应用。该电路设计新奇、功能强大、结构简洁。关键词： 单片机，数字掌握，温度计， DS18B20， AT89S51第 1 章. 数字温度计总体设计方案可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1.1 数字温度计设计方案论证1.

4、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，感温电路比较麻烦。1.1.2 方案二1. 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，所以这是特别简洁想到的，所以可以采纳一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很简洁直接读取被测温度值，进行转换，就可以满意设计要求。从以上两种方案，很简洁看出，采纳方案二，电路比较简洁，软件设计也比较简洁，故采纳了方案二。2.方案二的总体设计

5、框图温度 计电路设 计总 体设 计方 框 图如图 1 所 示， 掌握 器采 用单 片机可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结AT89S51，温度传感器采纳 DS18B2，0度显示用 4 位 LED数码管以串口传送数据实现温可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结单片机复位LED显示主报警点按键调整控制器时钟振荡温度传感器图 1总体设计方框图第 2 章 数字温度计具体设计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.1 主掌握器 AT89S512.1.1 AT89s51的特点及特性：40 个引脚， 4k bytes flash 片内程序储备器， 128 bytes 的随机

6、存取数据储备器ram）， 32 个外部双向输入 / 输出i/o ）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗 1000 次） isp flash rom 32 个双向 i/o口 4.5-5.5v工作电压 2 个 16 位可 编程定 时/计数器 时钟频率0-33mhz 全 双 工 uart串 行 中 断 口 线 128x8bit内 部 ram 2 个外部中 断源 低功 耗闲暇和省电 模式 中 断 唤 醒 省 电 模 式 3级 加 密 位 看门狗 wdt）电 路 软件设置 闲暇和 省电功能 敏捷的 isp 字节和分页编程 双数据

7、寄存器指针2.1.2 管脚功能说明：VCC：供电电压。GND：接的。P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸取 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储备器，它可以被定义为数据 / 的址的第八位。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 外部必需被拉高。P1 口： P1 口是一个内部供应上拉电阻的 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

8、电平常，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结FLASH编程和校验时， P1 口作为第八位的址接收。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 口当用于外部程序储备器或 16 位的址外部数据储备器进行存取时， P2 口输出的址的高八位。在给出的址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位的址数据储备器进行读写时，P2

9、口输出其特别功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH编程和校验时接收高八位的址信号和掌握信号。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的一些特别功能口，如下表所示： P3 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）

10、 P3.5 T1 记时器 1 外部输入）P3.6 /WR外部数据储备器写选通） P3.7 /RD 外部数据储备器读选通）P3 口同时为闪耀编程和编程校验接收一些掌握信号。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常间。ALE/PROG：当拜访外部储备器时，的址锁存答应的输出电平用于锁存的址的 位置字节。在 FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平常，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。然而要留意的是：每当用作外部数据储备器时，将跳过一个 ALE脉冲。如想禁止 ALE的输出可在

11、SFR8EH的址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOV，X MOVC指令是 ALE才起作用。另外，该引脚被略微 拉高。假如微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序储备器的选通信号。在由外部程序储备器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN有效。但在拜访外部数据储备器时，这两次有效的/PSEN信号将不显现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平常，就在此期间外部程序储备器0000H- FFFFH），不管是否有内部程序储备器。留意加密方式1 时， /EA 将内部锁定为 RESET。当/EA 端保持高电平常，此间内部程序储备器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加 12V

12、 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。2.1.3 振荡器特性：XTAL1 和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采纳。如采纳外可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必需保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.1.4 芯片擦除：整个 PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的掌握信号组合，并保持 ALE管脚处于低电平 10ms 来完

13、成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“ 1”且在任何非空储备字节被重复编程以前，该操作必需被执行。此外， AT89C51设有稳态规律，可以在低到零频率的条件下静态规律，支持 两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，储存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满意电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。单片机 AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满意

14、电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节 电池供电。2.2 温度采集部分的设计2.2.1.温度传感器 DS18B20DS18B20温度传感器是美国 DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并 且可依据实际要求通过简洁的编程实现位的数字值读数方式。TO92 封装的 DS18B20的引脚排列见下图，其引脚功能描述见表1。底视图）DS18B20表 1DS18B20具体引脚功能描述序号1名称GND引脚功能描述的信号可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 DQ数据输入 / 输出引脚。开漏单总线接口引

15、脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件供应电源。3 VDD可挑选的 VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必需接的。DS18B20的性能特点如下：1）特殊的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。2）多个 DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能。3）无须外部器件。4）可通过数据线供电，电压范畴为3.05.5 。5）零待机功耗。6）温度以或位数字。7）用户可定义报警设置。8）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。9）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采纳脚 PR35 封装或脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图2所

16、示。储备器与掌握规律可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结I/OCVdd64温度传感器位RO高温触发器 THM高和速低温触发器 TL单缓线存配置寄存器接口8位CRC发生器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2 DS18B20内部结构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 CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采纳一线进行通信的缘由。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部储备器仍包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的 EERA。M 高速暂存 RAM的结

17、构为字节的储备器，结构如图3所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝， 是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，为配置寄存器，它的内容用 于确定温度值的数字转换辨论率。DS18B20工作时寄存器中的辨论率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3 所示。低位始终为，是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式仍是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为，用户要去改动， R1 和 0 打算温度转换的精度位数，来设置辨论率。温度 LSB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结温度 MSB TH用户字节 1TL 用户字节 2 配置寄存器 保留保留保留CRC图 3DS

18、18B20字节定义由表 1 可见， DS18B20温度转换的时间比较长，而且辨论率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将辨论率和转换时间权衡考虑。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全规律。第字 节读出前面全部字节的CRC码，可用来检验数据，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存储备器的第、字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625 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

19、。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。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结.R1 R0表 1 DS18B20温度转换时间表 .辨论率/ 位 温度最大转向时间 /ms可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结00901101011.111293.75187.5375750.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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 TTL，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

20、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 ROM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。高温度系数晶可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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

21、成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来打算，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温度/ +125一部分温度对应值表

22、二进制表示十六进制表示07D0H+850000 011100000000 010100000000 000100000000 000000010000 000000100000 000010001111 111100001111 111111101111 111011111111 11000000110101010550H+25.062510010191H+10.125101000A2H+0.500000008H000000000H-0.51111FFF8H-10.1250101FF5EH-25.06250110FE6FH-551001FC90H另外，由于 DS18B20单线通信功能是分时完成

23、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：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结初使化 DS18B20发据。复位脉冲）发ROM功能命令发储备器操作命令处理数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结.VCC可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结单VCC片4.7K机DS18B20DS18B20DS18B20GNDGNDGND可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结.图 4 DS18B20 与单片机的接口电路2.2.2 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采纳两种方式供电，一种是采

24、纳电源供电方式，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 MOSFE管T 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 10us。采纳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。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

25、。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。全部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头，假如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。DS18B20的复位时序DS18B20的读时序对于 DS18B20的读时序分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结对于 DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15 秒之内就得释放单总线，以让 DS18B20把数据传输到单总线上。 DS18B20在完成一个读时序过程，至少需

26、要 60us 才能完成。DS18B20的写时序对于 DS18B20的写时序仍旧分为写 0 时序和写 1 时序两个过程。对于 DS18B20写 0 时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0 时序时，单总线要被拉低至少 60us，保证 DS18B20能够在 15us 到 45us 之间能够正确的采样 IO总线上的“ 0”电平，当要写 1 时序时，单总线被拉低之后，在15us 之内就得释放单总线。2.3 显示部分电路设计2.3.1 74LS164引脚功能及特性4ls164是一个串入并出的8 位移位寄存器，他常用于单片机系统中，下面总结一下这个元件的基本学问 74ls164 引脚图可编辑资料 - -

27、- 欢迎下载精品名师归纳总结74LS164内部功能图74LS164规律符合表 串行输入带锁存可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.3.2显示电路时钟输入 , 串行输入带缓冲异步清除最高时钟频率可高达 36Mhz功耗： 10mW/bit74系列工作温度： 0 C to 70 C Vcc最高电压： 7V输入最高电压： 7V 最大输出驱动才能： 高电平： 0.4mA低电平： 8mA可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结显示电路采纳 4 位共阳 LED数码管，从 P3 口 RXD,TXD串口输出段码。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，该显示电路只

28、使用单片机的3 个端口 P1.7 ，P3.0,P3.1.并配以 4 片串入并出移位寄存器 74LS164LED驱动）四只数码管采纳 74LS164 右移寄存器驱动， 显示比较清楚。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其工作过程如下：1. 串行数据由 P3.0 发送，移位时钟由 P3.1 送出。2. 在移位时钟的作用下串行口发送缓冲器的数据一位一位的移入74LS164中。3. 四片 74LS164串级扩展为 4 个 8 位并行输出口，分别连接到 4 个 LED显示器的段选端作静态显示。2.4 报警电路的实现图 5 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

29、数码管将没有被测温度值显示 .2.5 报警上, 下限调整电路实现图 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。2.6 复位电路的实现图 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。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图6 温度显示电路第 3 章 系统软件设计系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子

30、程序，运算温度子程序，显示数据刷新子程序等。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.1 主程序初始化调用显示子程序发DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令可编辑资料 - - - 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N1S到？YY初次上电N读出温度值温度运算处理显示数据刷新发温度转换开头命令读取操作， CRC校验YN9字节完？YNCRC校验正移入温度暂存器终止可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 7 主程序流程图图 8 读温度流程图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.2 读出温度子程序读出温度子程序

31、的主要功能是读出RAM中的 9 字节，在读出时需进行 CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图8 示发DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发温度转换开头命令可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.3 温度转换命令子程序终止图 9 温度转换流程图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结温度转换命令子程序主要是发温度转换开头命令，当采纳12 位辨论率时转换时间约为 750ms，在本程序设计中采纳 1s 显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图9 所示3.4 运算温度子程序运算温度子程序将RAM中读取值进行 BCD码的转换运算，

32、并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图 10 所示。开头温度数据移入显示寄存器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结温度零下 .Y温度值取补码置 “”标志NN置“+”标志十位数 0？YN百位数 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运算小数位温度 BCD 值运算整数位温度 BCD 值终止Y十位数显示符号百位数不显示终止百位数显示数据不显示符号）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 10运算温度流程图图 11显示数据刷新流程图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结总结与体会经过实训的学习，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要求，但从心底里说，仍是比较兴奋的。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，程序只有在常常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收成。参考文献1李广弟. 单片机基础 . 北京：北京航空航天高校出版社，19942 阎石. 数字电子技术基础 第三版） .北京：高等训练出版社，3 新奇电子模块应用手册 .北京：机械工业出版社， 2005.1989可编辑资料 - - - 欢迎下载