基于AT89C51单片机的测温系统.doc

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1、引言本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程，并介绍了利用C语言编程对DS18B20的访问，该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温精确、功能多样话等

2、优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用STC89C52单片机作控制器，数字温度传感器DS18B20测量温度，单片机接受传感器输出，经处理用LED数码管实现温度值显示。 一、设计要求通过基于MCS-51系列单片机AT89C51和DS18B20温度传感器检测温度，熟悉芯片的使用，温度传感器的功能，数码显示管的使用，C语言的设计；并且把我们这一年所学的数字和模拟电子技术、检测技术、单片机应用等知识，通过理论联系实际，从题目分析、电路设计调试、程序编制调试到传感器的选定等这一完整的实验过程，培养了学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以到

3、达提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字温度计，采用数字温度传感器DS18B20为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为摄氏度。温度显示采用3位LED数码管显示，两位整数，一位小数。具有键盘输入上下限功能，超过上下限温度时，进行声音报警。二、基本原理 原理简述：数字温度传感器DS1820把温度信息转换为数字格式；通过“1线协议”，单片机获取指定传感器的数字温度信息，并显示到显示设备上。通过键盘，单片机可根据程序指令实现更灵活的功能，如单点检测、轮转检测、越限检测等。基于DS1820数字温度传

4、感器的温度检测及显示的系统原理图如图图 2.1 基于DS1820的温度检测系统框图三：主要器件介绍时序图及各命令序列，温度如何计算等系统总体设计框图 由于DS18B20数字温度传感器具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠，所以在该设计中采用DS18B20数字温度传感器测量温度。 测温电路设计总体设计框图如下图，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，显示采用4位LED数码管，报警采用蜂鸣器、LED灯实现，键盘用来设定报警上下限温度。电路设计总体设计框图 AT89S52单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMO

5、S 8位单片机，片内含有8kb的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程的Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停

6、止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.显示模块 显示电路采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2口的高四位为位选端。用动态扫描的方式进行显示，这样能有效节省I/O口。 DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器，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，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下：1.独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信2.多个DS18B2

7、0可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能4.可通过数据线供电，温范围55125，在-10+858.报警搜索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，但不能正常工作四：硬件电路原理框图由于本次实验是在学习板上做的，所以没有硬件接线图，原理主要讲解DS18B20的工作原理。1硬件设计1. 单片机系统电路原理图图4.1 系统电路原理图2.DS18B20温度传感器电路设计电源供电方式如图，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。图4.2 DS18B20温度传感器电路 报警电路是在测量温度大于上限或小于下限时提供报警功能的

8、电路。该电路是由一个蜂鸣器组成，具体的电路如下图图4.3 报警电路 显示电路是由四位一体的共阴数码管进行显示的2软件设计(1)DS18B20内部结构 如下图主要由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。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，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码CRC=X8X5X41。 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中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形

9、式提供，形式表达，其中S为符号位。 DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以0.0625LSB形式表示。表2是部分温度值对应的二进制温度表示数据。(2)DS18B20的工作时序 DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输初始化时序 主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。假设无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有48

10、0960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总线电平拉低60240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。假设没有检测到就一直在检测等待。 接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向DS18B20写0和写1组成的命令字节，接收数据时也是从DS18B20读取0或1的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写0、写1、读0和读1的。 写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后假设主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。假设主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就

11、释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，假设采样期内总线为低电平则为0。 对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，假设是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。假设要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线

12、进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成让DS18B20进行一次温度的转换，那具体的操作就是：1.主机先作个复位操作，2.主机再写跳过ROM的操作CCH命令，3.然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整个操作的总线状态如下列图。(3)初始化时序程序bit Init_DS18B20(void) bi

13、t flag; /储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，存在；flag=1，不存在 DQ = 1; /先将数据线拉高 for(time=0;time2;time+) ; /略微延时约6微秒/再将数据线从高拉低，要求保持480960us DQ = 0; for(time=0;time200;time+) ; /略微延时约600微秒/以向DS18B20发出一持续480960us的低电平复位脉冲 DQ = 1; /释放数据线将数据线拉高 for(time=0;time10;time+) ; /延时约30us释放总线后需等待1560us让DS18B20输出存在脉冲 flag=DQ; /让单片

14、机检测是否输出了存在脉冲DQ=0表示存在 for(time=0;time200;time+) ; /延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕 return (flag); /返回检测成功标志unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0; unsigned char dat; /储存读出的一个字节数据 for (i=0;i8;i+) DQ =1; / 先将数据线拉高 _nop_(); /等待一个机器周期 DQ = 0; /单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序 _nop_(); /等待一个机器周期 DQ = 1; /将数据线

15、人为拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备 for(time=0;time=1; if(DQ=1) dat|=0x80; /如果读到的数据是1，则将1存入dat else dat|=0x00; /如果读到的数据是0，则将0存入dat for(time=0;time8;time+); /延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期 return(dat); /返回读出的十六进制数据WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=0; i8; i+) DQ =1; / 先将数据线拉高 _nop_(); /等待一个机

16、器周期 DQ=0; /将数据线从高拉低时即启动写时序 DQ=dat&0x01; /利用与运算取出要写的某位二进制数据, for(time=0;time10;time+) ; /延时约30us，DS18B20在拉低后的约1560us期间从数据线上采样 DQ=1; /释放数据线 for(time=0;time=1; /将dat中的各二进制位数据右移1位 for(time=0;time480usDQ拉高电平延时1560usDQ为低电平？NY返回图5.3 DS18B20初始化子程序流程图DS18B20写字节和读字节子程序流程图： 图5.4 DS18B20写字节子程序流程图图5.5 DS18B20读字节

17、子程序流程图六：调试步骤，心得，结论 优点：1线性好，精度适中，体积小，实用方便。2实时显示当前温度。缺点：温度传感器会有一定的时间延时，从而间接地影响了整个报警系统的灵敏性和准确性。2心得体会：在本次设计的过程中，我们发现了很多的问题，虽然以前也做过类似的课程设计，但是这次确实让我们学到了很多。我们不仅要选好元件，还要把这些元件合理地组织起来，所以我们要学会如何寻找和搜索自己需要的资料。这一次，我们用了老师给的参考电路图，然后修改了一些地方，比方去掉了一个LED，再加入了几个电阻。虽然有些困难，但是经过努力，我们还是完成了电路的设计。经过本次的设计，我们学到了很多的知识，了解到了传感器能够把

18、自然界的各种非电量转换为电信号的能量物理理念。从本次的实习设计中，我们意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际当中，实践是检验真理的唯一标准。培养了一定的独立思考能力、解决问题的能力。同时也学到了和他人愉快合作的技巧。每当我们遇到问题时，我们学会了理性的分析，最终解决问题。同时在讨论问题时认真聆听别人的思想和意见也很重要，在聆听的同时也会学到很多东西。所以这次实习让我们学到了很多的东西。 七：附录电路图，程序#include reg51.h#include intrins.h /_nop_();延时函数用#define Disdata P0 /段码输出口#defi

19、ne discan P2 /扫描口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P33; /温度输入口sbit DIN=P07; /LED小数点控制sbit buzzer=P36;uchar temp_buzzer;uchar up_alarm=20;uint h;uint i;uchar flag;/*温度小数部分用查表法*/uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09

20、;/uchar code dis_712=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf;/共阳LED段码表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 - uchar code scan_con=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe; /列扫描控制字uchar data temp_data2=0x00,0x00; /读出温度暂放uchar data display8; /显示单元数据，共4个数据和一个运算暂用/*11微秒延时函数*/void ser_init() TMOD=0X

21、20; SCON=0X50; TH1=0XFD; TL1=0XFD; TR1=1;void delay(uint t)for(;t0;t-);/*显示扫描函数*/scan()char k; for(k=0;k7;k+) /四位LED扫描控制 / Disdata=0xff; Disdata=dis_7displayk; if(k=4)DIN=0; discan=scan_conk;delay(200); discan=0xff; void delayms(unsigned int xms) /延时函数 ，延时xms unsigned int i , j; for(i = 0; i xms; i+

22、) for(j = 0; j = 34) /温度报警限设置 for(i=0;i0; i-) /DQ=1;_nop_();_nop_();DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usDQ = val&0x01; /最低位移出delay(6); /66usval=val/2; /右移一位DQ = 1;delay(1);/*18B20读1个字节函数*/从总线上读取一个字节uchar read_byte(void)uchar i;uchar value = 0;for (i=8;i0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value=

23、1;DQ = 0; /_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4usDQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4usif(DQ)value|=0x80;delay(6); /66usDQ=1;return(value);/*读出温度函数*/read_temp()ow_reset(); /总线复位write_byte(0xCC); / 发Skip ROM命令write_byte(0xBE); / 发读命令temp_data0=read_byte(); /温度低8位temp_data1=read_byte(); /温度高8位ow_

24、reset();write_byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x44); / 发转换命令/*温度数据处理函数*/void work_temp()uchar n=0,th=0,tl=0;int temp=0;uchar flag3=1,flag2=1; /数字显示修正标记if(temp_data0255)temp_data1+;tl=temp_data0&0x0f;display7=tl;if(display7&0x08)temp+=5000;if(display7&0x04)temp+=2500;if(display7&0x02)temp+=1250;if(d

25、isplay7&0x01)temp+=625;display0=temp%10;display1=(temp%100)/10;display2=(temp%1000)/100;display3=temp/1000;display7=(temp_data0&0xf0)4)|(temp_data1&0x07)4);display6=display7/100;display5=display7/10%10;display4=display7%10;if(!display6) display6=0x0a; flag3=0; if(!display5) display5=0x0a; flag2=0; /

26、最高位为0时都不显示/*主函数*/main() double templ ; ser_init();Disdata=0xff; /初始化端口discan=0xff;for(h=0;h4;h+)displayh=0;/开机显示8888ow_reset(); / 开机先转换一次write_byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x4e);write_byte(0x02);write_byte(0x01);write_byte(0x7f);write_byte(0x44); / 发转换命令for(h=0;h10;h+) scan(); /开机显示88882秒while(1)read_temp(); /读出18B20温度数据work_temp(); /处理温度数据templ = (temp_data1*256+temp_data0)*0.0625;fengming(templ); scan(); /显示温度值2秒 学习文档 仅供参考