單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　單片機(jī)原理及應(yīng)用</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　2009 屆 自動(dòng)化 專業(yè) 0906*** 班級(jí)</p><p>　　題 目 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) </p><p>　

2、　姓 名 *** 學(xué)號(hào) *** </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　二О一二 年 六 月 二 日</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)的基本原理</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)工作的基本原理是： 采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，

3、熱電偶，半導(dǎo)體，熱敏電阻等），將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號(hào)的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，一定的曲線關(guān)系等，這個(gè)電信號(hào)可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)再送給處理單元，如單片機(jī)或者PC機(jī)等，處理單元經(jīng)過內(nèi)部的軟件計(jì)算將這個(gè)數(shù)字信號(hào)和溫度聯(lián)系起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)根據(jù)使用的傳感器的不同，AD轉(zhuǎn)換電路

4、，及處理單元的不同，它的精度，穩(wěn)定性，測溫范圍等都有區(qū)別，這就要根據(jù)實(shí)際情況選擇符合規(guī)格的數(shù)字溫度計(jì)。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以檢測溫度并顯示溫度提供上下限報(bào)警為目的，按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由4個(gè)模塊組成：主控器、測溫電路，報(bào)警電路，顯示電路。</p><p>　　系統(tǒng)以為傳感器用

5、以將溫度模擬量轉(zhuǎn)化為電壓數(shù)字量以總線傳入單片機(jī)，以AT89C51為主芯片，在主芯片對DS18B20傳入的溫度值進(jìn)行處理，由單片機(jī)程序控制，將經(jīng)處理后的溫度由LED顯示器顯示出來。</p><p>　　測溫電路的總體系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　三、硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　溫度檢測</b><

6、;/p><p>　　每次測溫由單片機(jī)向測溫傳感器發(fā)出特定脈沖，測溫傳感器能夠檢測到脈沖并做相應(yīng)的工作。傳感器將模擬溫度信號(hào)經(jīng)過采集，數(shù)字處理，放大后輸出。DS18B20使用一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，因此在單片機(jī)和DS18B20之間只需要有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，把傳感器采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)，用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線獲得，無需外接電源。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)

7、的處理及溫度顯示</p><p>　　送入單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)的處理，將數(shù)據(jù)用LED顯示屏顯示出來。其處理過程主要由單片機(jī)能存儲(chǔ)的程序進(jìn)行控制。</p><p><b>　　報(bào)警功能</b></p><p>　　在單片機(jī)程序內(nèi)設(shè)置了報(bào)警溫度的上下限值，當(dāng)所測得的溫度超過了這一數(shù)值，將會(huì)由蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。報(bào)警功能是本系統(tǒng)的重要功能之一，

8、在工業(yè)應(yīng)用中常常需要在特定的溫度條件下進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)溫度超出范圍時(shí)及時(shí)的報(bào)警是十分必要的。</p><p><b>　　AT89C51簡介</b></p><p>　　對于單片機(jī)的選擇，可以考慮使用8031與8051系列，由于8031沒有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而不適用。所以，我們選用51系列單片機(jī)AT89C51。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)

9、的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳，并集成了 Flash 程序存儲(chǔ)器，既可在線編程（ISP），也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程，因此，低價(jià)位AT89C51單片機(jī)可應(yīng)用于許多高性價(jià)比的場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，對于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機(jī)AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用

10、系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。</p><p>　　AT89C51的主要特性如下：</p><p>　?、倥cMCS-51 兼容； </p><p>　　②4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；</p><p>　　③三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；</p><p>　　④128×8位內(nèi)部RAM；

11、 </p><p>　　⑤32根可編程I/O線；</p><p>　　⑥兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； </p><p><b>　　⑦5個(gè)中斷源；</b></p><p>　　⑧可編程串行通道； </p><p>　　⑨片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電

12、路。</p><p><b>　　DS18B20簡介</b></p><p>　　DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。具有3引腳TO－92小體積封裝形式，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸

13、多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。</p&

14、gt;<p>　　DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。</p><p>　　因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更

15、趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，根據(jù)多次比較和選擇，決定采用DS18B20溫度傳感器。</p><p><b>　　顯示電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　發(fā)光二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通

16、二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。</p><p>　　發(fā)光二極管的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可

17、靠性高，壽命長；由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示0～9十個(gè)數(shù)字。</p><p><b>　　時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本電路選石英晶振作為時(shí)鐘組件，接至AT89C51的XTAL1，XTAL2引腳組成時(shí)鐘電路。<

18、/p><p>　　石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應(yīng)，從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場，會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形；反之，若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。一般來說，這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的，其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。</p><p>　　石英晶體振

19、蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振，振蕩器直接應(yīng)用于電路中。</p><p><b>　　蜂鳴器電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　目前，在許多情況下需要對環(huán)境的溫度進(jìn)行限定，隨著人民生活的改善和工業(yè)的發(fā)展，安全問題變的就更加的重要。環(huán)境溫度一旦超過限定值，勢必會(huì)對所處環(huán)境的人或設(shè)備造成影響，更甚者將會(huì)給個(gè)人和社會(huì)造成巨大的損失和社會(huì)影響。因此，在某些特定環(huán)境內(nèi)安

20、裝溫度報(bào)警器進(jìn)行監(jiān)控也成為一種必然的需要。</p><p>　　設(shè)計(jì)要求到上下限溫度限制時(shí)有聲音提醒信號(hào)產(chǎn)生，可選擇一只蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)這一功能。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。電壓式蜂鳴器（HA）工作時(shí)約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，并設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)及控制電路。</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)的原理圖如下：</p><

21、p><b>　　四、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　編程語言選擇：</b></p><p>　　51的編程語言常用的有兩種，一種是匯編語言，一種是C語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂，而C語言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，C 語言很好的結(jié)構(gòu)性和模塊化更容易閱讀和維

22、護(hù)，用C 編寫程序比匯編更符合人們的思考習(xí)慣，開發(fā)者可以更專心的考慮算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問題這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時(shí)間，而且C語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時(shí)效性的代碼編寫問題。</p><p>　　系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。</p><p><b>　　主程序的設(shè)計(jì)</b></p>

23、<p>　　主程序的主要功能是負(fù)責(zé)多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸，處理和顯示。其程序流程圖1所示。</p><p><b>　　圖2 讀溫度流程圖</b></p><p><b>　　讀出溫度子程序</b></p><p>　　讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不

24、進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖2所示</p><p><b>　　溫度轉(zhuǎn)換命令字程序</b></p><p>　　溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如下圖，圖3所示：</p><p>　　圖3溫度轉(zhuǎn)換流程圖

25、 圖4 溫度計(jì)算流程圖</p><p><b>　　計(jì)算溫度子程序</b></p><p>　　計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖4所示</p><p><b>　　溫度采集模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為

26、本溫度采集系統(tǒng)開發(fā)的軟件程序，可以對DS18B20內(nèi)部的寄存器編程控制DS18B20的工作方式，以及從這些數(shù)據(jù)寄存器讀取溫度值，最后把經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后的溫度送到LED上顯示。AT89C51扮演著上傳下達(dá)的角色，單片機(jī)端的程序采用了C語言。</p><p>　　整個(gè)軟件采用了模塊化的程序設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)AT89C51和DS18B20之間的串行通信，編寫了一些專用子程序。這些子程序段包括：符號(hào)定義、AT89C5

27、1的端口初始化、啟動(dòng)信號(hào)時(shí)序產(chǎn)生、停止信號(hào)時(shí)序產(chǎn)生、發(fā)送字節(jié)、讀取字節(jié)、讀取溫度、顯示。</p><p>　　系統(tǒng)電路在上電后開始工作，最先程序單片機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，然后單片機(jī)利用模擬I2C總線對DS18B20進(jìn)行尋址。單片機(jī)在接收到DS18B20應(yīng)答后，緊接著單片機(jī)利用命令（AAh、ACh、EEh、22h）將設(shè)置/狀態(tài)寄存器的值通過I2C總線寫入DS18B20狀態(tài)寄存器，該系統(tǒng)中把DS18B20設(shè)置為連續(xù)溫度轉(zhuǎn)

28、換工作方式，之后DS18B20在單片控制下進(jìn)行溫度測量，然后DS18B20把所采集的溫度傳輸給單片機(jī)。</p><p><b>　　主程序：</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include "DS18B20.H"</p><p>　　

29、sbit beep=P0^0;//蜂鳴器控制口</p><p>　　extern unsigned int wendu;</p><p>　　unsigned int H=33,L=30;</p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>

30、;　　unsigned int temp;</p><p>　　unsigned char temp_h,temp_l;</p><p>　　Delay(50000);</p><p>　　Lcd_Init(); //12864初始化</p><p>　　Lcd_DisplayString(0,2,"溫度檢測");<

31、/p><p>　　Lcd_DisplayString(1,1,"溫度：");</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　temp=read_temp()*0.625;//讀取溫度</p><p

32、>　　if(temp>H*10)//溫度高于33攝氏度則報(bào)警 //上下限報(bào)警判斷</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　beep=0;</b></p><p><b>　　red_H=0;</b></p><p><b>　

33、　}</b></p><p>　　else if(temp<L*10)// 溫度低于30攝氏度則報(bào)警</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　beep=0;</b></p><p>　　green_L=0; </p><p>

34、<b>　　}</b></p><p>　　else //否則取消報(bào)警</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　beep=1;</b></p><p>　　green_L=1; </p><p><b>　　re

35、d_H=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　Lcd_WriteCmd(0x90+0x04); // 把收到的溫度信息顯示在12864上</p><p>　　Lcd_WriteData(temp/1000+0x30);</p><p>　　Lcd_WriteData(te

36、mp%1000/100+0x30);</p><p>　　Lcd_WriteData(temp%100/10+0x30);</p><p>　　Lcd_WriteData('.');</p><p>　　Lcd_WriteData(temp%10+0x30);</p><p>　　Lcd_WriteData('C

37、9;);</p><p>　　Delay(20000);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DS18B20測溫子程序：</p><p>　　void dsreset(void) //發(fā)送DS18B20復(fù)位與初始化命令 </p><p><b>　　

38、{ </b></p><p><b>　　uint i; </b></p><p><b>　　DS=0; </b></p><p><b>　　i=103; </b></p><p>　　while(i>0)i--; </p><p>

39、;<b>　　DS=1; </b></p><p><b>　　i=4; </b></p><p>　　while(i>0)i--; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　bit tmpreadbit(void) //讀一位數(shù)據(jù) &l

40、t;/p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uint i; </b></p><p><b>　　bit dat; </b></p><p>　　DS=0;i++; //i++用于延時(shí) </p><p>　　DS

41、=1;i++;i++; </p><p><b>　　dat=DS; </b></p><p>　　i=8;while(i>0)i--; </p><p>　　return (dat); </p><p><b>　　} </b></p><p>　　uchar tm

42、pread(void) //讀一字節(jié)數(shù)據(jù) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar i,j,dat; </p><p><b>　　dat=0; </b></p><p>　　for(i=1;i<=8;i++) </p><p>&

43、lt;b>　　{ </b></p><p>　　j=tmpreadbit(); </p><p>　　dat=(j<<7)|(dat>>1); //讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在</p><p><b>　　DAT里 </b></p><p><b>

44、　　} </b></p><p>　　return(dat); </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void tmpwritebyte(uchar dat) //寫一字節(jié)到DS18B20 </p><p><b>　　{ </b></p>

45、<p>　　uint i; uchar j; </p><p>　　bit testb; for(j=1;j<=8;j++) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　testb=dat&0x01; </p><p>　　dat=dat>>1; &

46、lt;/p><p>　　if(testb) //寫1 </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　DS=0; </b></p><p><b>　　i++;i++; </b></p><p><b>　　DS=1

47、; </b></p><p>　　i=8;while(i>0)i--; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　DS=0;

48、 //寫0 </p><p>　　i=8;while(i>0)i--; DS=1; i++;i++; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} } </b></p><p>　　void tmpchange(void)

49、 //DS18B20 開始轉(zhuǎn)換 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　dsreset(); </p><p>　　delay(1); </p><p>　　tmpwritebyte(0xcc); // 尋址總線上所有的驅(qū)動(dòng)器 </p><p>　　tmpwrite

50、byte(0x44); // 開始單個(gè)溫度轉(zhuǎn)化} </p><p>　　uint tmp() //獲取溫度子程序 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　float tt; </p><p>　　uchar a,b; </p><p>　　d

51、sreset(); </p><p>　　delay(1); </p><p>　　tmpwritebyte(0xcc); </p><p>　　tmpwritebyte(0xbe); </p><p>　　a=tmpread(); </p><p>　　b=tmpread(); </p><p&

52、gt;<b>　　temp=b; </b></p><p>　　temp<<=8; //兩字節(jié)組成一個(gè)整型變量 temp=temp|a; tt=temp*0.0625; </p><p>　　temp=tt*10+0.5; </p><p>　　return temp; </p>&

53、lt;p><b>　　} </b></p><p>　　void readrom() //讀序列 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar sn1,sn2; </p><p>　　dsreset(); </p><p>

54、;　　delay(1); </p><p>　　tmpwritebyte(0x33); </p><p>　　sn1=tmpread(); </p><p>　　sn2=tmpread(); </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　五、結(jié)論：</b&

55、gt;</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)是一個(gè)用途非常廣泛的電路，在很多地方都可以看到他們的身影，如：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、生活中。</p><p>　　本文采用AT89C51單片機(jī)做主控芯片，利用溫度傳感器DS18B20測量溫度，并配上相應(yīng)的外部接口電路，介紹了一款簡易數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)制作過程。該溫度計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、功能穩(wěn)定、使用方便，適用于人們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種溫度測量。<

56、;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1、程琤，單片機(jī)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)</p><p>　　2、譚浩強(qiáng)，C程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3、康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分</p><p>　　4、康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)—數(shù)字部分</p><p>　　5