1、1第 1 章 概述随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，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、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。第 2 章 系统总体方案设计一.数字温度计设计方案论证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
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，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2二.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，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用 DS18B20，用 3 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。图 1 总体设计方框图第 3 章 数字温度传感器 DS18B201.DS18B20 温度传感器DS18B20
3、 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，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下：独特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；主 控 制 器LED显示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡报警点按键调整3可通过数据线供电，电压范围为 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；负电压特性，电源极性接反时，
4、温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20 采用脚 PR35 封装或脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 2 所示。 图 2 DS18B20 内部结构64 位 ROM 的结构开始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，最后位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为字节的存储I/OC64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器
5、高温触发器 TH低温触发器 TL配置寄存器8 位 CRC 发生器Vdd4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分辨率。DS18B20 工作时寄存器中的分辨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。低位一直为，是工作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式，DS18B20 出厂时该位被设置为，用户要去改动，R1 和 0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。图 3 DS18B20 字节定义由表 1 可见，DS18B20 温度转换的时间比较长，
6、而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的 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，开始启动转换。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存储在高速暂存存储器的第、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 0.0625LSB 形式表示。温度 LSB温度 MSBTH 用户字节 1TL 用户字节 2配置寄存器保留保留保留CRCTM R1 1R0 1 1 1 1.5当符号位
7、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，再计算十进制数值。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。若TH 或 TTL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC） 。主机ROM 的前 56 位来计算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 C
8、RC 值作比较，以判断主机收到的 ROM 数据是否正确。2.DS18B20 的测温原理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改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，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决定，每次测量前，首先将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
9、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，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲R0R1000101119101112分 辨 率 /位 温 度 最 大 转 向 时 间 /ms93.75187.5375750.6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+125 0000 0111 1101 0000 07
10、D0H+85 0000 0101 0101 0000 0550H+25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H+10.125 0000 0000 1010 0001 00A2H+0.5 0000 0000 0000 0010 0008H0 0000 0000 0000 1000 0000H-0.5 1111 1111 1111 0000 FFF8H-10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH-25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH-55 1111 1100 1001 0000另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完
11、成的，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：初使化 DS18B20（发复位脉冲）发 ROM 功能命令发存储器操作命令处理数据。3. DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20 的 1 脚接地，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 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉。图 4 DS18B20 与单片机的接口电路当 DS18B20 处于写
12、存储器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10us。采用寄生电源供电方式时 VDD 端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。7第 4 章 硬件设计系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，上下限报警调整电路，显示数据刷新子程序等。系统整体硬件电路1. 主板电路系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，LED 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。来自湘潭电校，图片就不传了自个做吧，这都不会的话。 。 。大学你们干了什么？图 5 系统整体硬件2. 显示电路8图 6 显示电路图第
13、5 章 软件设计及调试本次课程设计采用的是 proteus 软件仿真，用 Keil 软件进行编译。Protues 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，也是世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。 由单片机STC90C52RC 为核心而设计的数字温度计，对其进行软件程序的仿真时，我们采用单片机汇编语言来编写。系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、显示数据子程序、报警子程序等等。 然而整个系统的功能
14、是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。 从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序） ，它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序） ，它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。 95.1 主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显
15、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，其程序流程见图 7 所示。图 7 主程序流程图初始化调用显示子程序1S 到？初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNY105.2 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出 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 示图 8 读温度流程图Y发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令读取操作，CRC 校验9 字节完？CRC 校验正？确？移入温度暂存器结束 NNY11发 D
16、S18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发温度转换开始命令结束5.3 温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750ms，在本程序设计中采用 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 所示图 9 温度转换流程图 5.4 计算温度子程序计算温度子程序将 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。NY计算小数位温度 BCD值 计算整数位温度 BCD值 开始结束12图 10 计算温度流程图5.5 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器
17、中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为 0 时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图 11。图 11 显示数据刷新流程图温度数据移入显示寄存器十位数 0？百位数 0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号）结束NNYY13第 6 章 系统联调及操作说明将程序生成 HEX 文件，下载到 STC90C52R 单片机上，开发板接上DS18B20 温度传感器。则可以出现如图 12 所示，该图所示为用 18B20 调试数字温度计系统成功并测得该室温为 34 摄氏度。湘潭电校电气信息学院自动化 08 级出品 09、10、11 的小伙子们悠着点别把文档 COPY 就交上去了哈你们懂的，图片就
18、不传了自个做吧，这都不会的话。 。 。大学你们干了什么？学长打工中。 。 。这张图为给电路板通电源后显示的室内温度为 34 摄氏度。这张图是用吹风机对着 18B20 三极管吹热风，温度明显往上升，移开吹风机后温度有下降。14第 7 章 总结这次的单片机课程设计分俩部分，板子的焊接还算顺利，开关能正常控制，下载了俩首歌，歌曲可以正常播放。同学们遇到的开关不能正常工作，下载程序不成功的问题我的板子没出现。接下来的是重点。因为我的课题是四位数字温度计的设计，需要一个温度传感器 18B20,拿到 18B20 后，下载程序到板子里，给板子通上电，板子显示了室内温度，但给 18B20 加热，数码显示灯那里
19、示数没变化，重新检查了下，程序出了问题。修改好后，板子能够根据温度变化示数也变化。调试成功。15参考文献参 考 文 献1、 单片机原理及应用王迎旭 编 机械工业出版社2、 微型计算机接口技术及应用 刘乐善等编 华中科技大学出版社3、 51 系列单片机应用与实践教程 周向红 北京航空航天大学出版社4、 C 程序设计 （第三版） 谭浩强 清华大学出版社16附录 程序清单文件名：AD1405.ASM程序功能：数字温度计A_BIT EQU 20H ;存放个位数变量B_BIT EQU 21H ;存放十位数变量FLAG EQU 38H ;DS18B20 是否存在标志DQ EQU P1.7 ;DQ 引脚由
20、P1.7 控制 MAIN: ;主程序标号ACALL RE_TEMP ;对传感器设置及读取 ACALL TURN ;转化温度子程序 ACALL DISPLAY ;显示子程序JMP MAIN ;循环 RE_TEMP: ;对 DS18B20 初始化及读取SETB DQ ACALL RESET_1820 ;调用复位子程序JB FLAG, ST ;判断 DS1820 是否存在？RET ST: ; DS18B20 存在MOV A,#0CCH ;跳过 ROM 匹配 ACALL WRITE_1820 ;写入数据MOV A,#44H ;发出温度转换命令ACALL WRITE_1820 ;写入数据 ACALL R
21、ESET_1820 ;准备读温度前先复位MOV A,#0CCH ;跳过 ROM 匹配17ACALL WRITE_1820 ;写入数据MOV A,#0BEH ;发出读温度命令ACALL WRITE_1820 ;写入数据ACALL READ_1820 ;读出温度数据 RET RESET_1820: ;复位（有具体的时序要求） SETB DQ NOPCLR DQ ;主机发出延时 537 微秒的复位低脉冲MOV R1,#3DLY: MOV R0,#107DJNZ R0,$DJNZ R1,DLY;然后拉高数据线SETB DQ NOPNOPNOP; MOV R0,#25H T2: JNB DQ ,T3 ;
22、等待 DS18B20 回应DJNZ R0, T2JMP T4 ;T3: SETB FLAG ;置标志位，表示 DS1820 存在JMP T518;T4: CLR FLAG ;清标志位，表示 DS1820 不存在 JMP T7;T5: MOV R0,#117T6: DJNZ R0,T6 ;时序要求延时一段时间;T7: SETB DQ RET ;WRITE_1820: ;写入 DS18B20（有具体的时序要求）MOV R2,#8 ;一共 8 位数据CLR CWR1:CLR DQ ;总线低位，开始写入 MOV R3,#7DJNZ R3,$ ;保持 16 微秒以上RRC A ;把字节 DATA 分成
23、8 个 BIT 环移给 CMOV DQ, C ;写入一个 BITMOV R3,#23DJNZ R3,$ ;等待SETB DQ ;重新释放总线NOPDJNZ R2,WR1 ;写入下一个 BITSETB DQ RET READ_1820: ;将温度高位和低位从 DS18B20 中读出MOV R4,#2 ; 读出两个字节的数据19MOV R1,#29H ;低位存入 29H,高位存入 28hRE0:MOV R2,#8 ;数据一共有 8 位RE1: CLR CSETB DQ NOPNOP CLR DQ ;读前总线保持为低 NOPNOPNOPSETB DQ ;开始读总线释放 MOV R3,#9RE2: D
24、JNZ R3,RE2 ;延时 18 微妙MOV C, DQ ;从总线读到一个 BIT MOV R3,#23RE3: ;DJNZ R3,RE3 ;等待 100 秒RRC A ;把读得的位价值环移给 ADJNZ R2,RE1 ;读下一个 BITMOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE0RET TURN: MOV A,29HMOV C,40H ;将 28 中的最低位移入 C20RRC AMOV C,41HRRC AMOV C,42HRRC AMOV C,43HRRC AMOV 29H,ARET DISPLAY: ;将 29H 中的十六进制数成 10 进制MOV A,29H MOV B,#10
25、 ;10 进制/10=10 进制DIV ABMOV B_BIT, A ;十位在 AMOV A_BIT, B ;个位在 BMOV DPTR,#TABLE ;指定查表启始地址MOV R0,#4DP1:MOV R1, #250 ;显示 1000 次LOOP:MOV P2,0FFHMOV A,A_BIT ;取个位数MOVC A,A+DPTR ;查个位数的 7 段代码MOV P0,A ;送出个位的 7 段代码CLR P2.0 ;开个位显示ACALL DELAY ;SETB P2.0MOV A,B_BIT ;取十位数MOVC A,A+DPTR ;查十位数的 7 段代码MOV P0,A ;送出个十位的 7
26、段代码21CLR P2.1 ;开十位显示ACALL DELAY ;显示 1MSSETB P2.1DJNZ R1,LOOP ;250 次没完循环DJNZ R0,DP1 ;4 个 250 次没完循环RET DELAY: ;1ms 延时MOV R7, #80DJNZ R7,$RET TABLE: ;数码管共阳极 09 代码DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB 92H,82H,0F8H,80H,90H END 22电气信息学院课程设计评分表评 价项 目优 良 中 及格 差设计方案合理性与创造性（10%）开发板焊接及其调试完成情况*（10%）硬件设计或软件编程完成情况（20%）硬件测试或软件调试结果 *(10%)设计说明书质量(20%)答辩情况(10%)完成任务情况(10%)独立工作能力(10%)出勤情况(10%)综 合 评 分指导教师签名：_日 期：_ 23注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非 16K 大小的图纸及程序清单） 。
