温度计实验报告 本文关键词：温度计，实验，报告
温度计实验报告 本文简介：4河南理工大学单片机课程设计报告姓名：王静杨晓雪学号:0828030090/0828010150专业：电气工程及其自动化指导老师：李宏伟时间：2011年6月24日摘要：在这个信息化高速发展的时代，单片机作为一种最经典的微控制器，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
温度计实验报告 本文内容：
4
河南理工大学
单片机课程设计报告
姓
名
：
王静
杨
晓
雪
学
号
:0828030090/0828010150
专
业：电气工程及其自动化
指导老师：
李
宏
伟
时
间：2011年6月24日
摘要：在这个信息化高速发展的时代，单片机作为一种最经典的微控制器，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，作为自动化专业的学生，我们学习了单片机，就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。
关键词：单片机，数字控制，数码管显示，温度计，DS18B20，AT89S52。
目录
1、概述3
1.1设计目的3
1.2设计原理3
1.3设计难点3
2
、系统总体方案及硬件设计4
2.1数字温度计设计方案论证5
2.2.
主控制器5
2.2.3温度传感器…………………………………………………………5
2.3
DS18B20温度传感器与单片机的接口电路7
2.4
系统整体硬件电路设计8
3、系统软件设计9
3.1初始化程序9
3.2读出温度子程序10
3.3读、写时序子程序11
3.4延时程序12
4
Proteus软件仿真14
5、课程设计体会16
附录1…………………………………………………………………………………………….17
附录2……………………………………………………………………………….22
1概述
1.1设计目的
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。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，可广泛用于食品库、冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。
1.2设计原理
本系统是一个基于单片机AT89S52的数字温度计的设计，用来测量环境温度，测量范围为-50℃—110℃度。整个设计系统分为4部分：单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。整个设计是以AT89S52为核心，通过数字温度传感器DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后，使之能够方便地在数码管上输出。LED采用四位一体共阴的数码管。
1.3设计难点
此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警，其外围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。
2
系统总体方案及硬件设计
2.1数字温度计设计方案论证
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。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。
2.2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AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用4位共阴LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图1
总体设计框图
2.2.1
主控制器
单片机AT89S52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足电路系统的设计需要，适合便携手持式产品的设计使用。
2.2.2
显示电路
显示电路采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0—P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，以使数码管高亮显示。
2.2.3温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司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9-12位的数字值读数方式。
DS18B20采用３脚PR－35封装或８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８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８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ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入用户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图3所示。头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第５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５位一直为１，ＴＭ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０，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
温度
LSB
温度
MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图3
DS18B20字节定义
由下面表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，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ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。第９字节读出前面所有８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１、２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Ｓ＝０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Ｓ＝１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、TＬ字节内容作比较。若Ｔ＞TH或T＜TL，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CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
2.3
DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
图4
DS18B20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，多个DS18B20可以将2口串接到一条总线上，而本设计只用了一个DS18B20。
当DS18B20处于写存储器操作和温度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。
2.4
系统整体硬件电路设计
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，单片机主板电路如图5
所示：
图5
单片机主板电路
图5
中包括时钟振荡电路和按键复位电路，按键复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，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。另外扩展电路中，蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，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。
2.4.2
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P0和P3口,串口的发送和接收，采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0—P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，期望增加驱动电流，以使数码管高亮显示。
图6
温度显示电路
3系统软件设计
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。
3.1初始化程序
DQ置1
短延时
DQ置0
延时450us
DQ置1
延时15-60us
延时至少60us
X=~DQ
结束
X=DQ
图7
初始化程序流程图
3.2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2字节，读出温度的低八位和高八位，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
初始化
发跳过ROM指令
开始温度转换
延时2ms
初始化
写入跳过ROM、读取暂存器和CRC字节指令
读取温度的低八位和高八位
取中间八位
结束
图8
读温度程序流程图
3.3读、写时序子程序
读写的程序是本次设计中的重点和难点，通过我们对其时序的分析，从而写出高效的程序。
写1，0时序
读0，1时序
DQ=0
延时15us
dat
//闪烁间隔标志
bit
beep_st;
//蜂鸣器间隔标志
sbit
DIAN
=
P0^7;
//小数点
uchar
x=0;
//计数器
signed
char
m;
//温度值全局变量
uchar
n;
//温度值全局变量
uchar
set_st=0;
//状态标志
signed
char
shangxian=38;
//上限报警温度，默认值为38
signed
char
xiaxian=5;
//下限报警温度，默认值为38
uchar
code
LEDData[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00};
unsigned
int
ReadTemperature(void);
/*****延时子程序*****/
void
Delay(uint
num)
{
while(
--num
);
}
/*****初始化定时器0*****/
void
InitTimer(void)
{
TMOD=0x1;
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
//50ms（晶振12M）
}
/*****定时器0中断服务程序*****/
void
timer0(void)
interrupt
1
using
0
{
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
x++;
}
/*****外部中断0服务程序*****/
void
int0(void)
interrupt
0using
1
{
EX0=0;
//关外部中断0
if(DEC==0
if(shangxian99)shangxian=99;
}
else
if(ADD==0
if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian;
}
}
/*****读取温度*****/
void
check_wendu(void)
{
uint
a,b,c;
c=ReadTemperature()-5;
//获取温度值并减去DS18B20的温漂误差
a=c/100;
//计算得到十位数字
b=c/10-a*10;
//计算得到个位数字
m=c/10;
//计算得到整数位
n=c-a*100-b*10;
//计算得到小数位
if(m99){m=99;n=9;}
//设置温度显示上限
}
/*****显示开机初始化等待画面*****/
Disp_init()
{
P0
=
0x40;
//显示-
P2
=
0xf7;
Delay(200);
P2
=
0xfb;
Delay(200);
P2
=
0xfd;
Delay(200);
P2
=
0xfe;
Delay(200);
P2
=
0xff;
//关闭显示
}
/*****显示温度子程序*****/
Disp_Temperature()
//显示温度
{
P2
=
0xf7;
P0
=0x39;
//显示C
Delay(300);
P2
=
0xfb;
P0
=LEDData[n];
//显示个位
Delay(300);
P2
=
0xfd;
P0
=LEDData[m%10];
//显示十位
DIAN
=
1;
//显示小数点
Delay(300);
P2
=
0xfe;
P0
=LEDData[m/10];
//显示百位
Delay(300);
P2
=
0xff;
//关闭显示
}
/*****显示报警温度子程序*****/
Disp_alarm(uchar
baojing)
{P2
=
0xf7;
P0
=0x39;
//显示C
Delay(200);
P2
=
0xfb;
P0
=LEDData[baojing%10];
//显示十位
Delay(200);
P2
=
0xfd;
P0
=LEDData[baojing/10];
//显示百位
Delay(200);
P2
=
0xfe;
if(set_st==1)P0
=0x76;
else
if(set_st==2)P0
=0x38;
//上限H、下限L标示
Delay(200);
P2
=
0xff;
//关闭显示
}
/*****报警子程序*****/
void
Alarm()
{
unsigned
int
i;
{
for(i=0;i2)set_st=0;
}
if(set_st==0)
{
EX0=0;
//关闭外部中断0
EX1=0;
//关闭外部中断1
check_wendu();
Disp_Temperature();
if(m>=shangxian)
P1_0=1;
else
P1_0=0;
if(m=shangxian)||(m=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}
if(shanshuo_st)
{Disp_alarm(shangxian);}
}
else
if(set_st==2)
{
BEEP=1;
//关闭蜂鸣器
EX0=1;
//开启外部中断0
EX1=1;
//开启外部中断1
if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}
if(shanshuo_st)
{Disp_alarm(xiaxian);}
}
}
}
/*****END*****/
附录2：整体原理图：