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1、0/40 基于单片机数字温度计的设计摘要：本文综述了数字温度计的设计与制作过程，介绍了设计制作一个完整的数字温度计需要做的准备与制作过程，通过一段时间的努力制作，从刚开始透彻理解题目要求及所要设计的产品的各项性能功能，然后觉得利用单片机作为控制内核，其次主要的就是温度传感器DS18B20，及其他重要部分电路的配合下设计出一套完整的硬件系统，及它的灵魂软件系统。得到了一种基于单片机控制的数字温度计。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，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用 4 位共阳极 LED数码
2、管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。关键词：单片机，数字控制，温度计，DS18B20，AT89S51目录前言 1 第一章 系统方案设计 2 1.1 温度测量系统功能描述2 1.2 系统设计性能指标2 1.3 DS18B20 工作原理 3 1.3.1 性能特点 3 1.3.2 外部结构 4 1.3.3 内部结构 5 1.3.4 DS18B20 测温原理 6 1.4 AT89C51 简介 7 1.5 显示部分 9 第二章系统硬件电路设计12 2.1 DS18B20 温度传感器的连接12 2.2 单片机端口连接 13 第三章系统软件设计 14 1/40 3.1 主程序 14 3.2
3、读出温度子程序 15 3.3 温度转换命令子程序16 3.4 计算温度子程序 17 3.5 显示数据刷新子程序17 第四章系统调试及仿真 .35 4.1 系统程序调试 .35 4.2 系统软硬件仿真.35 第五章 总结.39 参考文献 .40 前言在一些温度测量系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN 结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成AD 转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行AD 转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本温度测量仪采用单片机结合DS18B20 智能温度传感器控制系统设计，因此，
4、本系统用一种新型的可编程温度传感器H”表示实测温度值大于温度报警值TH，“L”表示实测温度小于温度报警值TL，“！”表示实测温度位于设定的温度范围之内。当实测温度超过设定温度限制范围时，发出声光报警信号。1.2 系统设计性能指标测 温 范围 为-55-125，误 差在+1以 内。DS18B20最 高分 辨率 可 达0.0625，所以系统误差指标可以限制在+1以内。文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M
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11、2X63/40 按照系统设计功能的要求，确定系统由3 个模块组成：主控制器，测温电路和显示电路。温度测量仪总体电路结构框图如图1.1 所示。DS18B20AT89C51单片机显示电路图 1.1 温度测量仪电路结构框图本温度测量仪设计采用美国DALLAS半导体公司的智能型传感器DS18B20作为检测元件，测温范围限制在-55125。DS18B20可以直接读出被测量温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。系统硬件电路由单片机AT89C51、字符液晶显示器LM016L和 1k8 的排阻构成。单片机实现对LCD命令和显示数据的读写控制功能。1.3 DS18B
12、20工作原理一、性能特点DS18B20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 的性能特点如下：a.独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；b.多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；c.不需要外部器件d.可通过数据线供电，电压范围为3.0 5.5V；e.零待机功耗；f.温度以 912 位数字量读出；文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码
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19、:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X64/40 g.用户可定义的非易失性温度报警设置；h.报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件；i.负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作；二、外部结构DS18B20 采用 3 脚 PR-35封装或 8 脚 SOIC封装。引脚排列及说明如图1.2 与表 1.1 所示。图 1.2 DS18B20 引脚排列表 1.1 详细引脚说明文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码
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26、:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X65/40 三、内部结构内部结构框图如图1.3 所示。图 1.3 DS18B20 内部结构框图高速暂存 RAM 的结构为 9 字节的存储器，第5 字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，该字节的定义如图1.4 所示，其中，低 5 位一直为1；TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时，该位被设置为0，用户不要去改动；R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，其定义方法见表1.2。表 1.2 DS18B20 分辨率的定义和规定R1 R0 分辨率/位温
27、度最大转换时间/ms 文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I
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33、ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X66/40 0 0 9 93.75 0 1 10 187.5 1 0 11 375 1 1 12 750 TM R1 R0 1 1 1 1 1 图 1.4 配置寄存器位定义四 DS18B20测温原理DS18B20测温原理图如图1.5所示图 1.5 DS18B20 测温原理图DS18B20是这样测温的：用一个高温系数的振荡器确定一个门周期，
34、内部计数器在 这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应与-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器 同样被预置到-55）的值增加，表明所测温度大于-55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X
35、6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM
36、2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X
37、6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM
38、2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X
39、6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM
40、2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X67/40 器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如
41、果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨力。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计算值。DS18B20内部对此计算的结果可提供0.5 的分辨力。温度以16bit带符号位扩展的二进制补码形式读出，DS18B20 温度与表示值如表1.3 所示。表 1.3 DS18B20 温度与表示值对应表温度测量仪系统控制器使用单片机AT89C51，用三位共阴LED 数码管以动态扫描法实现温度显示。1.4 AT89C51简介AT89C51是 1 种低功耗、高性能
42、的片内含有4KB闪烁可编程、可擦除只读存储器Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的 8 位 CMOS 单片机，并且与 MCS-51系列单片机引脚和指令系统完全兼容。芯片上的FPEROM 允许在线编程或采用通用的编程器对其重复编程，而且性能价格比高。所以本控制系统选用它作为我们的控制器。一、AT89C51的性能及片内闪烁存储器1.AT89C51的主要性能包括：(1)与 MCS-51 微控制器系列产品兼容。(2)片内有 4KB可在线重复编程的闪烁存储器Flash Memory）。文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2
43、ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I
44、4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2
45、ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I
46、4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2
47、ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I
48、4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2
49、ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X6文档编码:CO6I4C1B3X1 HM2Y4L7U4R2 ZY9F2F5M2X68/40(3)存储器可循环写入/擦除 1 万次。(4)存储器数据保存时间为10 年(5)宽工作电压范围：Vcc 可为+2.7V-+6V.(6)全静态工作：可从0Hz16MHz.(7)程序存储器具有 3 级加密保护。(8)空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储器内容。2.片内闪烁存储器 Flash Memory）由于 E2PROM 具有在线改写，并在掉电后仍能保存数据的特点，可为我们的特殊应用提供便利。但是，擦除和写入
50、对于要有数据高速吞吐的应用还显得时间过长，这是 E2PROM 的主要缺陷。表产1.4 列出了几种典型E2PROM 芯片的主要性能数据。表 1.4 几种典型E2PROM 芯片的主性能型号性能参数2816 2816A 2817 2817A 2864A 取数时间/ms 250 200/250 250 200/250 250 擦/写电压/V 21 5 21 5 5 字节擦除时间/ms 10 9-15 10 10 10 写入时间/ms 10 9-15 10 10 10 由表 1.4 可见，所列各种芯片的字节擦除时间和写入时间基本上均为10ms，这样长的时间对于许多实际应用是不能接受的。因此，将存储器集成