温度温度测量系统作品设计报告.doc

温度测量系统
作品设计报告

队名：二人行

队长：xxxxxxx

队员：xxxxxxxx、xxxxxx、xxxx

2011年11月20日
摘要
随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域。本作品是以AT89C52单片机系统为核心，利用DS18B20温度传感器制作而成的温度测量系统。传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂，而采用DS18B20温度传感器可以使电路大大简化。使用单片机的数字式温度测量系统，用数字直观的展示温度，便于读数、正确性高而且还可以智能控制。

关键词：单片机；AT89C52；DS18B20

目录
1.总体设计方案 4
2. 电路设计 4
2.1总体设计框图 4
2.2主控制器 5
2.3显示电路 5
2.4温度传感器 5
2.5 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路 8
3. 系统整体硬件电路 8
4.总结 9
参考文献 10

1.总体设计方案
数字温度计设计方案论证
1.1.1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，再将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，因此比较麻烦。
1.1.2 方案二
热敏电阻等温度感应器要求的电路比较复杂，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. 电路设计

2.1总体设计框图
温度计测量系统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，警报采用一个蜂鸣器，用LCD1602实现温度显示。

2.2主控制器
单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，有足够的端口满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统可用二节电池供电。
2.3显示电路
显示电路采用TN1062A液晶显示板。 1602A是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）（注：说明书见附件）
2.4温度传感器
DS18B20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９～１２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；
●DS18B20无需转换直接读取数据；
●无须外部器件；
●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
●零待机功耗；
●温度以９或１２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，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；
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。
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。温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，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，来设置分率。

由表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。

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。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１；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２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１、温度寄存器中，计数器１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１对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器１的预置值减到０时，温度寄存器的值将加１，减法计数器１的预置将重新被装入，减法计数器１重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到０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，只要计数器门仍关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。

2.5DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
1.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，单片机端口接单线总线，为保证在有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。本设计采用第一种供电方式。
3. 系统整体硬件电路

4.总结
很感谢有这样的一个机会，让我们实践单片机和温度伟传感器。经过近三周时间辛勤努力查找资料和焊接电路。功夫不负有心人，终于按计划完成了温度测量系统的设计，单片机能实现温度测量和报警。虽然设计得很简单，功能单调，焊接电路粗糙，但从心里来说，还是非常高兴，回想以前遇到的困难，心里更美滋滋的，毕竟这次设计通过自己勤劳所得的结晶。高兴之余不得不深思总结。
在本次设计过程中，我发现自己有很多不足之处。我们现在刚上单片机的课程，对单片机的使用还是不是很了解，很多需要的内容我们还是明白。幸好有网络这个平台，我们积极从网上查找资料。刚好前一个月前我们进行了电子工艺实习，对于这次的设计给给予我们很大的帮助。这次的设计真的让我们难以忘记，而且长进很多知识。单片机课程设计最重要就在于软件编程序的设计，需要有很清晰的思路。大二的时候学过c++，写过一些简单的程序，但没有像这次这么复杂。这次采用了很多指令，例如调表指令，比较指令，跳转指令等等。。这次更进一步认识单片机和汇编程序。
从这次的设计中，我们学习到很多知识，也知道自己的不足之处，在以后的学习中，仔细认真，注重细节，要理论联系实际，把我们所学到的知识运用到实际当中，并把实践中发现的问题弥补理论。这次设计的遗憾是我们将要接近考试，那些发挥的部分很多没有时间来的做。

参考文献
[1]喻 萍 郭文川 主编，单片机原理及接口技术。
[2]边春元，李文涛，江杰，杜萍，C51单片机典型模块设计与应用，机械工业出版社，2008。
[3]张 萌，和 湘，姜 斌，杜萍，单片机应用系统开发综合实例，清华大学出版社，2007。

附件一、温度测量系统程序
#include
#include //使用_nop_()函数
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
/*************************************************/
//函数申明//
/*************************************************/
void delay(uchar k); //标准延时函数
void delay1(uint s); //LCD延时函数
void init(); //初始化显示
void init_18b20(); //复位ds18b20
void write_18b20(uchar dat); //写ds18b20数据
uchar read_18b20(); //读ds18b20数据
void read_word_18b20(); //读数据并转换温度,进行显示
void disp_tp(); //温度显示
void init_LCD(); //初始化LCD1602
void write_data(uchar date); //写LCD1602显示数据
void write_com(uchar com); //写LCD1602指令
void sw(); //按键扫描，修改报警上下限值
void sw_disp(); //显示修改报警上下限界面
sbit DQ=P1^7; //ds18b20数据线引脚
sbit rs=P2^0;
sbit rw=P2^1;
sbit en=P2^2;
sbit P10=P1^0; //蜂鸣器报警引脚，P10=1时报警
sbit k0=P3^0; //4个按键：k0--加上限值，k1--减上限值，k2--加下限值，k3--减下限值
sbit k1=P3^1;
sbit k2=P3^2;
sbit k3=P3^3;

uint tvalue; //温度值
uchar tflag; //温度正负标志
uint i,j,kk=0,key=0; //kk控制上下限值修改界面显示，key控制温度界面显示
uint temph=30; //初始上限值
uint templ=25; //初始下限值
uchar code dis0[]={"Two Men"};
uchar code dis1[]={0x00,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x00}; //初始化等待界面，进程的代码
uchar code dis2[]={"temperature:"};
uchar code dis3[]={0x06,0x09,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, //温度符号代码
0x00,0x00,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06};//温度符号代码（C）
uchar code dis4[]={"Change numerical:"};
uchar code dis5[]={"H:L:"};
uchar data temp_data[5]; //储存温度值的数据

/***********************************************/
//主函数//
/*************************************************/
void main()
{
init(); //初始化显示
init_LCD(); //初始化LCD1602
ss: init_18b20(); //复位ds18b20
read_word_18b20(); //读数据并计算转换温度,显示温度值
if(((tvalue/10)%100)=temph)P10=0; //温度高于或等于上限值，报警
else P10=1;
kk=0;
sw();
goto ss;
}
/**************************/
//开机初始化显示----欢迎等待界面//
/*************************************************/
void init() //初始化显示
{
uchar n,a,b,temp;
P10=0;
P3=0x0f;
init_LCD(); //初始化LCD1602
write_com(0x84);
for(n=0;n<8;n++)
{
write_data(dis0[n]);
delay1(10);
}
delay1(100);
write_com(0x40); //写1602，RAM地址
for(a=0;a<8;a++) //写入自定义字符，用于LCD显示
{
write_data(dis1[a]);
}
temp=0xc0; //赋初始化显示，进程标志的初始地址
for(b=0;b<16;b++) //显示进程标志的进度
{
write_com(temp); //写进程命令
write_data(0); //显示进程标志
delay1(80);
temp++;
}
delay1(500);
}
/*************************************************/
void init_LCD() //初始化LCD1602
{
write_com(0x01); //清屏
write_com(0x38); //8位数据，双列，5*7字形
write_com(0x0c); //开启显示屏，关光标，光标不闪烁
write_com(0x06); //显示地址递增，即写一个数据后，显示位置右移一位
write_com(0x80); //写LCD初始显示地址
}

/*************************/
void write_com(uchar com) //写LCD1602指令
{
rs=0; //选择指令寄存器
rw=0; //选择写
P0=com; //把命令字送入P0
delay1(5); //延时一小会儿，让1602准备接收数据
en=1; //使能线电平变化，命令送入1602的8位数据口
en=0;
}
/*************************************************/
void write_data(uchar date) //写LCD显示数据
{
rs=1; //选择数据寄存器
rw=0; //选择写
P0=date; //把要显示的数据送入P0
delay1(5); //延时一小会儿，让1602准备接收数据
en=1; //使能线电平变化，数据送入1602的8位数据口
en=0;
}

/*************************************************/
//复位ds18b20//
/*************************************************/
void init_18b20()
{
uchar text=1;
while(text)
{
while(text)
{
DQ=1;
_nop_();
_nop_(); //从高拉倒低
DQ=0;
delay(50); //550 us
DQ=1;
delay(6);
text=DQ; //判断DS18B20是否存在
// P3=0x80; //存在，则蜂鸣器发出短暂鸣声,若不存在，则一直蜂鸣报警
}
delay(45);
text=~DQ;
// P3=0x00;
}
DQ=1;
}
/*************************************************/
//写18b20数据//
/*************************************************/
void write_18b20(uchar dat)
{
uchar t;
for(t=8;t>0;t--)
{
DQ=1;
DQ=0; //从高拉倒低
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
DQ=dat&0x01; //写数据，从地位开始
delay(6);
dat>>=1; //8位数据，一位一位的写入ds18b20
}
DQ=1;
}

/*************************************************/
//读18b20数据//
/*****************/
uchar read_18b20()
{
uchar t;
uchar value=0;
for(t=8;t>0;t--)
{
DQ=1;
value>>=1;
DQ=0;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
DQ=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
if(DQ)value|=0x80;
delay(6);
}
DQ=1;
return(value);
}

/*************************************************/
void read_word_18b20()
{
uchar x,y;
write_18b20(0xcc); //发命令:Skip ROM，跳过读序列号
write_18b20(0x44); //启动温度转换
init_18b20();
write_18b20(0xcc); //发命令:Skip ROM，跳过读序列号
write_18b20(0xbe); //读取温度
x=read_18b20(); //温度值低8为存入x
y=read_18b20(); //温度值高8为存入y
tvalue=y; //整合温度值的低8位与高8位：
tvalue<<=8; //左移8位，即将温度值的高8位数据移入16位整形变量tvalue的高位，
tvalue|=x; //再与温度值的低8位相或，即将低8位数据存入tvalue低位中，完成数据整合
if(tvalue<0xfff)tflag=0;
else
{
tflag=1;
tvalue=(~tvalue)+1;
}
tvalue=tvalue*0.625;//扩大10倍，换算出温度值，显示一位小数。（若扩大100倍，则可通过换算显示出2位小数）
temp_data[0]=tvalue/1000+0x30; //百位（加0x30，将数据转换为ASCII码，LCD才能正常显示）
temp_data[1]=(tvalue/100)%10+0x30; //十位
temp_data[2]=(tvalue%100)/10+0x30; //个位
temp_data[3]='.'; //小数点
temp_data[4]=tvalue%10+0x30; //小数位
disp_tp(); //调用温度显示

}

/*************************************************/
void disp_tp() //温度显示
{
uchar m,z;
uchar u=0;
if(key==1)
init_LCD(),key=0; //清屏
write_com(0x80);
for(m=0;m<12;m++)
{
write_data(dis2[m]); //显示temperature:
delay1(5);
}

write_com(0xc6);
if(temp_data[0]==0x30) //若百位为0，则不显示
{
u=1;
if(temp_data[1]==0x30) //若百位与十位都为0，则不显示
u=2;
}
for(m=u;m<5;m++)
{
write_data(temp_data[m]); //显示转换的温度数值
}
write_com(0x40); //写1602，RAM地址
for(z=0;z<16;z++) //写入自定义字符（温度符号），用于LCD显示
{
write_data(dis3[z]);
}
write_com(0xcb); //显示温度符号
for(z=0;z<2;z++)
{
write_data(z);
}
}
/*************************************************/
//按键扫描//
/*************************************************/
void sw()
{
uint v;
if(P3!=0x0f)
{
delay1(10);
if(P3!=0x0f)
{
for(v=0;v<100;v++) //循环扫描按键一段时间后自动退出，返回到温度显示界面
{
sw_disp();
if(!k0)
{
delay1(10);
if(!k0)temph++;
}
if(!k1)
{
delay1(10);
if(!k1)temph--;
}
if(!k2)

{
delay1(10);
if(!k2)templ++;
}
if(!k3)
{
delay1(10);
if(!k3)templ--;
}
}
key=1;
}
}
}
/*************************************************/
void sw_disp()
{
uchar c;
if(kk==0)write_com(0x01),kk=1;
write_com(0x80);
for(c=0;c<16;c++)
{
write_data(dis4[c]); //显示Change password:
}
write_com(0xc1); //上限标志显示（H：）
write_data(dis5[0]);
write_data(dis5[1]);
write_com(0xc5); //上限温度符号显示(。C)
write_data(0);
write_data(1);
write_com(0xc9); //下限标志显示（L：）
write_data(dis5[2]);
write_data(dis5[3]);
write_com(0xcd); //下限温度符号显示
write_data(0);
write_data(1);
write_com(0xc3);
write_data(temph/10+0x30); //上限温度值显示
write_data(temph%10+0x30);
write_com(0xcb)
write_data(templ/10+0x30); //下限温度值显示
write_data(templ%10+0x30);
}

/*************************************************/
//ds18b20复位--标准延时函数---11us//
/*************************************************/
void delay(uchar k)
{
for (;k>0;k--);
}
/*************************************************/
void delay1(uint s) //LCD延时函数
{
for(i=0;i