单片机课程设计基于数字温度传感器的数字温度计课程设计报告书

《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称基于数字温度传感器的数字温度计姓名学号专业指导教师机电与控制工程学院年月日填写说明1、正文部分：（1）标题与正文格式定义标准如下：一级标题：1.标题1二级标题：1.1标题2三级标题：1.1.1标题3四级标题：1.1.1.1标题4（2）表格：尽可能采用三线表。

（3）图形：直接插入的插图应有图标、图号，不能直接插入的图应留出插图空位。

图中文字、符号书写要清楚，并与正文一致。

（4）文字表述：要求层次清楚，语言流畅，语句通顺，无语法和逻辑错误，无错字、别字、漏字。

文字的表述应当以科学语言描述研究过程和研究结果，不要以口语化的方式表达，报告中科技术语和名词应符合规定的通用词语，并使用法定计量单位和标准符号。

2、参考文献：（1）数量要求：参考文献只选择最主要的列入，应不低于5种。

（2）种类要求：参考文献的引用，可以是著作[M]、论文[J]、专利文献[P]、会议论文等。

（3）文献著录格式及示例。

参考文献用宋体五号字。

[1] 作者. 书名[M]. 版次. 出版地: 出版者, 出版年: 起止页码（著作图书文献）[2] 作者. 文章名[J]. 学术刊物名称. 年. 卷(期): 起止页码（学术刊物文献）示例： [1]王社国，建光。

基于ARM的嵌入式语音识别系统研究[J]。

微计算机信息，2007，2-2:149-150.3、附录或附件：（可选项）重要的测试结果、图表、设计图纸、源程序代码、大量的公式、符号、照片等不宜放入正文中的可以附录形式出现。

4、如果需要可另行附页粘贴。

任务书1. 设计要求利用数字温度传感器DS18B20与单片机结合来测量温度。

利用数字温度传感器DS18B20测量温度信号，计算后在LED数码管上显示相应的温度值。

其温度测量围为−55℃～125℃，精确到0.5℃。

数字温度计所测量的温度采用数字显示，控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据，实现温度显示。

2. 原理从温度传感器DS18B20可以很容易直接读取被测温度值，进行转换即满足设计要求。

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位的数字读数方式。

DS18B20的性能如下。

⏹独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。

⏹多个DS18B20可以并联在串行传输的数据线上，实现多点组网功能。

无须外部器件。

⏹可通过数据线供电，电压围为3.0～5.5V。

⏹零待机功耗。

⏹温度以9或12位的数字读数方式。

⏹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。

目录1、绪论 (5)2、方案论证（规划、选定） (5)3、方案说明（设计） (7)4、硬件方案设计 (10)5、软件方案设计 (17)6、调试 (20)7、技术小结（结束语） (20)8、参考文献 (21)9、附录（源程序代码、电路图等） (21)1、绪论随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。

采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。

在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。

温度控制在生产过程中占有相当大的比例。

温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。

传统的测温元件有热电偶和二电阻。

而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。

我们用一种相对比较简单的方式来测量。

我们采用美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，温度围为-55~125 ºC,最高分辨率可达0.0625 ºC。

DS18B20可以直接读出北侧温度值，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。

本文介绍一种基于AT89C51单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量围0℃-～+100℃，使用LED模块显示，能设置温度报警上下限。

正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器DS18B20的原理，AT89C51单片机功能和应用。

该电路设计新颖、功能强大、结构简单。

2、方案论证该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。

2.1方案一采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。

通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。

数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，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。

热电偶的优点是工作温度围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。

系统主要包括对A/D0809 的数据采集，自动手动工作方式检测，温度的显示等，这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。

此外还有复位电路，晶振电路，启动电路等。

故现场输入硬件有手动复位键、A/D 转换芯片，处理芯片为51 芯片，执行机构有4 位数码管、报警器等。

【1】系统框图如图3-1所示。

图3-1 热电偶温差电路测温系统框图2.2方案二采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。

且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。

在0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。

DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。

这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。

采用51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信上传数据，另外AT89S51 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

【1】该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。

该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

2.3方案选定从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度围宽、体积小，但是线性误差较大。

方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二。

3、方案说明3.1系统设计原理利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警。

同时处理后的数据送到LED中显示。

3.2系统组成本课题以是80C51单片机为核心设计的一种数字温度控制系统，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，单片机主板电路等组成。

系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。

系统框图如图3-2所示。

图3-2 系统基本方框图3.2.1主控制器单片机AT89C51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，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。

3.2.2显示电路显示电路采用LED液晶显示数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。

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p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。

3.2.3温度传感器温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20温度传感器。

DS18B20输出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，在0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度，采用单总线的数据传输，可直接与计算机连接。

用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。

获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

3.3 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3-3 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。

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。

图3-1 DS18B20与单片机的接口电路4、硬件方案设计4.1 80C51单片机介绍80C51有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。

80C51的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。

其基本组成框图见图4-1。

P0P2图4-1 80C51单片机结构图1. 一个8 位的微处理器(CPU)。

2. 片数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。