基于单片机的温度传感器的设计说明

基于单片机的温度传感器的设计目录第一章绪论-------------------------------------------------------- ---21.1 课题简介 ----------------------------------------------------------------- 21.2 设计目的 ----------------------------------------------------------------- 31.3 设计任务 ----------------------------------------------------------------- 3第二章设计容与所用器件 --------------------------------------------- 4第三章硬件系统设计 -------------------------------------------------- 43.1单片机的选择------------------------------------------------------------- 43.2温度传感器介绍 ---------------------------------------------------------- 53.3温度传感器与单片机的连接---------------------------------------------- 83.4单片机与报警电路-------------------------------------------------------- 93.5电源电路----------------------------------------------------------------- 103.6显示电路----------------------------------------------------------------- 103.7复位电路----------------------------------------------------------------- 11第四章软件设计 ----------------------------------------------------- 124.1 读取数据流程图--------------------------------------------------------- 124.2 温度数据处理程序的流程图 -------------------------------------------- 134.3程序源代码 -------------------------------------------------------------- 14总结 ----------------------------------------------------------------- 21附录------------------------------------------------------------------------------------16第一章绪论1.1 课题简介单片机，更确切的应称作微控制器，是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，其特点是功能强大、体积小、可靠性高、价格低廉。

它一面世便在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领域得到广泛应用，极提高了这些领域的技术水平和自动化程度。

因此，单片机的开发、应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。

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，它给人带来的方便也是无可置疑的，其中数字温度计就是一个典型的例子。

随着人们对它的要求越来越高，要为现代人工作和生活提供更好、更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化控制、智能化控制方向发展。

温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。

目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。

现在所使用的温度计通常都是精度为1℃和0.1℃的水银、煤油或酒精温度计，这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。

本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温围广、测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要供测温要求准确的场所和科研实验室使用。

该设计控制器使用单片机AT89C51，温度传感器DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示，能准确达到以上要求。

1.2 设计目的熟悉单片机AT89C51和传感器DS18B20的应用，及单片机与外围电路的接法，加深对单片机以及传感器的认识，了解单片机在日常生活中的应用及其重要性。

同时，通过查找资料，设计电路，使本次设计的数字温度计具有结构简单、成本低廉、精确度高、反应速度快、数字化显示和不易损坏等特点。

在这次设计中，熟悉了制作一个产品的基本流程。

通过选认元件，连线，等过程，锻炼自己的学习能力。

1.3 设计任务1、以AT89C51单片机为核心器件，组成一个数字式温度计。

2、采用数字式温度计传感器为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为±0.5°C。

3、温度显示采用4位LED数码管显示，两位整数，一位小数。

4、具有键盘输入上、下限功能，超过上、下限温度时，进行声音报警。

第二章设计容与所用器件基本功能：利用89C51作为主控器组成一个数字温度计。

可选器件：AT89C51单片机、DB18B20、7段LED数码管等系统原理图第三章硬件系统设计硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。

单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。

本设计选用以AT89C51单片机为主控单元,DB18B20为数据采集模块，显示部分采用7段LED动态显示，警报部分采用蜂鸣器。

3.1 单片机的选择AT89C51AT89C51单片机的主要特性：1、与MCS-51 兼容，4K字节可编程闪烁存储器；2、灵活的在线系统编程，掉电标识和快速编程特性；3、寿命为1000次写/擦周期，数据保留时间可10年以上；4、全静态工作模式：0Hz-33Hz；5、三级程序存储器锁定；6、128*8位部RAM，32可编程I/O线；7、两个16位定时器/计数器，6个中断源；8、全双工串行UART通道，低功耗的闲置和掉电模式；9、片振荡器和时钟电路；芯片共有40个引脚，其中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。

3.2 温度传感器介绍DS18B20可以程序设定9-12的分辨率，精度为±0.5°C。

可选更小的封装方式，更宽的电压适用围。

分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EPROM中，掉电后依然保存。

温度传感器DS18B20引脚如图所示引脚功能说明：NC ：空引脚，悬空不使用；VDD ：可选电源脚，电源电压围3~5.5V。

当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

DQ ：数据输入/输出脚。

漏极开路，常态下高电平。

GND ：为电源地DS18B20部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

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，可通过软件写入户报警上下限。

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。

DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节容作比较。

若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件的报警标志位置位，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。

DS18B20的测温原理是这样的,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。

另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，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。

源供电方式在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VCC引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。

注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85℃。

部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单。

本次数字温度计的设计采用的就是外部电源供电方式。

3.3 温度传感器与单片机的连接温度传感器的单总线(1-Wire)与单片机的P2．0连接，P2．0是单片机的高位地址线A8。