数字温度计课程设计报告

一．数字温度计的总体方案设计根据系统设计的功能，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力来测量、显示温度数值。

初步确定设计系统由单片机主控模块、测温模块、显示模块共3个模块组成，电路系统框图如图所示。

图系统基本方框图对于单片机的选择，如果用8051系列，由于它没有内部RAM，系统又需要一定的内存存储数据。

AT89S52是一个低功耗、高性能CMOS 8位的单片机，片内含8k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，功能强大的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

而AT89S52与AT89C51相比，外型管脚完全相同，AT89C51的HEX程序无须任何转换可直接在AT89S52运行，且AT89S52比AT89C51新增了一些功能，相比较后，在本设计中选用AT89S52更能很好的实现温度计控制功能。

测温电路可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，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处理。

但是这种感温电路比较复杂，且采用热敏电阻精度低，重复性、可靠性都比较差。

如果采用温度传感器DS18B20可以减少外部硬件电路，而且可以很容易直接读取被测温度值，进而转换，且成本低、易使用，可以很好的满足设计要求。

所以本文采用传感器DS18B20代替传统的测温电路。

温度的显示可以采用LED数码管来显示，LED亮度高、醒目，但是电路复杂，占用资源多且信息量小。

而采用液晶显示器有明显的优点：工作电流比LED小几个数量级，功耗低；尺寸小，厚度约为LED的1/3；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长，使用方便，可得性强。

故本设计采用LCD来显示温度。

二、系统器件的具体选择单片机的选择本次设计采用的是单片机AT89C52。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

图PDIP封装的AT89C52 引脚图AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。

RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

温度传感器的选择DS18B20的简单介绍DS18B20温度传感器是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：①独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；②多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；③无须外部器件；④可通过数据线供电，电压范围为~Ｖ；⑤零待机功耗；⑥温度以９或１２位数字；⑦负电压特性，电极接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作。

DS18B20的外形和内部结构DS18B20内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。

DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图 所示，DQ 为数据输入/输出引脚。

开漏单总线接口引脚。

当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND 为地信号；VDD 为可选择的VDD 引脚。

当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

图 外部封装形式 图 DS18B20的电路所示。

图2-4 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。

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9字节的存储器。

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。

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I/OC64 位 ROM和 单 线 接 口高速缓存存储器与控制逻温度传感器高温触发器TH 低温触发器TL配置寄存器 8位CRC 发生器Vdd设置分辨率。

DS18B20的测温原理DS18B20的温度值的位数因分辨率不同而不同，温度转换时的最大延时为750ms。

DS18B20测温原理如图所示。

图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。

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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

图DS18B20测温原理DS18B2的外部电路图根据设计要求，传感器的硬件电路图如图所示。

图DS18B20外部电路图三．程序流程图 DS18B20温度计主程序流程图 图 读出温度子程序流程图图计算温度子程序 图显示数据刷新子程序流程图Proteus仿真调试结果及分析温度计电路设计原理图如图所示,控制器使用单片机AT89C2052,温度计传感器使用DS18B20,用液晶实现温度显示。

本温度计大体分三个工作过程。

首先，由DS18820温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。

然后，通过89C2052单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，井将此结果送入液晶显示模块。

最后，SMC1602A芯片将送来的值显示于显示屏上。

由图可看到，本电路主要由DSl8820温度传感器芯片、SMCl602A液晶显示模块芯片和89C2052单片机芯片组成。

其中，DSI8B20温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连，它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。

图温度计电路设计仿真图硬件调试结果及分析软件调试根据流程图编写程序软件。

本次设计系统的调试以程序的调试为主。

程序的调试我们采用Ｋeil C51．Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和 C 语言的程序设计，界面友好，易学易用。

系统调试软硬件分别调试完成以后，将程序下载入单片机中，电路板接上电源，按刷新按钮LCD显示当前温度。

用手去碰触温度传感器，按刷新按钮，温度显示值出现变化，显示当前手的温度值。

完成了我们预期的要求。

设计感受与见解本次综合实训是针对MCS-51系列的单片机芯片STC89C52来设计一个数字温度计，该设计充分利用了温度传感器DS18B20功能强大的优点，如DS18B20可以直接读出被测温度值，进行转换；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，大大简化了硬件电路，也使得该数字温度计不仅具有结构简单、成本低廉、精确度较高、反应速度较快、数字化显示和不易损坏等特点，而且性能稳定，适用范围广，因此特别适用于对测温要求比较准确的场所。

在这次设计中，熟悉了制作一个产品的总体流程，能熟练使用一些必要的设计工具和仿真工具等。

通过选认元件，连线，调试检测等过程，锻炼自己的理论联系实际的能力和实际操作能力，从而综合性地巩固所学的知识，为将来的工作做一次实战演习。

经过将近2周的综合实训，终于完成了我的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次实训中的最大收获。

七．附件一：元器件清单STC89C51 1个温度传感器DS18B20 1个插针1排LCD1602 1个40脚插座1个12MHZ晶振1个电容30PF 2个22UF 1个电阻10K 2个1个附件二：源程序#include<>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P3^7;//ds18b20与单片机连接口sbit RS=P3^0;sbit RW=P3^1;sbit EN=P3^2;unsigned char code str1[]={"temperature: "};unsigned char code str2[]={" "};uchar data disdata[5];uint tvalue;//温度值uchar tflag;//温度正负标志/*************************lcd1602程序**************************/void delay1ms(unsigned int ms)//延时1毫秒（不够精确的）{unsigned int i,j;for(i=0;i<ms;i++)for(j=0;j<100;j++);}void wr_com(unsigned char com)//写指令// { delay1ms(1);RS=0;RW=0;EN=0;P2=com;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;}void wr_dat(unsigned char dat)//写数据// { delay1ms(1);;RS=1;RW=0;EN=0;P2=dat;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;}void lcd_init()//初始化设置//{delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5);wr_com(0x08);delay1ms(5);wr_com(0x01);delay1ms(5);wr_com(0x06);delay1ms(5);wr_com(0x0c);delay1ms(5);}void display(unsigned char *p)//显示//{while(*p!='\0'){wr_dat(*p);p++;delay1ms(1);}}init_play()//初始化显示{ lcd_init();wr_com(0x80);display(str1);wr_com(0xc0);display(str2);}/*****************ds1820程序*********************************/ void delay_18B20(unsigned int i)//延时1微秒{while(i--);}void ds1820rst()/*ds1820复位*/{ unsigned char x=0;DQ = 1; //DQ复位delay_18B20(4); //延时DQ = 0; //DQ拉低delay_18B20(100); //精确延时大于480usDQ = 1; //拉高delay_18B20(40);}uchar ds1820rd()/*读数据*/{ unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i--){ DQ = 0; //给脉冲信号dat>>=1;DQ = 1; //给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay_18B20(10);}return(dat);}void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据*/{unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i--){ DQ = 0;DQ = wdata&0x01;delay_18B20(10);DQ = 1;wdata>>=1;}}read_temp()/*读取温度值并转换*/{uchar a,b;ds1820rst();ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ds1820wr(0x44);//*启动温度转换*/ds1820rst();ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ds1820wr(0xbe);//*读取温度*/a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue<0x0fff)tflag=0;else{tvalue=~tvalue+1;tflag=1;}tvalue=tvalue*;//温度值扩大10倍，精确到1位小数return(tvalue);}/*******************************************************************/ void ds1820disp()//温度值显示{ uchar flagdat;disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//百位数disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位数disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//个位数disdata[3]=tvalue%10+0x30;//小数位if(tflag==0)flagdat=0x20;//正温度不显示符号elseflagdat=0x2d;//负温度显示负号:-if(disdata[0]==0x30){disdata[0]=0x20;//如果百位为0，不显示if(disdata[1]==0x30){disdata[1]=0x20;//如果百位为0，十位为0也不显示}}wr_com(0xc0);wr_dat(flagdat);//显示符号位wr_com(0xc1);wr_dat(disdata[0]);//显示百位wr_com(0xc2);wr_dat(disdata[1]);//显示十位wr_com(0xc3);wr_dat(disdata[2]);//显示个位wr_com(0xc4);wr_dat(0x2e);//显示小数点wr_com(0xc5);wr_dat(disdata[3]);//显示小数位}/********************主程序***********************************/ void main(){ init_play();//初始化显示while(1){read_temp();//读取温度ds1820disp();//显示}}附录三：实物图及使用说明说明：按键刷新温度。