课程设计报告(简易温度测量)

课程设计设计题目：简易温度测量仪学院：通信与信息工程学院专业：广播电视工程班级：0151002班姓名：xxoo指导老师：应俊目录摘要 (3)一、课程设计题目 (3)二、课程设计的目的 (3)三、设计要求 (3)四、实施方案及步骤 (4)（一）方案选择与论证 (4)（二）电路模块设计 (5)1.温度传感器模块 (5)2.显示模块 (5)3.报警模块 (6)（三）系统的具体设计与实现 (7)1.温度控制模块 (7)2.温度显示 (10)3.报警搜索 (11)（四）测试方案与测试结果 (14)1.测试目标 (12)2.测试范围 (12)3.测试内容 (12)4.测试方法 (12)5.测试结果 (13)五、附件 (13)附件1元件清单 (18)参考文献 (13)摘要信息时代，电脑，随着半导体工业的飞速发展，已渗入到人们日常的生产生活的方方面面当中。

我们的生活、学习、工作离不开电脑，工业控制、环境监控等也离不开电脑。

本文将以单片机SST89E51为控制主机，以达拉斯半导体DS18B20，在重邮51学习板上实现温度测量及报警系统，详细阐述如何利用51单片机及DS18B20开发温度测量及温度超界报警系统。

关键词:单片机，数字温度器，蜂鸣器；AT89C51，DS18B20一、课程设计题目简易温度测量仪二、课程设计的目的1、利用单片机SST89E51学习板和DS18B20，蜂鸣器组成的温度传感检测及温度超界报警系统；2、熟悉使用学习板，了解温度传感器的功能；并且运用我们学习到的数字和模拟电子电路，单片机，C语言程序设计等知识完成系统；3、通过从理论联系实际，从题目出发分析和设计报警电路、温度采集电路、程序的编写、调试、运行等完成一个完整的实验过程，培养思考及动手能力；4、充分发挥主观能动性，培养团队的协助能力，达到团队独立完成实际任务。

三、设计要求以单片机SST89E51学习板作为本次实验的核心器件，外接报警电路，温度采集电路。

组成一个温度采集报警系统。

温度采集使用DS18B20芯片，报警电路用蜂鸣器作为报警器件。

测量温度范围0—125℃；用数码管显示温度，显示精度达到小数点后一位，要求显示无闪烁；软件设置报警温度上下限。

提升部分：增加显示位数，修改测量精度，使用按键设置温度上下线。

四、实施方案及步骤（一）方案选择与论证根据设计任务的总体要求，本系统可以划分为几个功能模块，根据各个功能模块的要求，分别作以下分析及处理，图1为温度测量仪原理框图。

拉斯半导体DS18B20数字温度传感器，该传感器集成了温度测量与数模转换两项功能，拥有较宽的温度测量范围，为-55℃～+125℃，较高的精确度(十六位模式时可达0.0625℃)，而且DS18B20是一款单总线结构器件，令系统的抗干扰性大幅提升。

此系统还包含一个报警系统，使其应用更加广泛。

（二）电路模块设计1.温度传感器模块819462590方案：采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，它可以直接输出数字信号，便于单片机处理和控制，减少了硬件电路。

并且该芯片的物理化学性能稳定，在—10~+85℃范围内，精度为正负0.5℃。

DS18B20的最大特点之一就是采用了单总线的数字传输，由数字温度计DS18B20和微机SST 89C51构成的温度装置。

DS18B20将输出温度的数字信号传到微机。

2.显示模块方案：直接使用AT89C51单片机学习板自带的共阴极数码管，减少了单片机外挂电路的复杂性。

3.报警模块方案：采用外挂电路，使用有源蜂鸣器作为报警装置，有源蜂鸣器使用方法简单，不需要过多的元器件即可组成。

只要达到报警条件（超过设定的温度上、下限），微机给蜂鸣器的相应的端口传送低电平即可。

没错，我们主要利用三极管的开关特性通过控制基极有无电平来控制报警器件。

采用这种设计是因为单片机端口引脚输出的电流通常较小，输出的TTL电平过低，难以让蜂鸣器发出声音。

因此我们选择通过S9012PNP型三极管，利用它的开关特性控制电流的流通，从而使蜂鸣器发声。

三极管的发射极E与100Ω(限流)的电阻相连，接到蜂鸣器的正极，蜂鸣器负极接地。

三极管的集电极C接vcc （+5v）。

三极管的基极B接一个100Ω的限流电阻（防止端口损坏）与单片机的P2.2引脚连接。

当P2.2输出的是高电平的时候B、E极截止，此时没有电流流过蜂鸣器，蜂鸣器不发声。

当P2.2输出的低电平时，三极管导通，这样有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音。

（三）系统的具体设计与实现系统设计总思路：由DS18B20对温度进行采集，采用SST89E51对DS18B20温度的采集进行控制，读取温度并且进行计算处理，最后送到数码管显示，且达到报警温度时由AT89C51传送低电平到报警端口驱动报警电路。

具体的流程图如下：1.温度控制模块1)DS18B20相关资料DS18B20原理与特点：DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进智能温度传感器。

与传统的热敏电阻相比，它能够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。

可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且DS18B20可使系统结构更趋于简单，可靠性更高。

它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。

以下是DS18B20的特点：（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条总线即可实现微处理器和DS18B20的双向通信；（2）在使用中不需要任何外围元件；（3）可以用数据线供电，电压范围：+3.0V~+5.5V；（4）测温范围：-55~+125℃，固有测温分辨率为0.5℃；（5）通过编程可实现9~12位的数字读数方式；（6）用户可自设定非失性的报警上下限值；（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；（8）负压特性：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的测温过程：（1）DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲；（2）高温度系数振荡器是一个在振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲；（3）初始时，温度寄存器被预设置成-55℃，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1℃，这个过程重复进行，直到计数器2计数到0时便停止；（4）此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

DS18B20测温原理框图2)温度采集通过AT89C51执行控制操作命令指示DS18B20完成一次温度测量，DS18B20直接将被测温度转换成串行数字信号，测量结果放在DS18B20的暂存器里，再用一条读暂存器内容的存储操作命令就可以把暂存器中数据读出。

向DS18B20获取温度的具体指令可以查看它的数据手册。

包括复位，向DS18B20读取一位数，读一个字节，向DS18B20写一个字节，温度转换，以及读取数据，具体的流程图及时序图如下：温度采集流程图DS18B20复位时序DS18B20写时序2.温度显示从DS18B20获得的温度值可以通过学习板上自带的数码管显示，显示位数为五位，有效值精确到小数点后两位。

具体的过程如下框图。

3.报警搜索每一次数据显示的同时都会执行报警程序，若是显示的温度超过初始设定的上下限，则视为报警温度，由AT89C51传送低电平到报警端口驱动报警电路，蜂鸣器发出声音报警。

（四）测试方案与测试结果1.测试目标能正常测量温度，并稳定显示；显示温度为4位，有效值精确到小数点后一位；温度范围为0℃~+125℃；超出温度上下限，蜂鸣器发出响声报警；2.测试范围DS18B20采集温度；数码管显示；蜂鸣器。

3.测试内容稳定无闪烁显示当前环境温度值，有效值精确到小数点后一位。

改变环境温度，显示温度改变；蜂鸣器在显示温度超出设定的报警温度上限和下限值时发出响声报警，显示温度在设定范围之内时，不发出声音；4.测试方法软件调试将整个硬件电路通过学习板上的接口与电脑上的软件Keil uVision4连接，运行程序，此时学习板上的数码管显示的为测量的当前温度值（室温）。

改变测量温度值用手握住DS18B20，人为改变芯片所处环境温度，观察数码管上显示的温度值是否有改变。

超出初始设定温度上下限时，蜂鸣器发出响声报警。

软件设定报警温度上下限值在Keil uVision4中直接改变初始设定的报警温度值，运行程序，观察显示效果。

超出新设的报警温度，蜂鸣器发出响声报警。

5.测试结果（具体的结果以现场测试为准）能正常显示DS18B20测量到的温度。

显示无闪烁，有效值精确到小数点后一位；超出设定的报警温度值，蜂鸣器发出响声报警；当显示温度值在设定温度值之内时，蜂鸣器不发出声音；五、附件附件1元件清单参考文献[1] 电子发烧友网./.[2] C语言程序设计（第三版）作者谭浩强清华大学出版社.[3] 单片机原来及其接口技术（第三版）作者胡汉才清华大学出版社.[4] 百度文库：最全面的DS18B20中文资料/view/fc98050003d8ce2f00662316.html.[5] 百度文库：单片机驱动蜂鸣器原理与设计/view/c7aa15687e21af45b307a8e8.html.[5] 百度文库：DS18B20数据手册/view/1a2bb48fa0116c175f0e48f6.html代码：#include<reg52.h> //包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件unsigned char flag,tltemp; //负温度标志和临时暂存变量unsigned char Seg_Tab[] ={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//数字0~9的段码unsigned charsig_Tab[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef} ;//带点显示unsigned char Dig_Tab[] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//数码管0~7位的位选码sbitDigce=P1^1;sbitSigce=P1^0;sbit led=P1^2;sbit key=P1^3;void delay1ms(){unsigned char i,j;for(i=0;i<4;i++)for(j=0;j<33;j++);}/*****************************************************函数功能：延时若干毫秒入口参数：n***************************************************/void delaynms(unsigned char n){unsigned char i;for(i=0;i<n;i++)delay1ms();}/*****************************************************/************************************************************************以下是DS18B20的操作程序************************************************************************/sbit DQ=P2^0;unsigned char time; //设置全局变量，专门用于严格延时/*****************************************************函数功能：将DS18B20传感器初始化，读取应答信号出口参数：flag***************************************************/bit Init_DS18B20(void){bit flag; //储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在DQ = 1; //先将数据线拉高for(time=0;time<2;time++) //略微延时约6微秒;DQ = 0; //再将数据线从高拉低，要求保持480~960usfor(time=0;time<200;time++) //略微延时约600微秒; //以向DS18B20发出一持续480~960us的低电平复位脉冲DQ = 1; //释放数据线（将数据线拉高）for(time=0;time<10;time++); //延时约30us（释放总线后需等待15~60us让DS18B20输出存在脉冲） flag=DQ; //让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在）for(time=0;time<200;time++) //延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕;return (flag); //返回检测成功标志}/*****************************************************函数功能：从DS18B20读取一个字节数据出口参数：dat***************************************************/unsigned char ReadOneChar(void){unsigned char i=0;unsigned char dat; //储存读出的一个字节数据for (i=0;i<8;i++){DQ =1; // 先将数据线拉高_nop_(); //等待一个机器周期DQ = 0; //单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序_nop_(); //等待一个机器周期DQ = 1; //将数据线"人为"拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备for(time=0;time<2;time++); //延时约6us，使主机在15us内采样dat>>=1;if(DQ==1)dat|=0x80; //如果读到的数据是1，则将1存入datelsedat|=0x00;//如果读到的数据是0，则将0存入dat //将单片机检测到的电平信号DQ存入r[i]for(time=0;time<1;time++); //延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期}return(dat); //返回读出的十六进制数据}/*****************************************************函数功能：向DS18B20写入一个字节数据入口参数：dat***************************************************/void WriteOneChar(unsigned char dat){unsigned char i=0;for (i=0; i<8; i++){DQ =1; // 先将数据线拉高_nop_(); //等待一个机器周期DQ=0; //将数据线从高拉低时即启动写时序DQ=dat&0x01; //利用与运算取出要写的某位二进制数据,//并将其送到数据线上等待DS18B20采样 for(time=0;time<10;time++);//延时约30us，DS18B20在拉低后的约15~60us期间从数据线上采样DQ=1; //释放数据线for(time=0;time<8;time++);//延时3us,两个写时序间至少需要1us的恢复期dat>>=1; //将dat中的各二进制位数据右移1位}for(time=0;time<4;time++); //稍作延时,给硬件一点反应时间}/*****************************************************函数功能：显示数据***************************************************/void display_temp1(unsigned char x,unsigned char y){unsigned char j,k,l; //j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位y为小数部分j=x/100; //取百位k=(x%100)/10; //取十位l=x%10; //取个位P1 = 0x0c; //对P1进行初始化 0000 1100P0 = 0; //初始化P0= Seg_Tab[y];//段选Sigce= 1;Sigce= 0;P0 = Dig_Tab[2];//位选Digce= 1;Digce= 0;delaynms(10);P0 = Dig_Tab[3];//位选Digce= 1;Digce= 0;P0=sig_Tab[l];//段选Sigce= 1;Sigce= 0;delaynms(10);P0 = Seg_Tab[k];//段选Sigce= 1;Sigce= 0;P0 = Dig_Tab[4];//位选Digce= 1;Digce= 0;delaynms(10);P0=0x63; //段选Sigce=1;Sigce=0;P0=Dig_Tab[1]; //位选Digce=1;Digce=0;delaynms(10);P0=0x39;Sigce=1;Sigce=0;P0=Dig_Tab[0];Digce=1;Digce=0;delaynms(10);}/**P*********************************函数功能：做好读温度准备***********************************/void ReadyReadTemp(char TN,char TD){int i;Init_DS18B20(); //将DS18B20初始化WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换for(i=0;i<50;i++)display_temp1(TN,TD); //转换一次需要延时一段时间Init_DS18B20(); //将DS18B20初始化WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器,前两个分别是温度的低位和高位}/*****************************************************函数功能：主函数***************************************************/void main(void){unsigned char TL; //储存暂存器的温度低位unsigned char TH; //储存暂存器的温度高位unsigned char TN; //储存温度的整数部分unsigned char TD; //储存温度的小数部分// if(Init_DS18B20()==1)//显示温度的单位led=1;key=1;while(1) //不断检测并显示温度{ flag=0;ReadyReadTemp(TN,TD); //读温度准备TL=ReadOneChar(); //先读的是温度值低位TH=ReadOneChar(); //接着读的是温度值高位if((TH&0xf8)!=0x00)//判断高五位得到温度正负标志{flag=1;TL=~TL; //取反TH=~TH; //取反tltemp=TL+1; //低位加1TL=tltemp;if(tltemp>255) TH++; //如果低8位大于255，向高8位进1 TN=TH*16+TL/16; //实际温度值=(TH*256+TL)/16,即：TH*16+TL/16//这样得出的是温度的整数部分,小数部分被丢弃了TD=(TL%16)*10/16; //计算温度的小数部分,将余数乘以10再除以16取整，}TN=TH*16+TL/16; //实际温度值=(TH*256+TL)/16,即：TH*16+TL/16//这样得出的是温度的整数部分,小数部分被丢弃了TD=(TL%16)*10/16; //计算温度的小数部分,将余数乘以10再除以16取整，//这样得到的是温度小数部分的第一位数字(保留1位小数)display_temp1(TN,TD); //显示温度的整数部分if(TN<=20||TN>=50){P2=0x00;}if(TN>=20&&TN<=50){P2=0x04;}delaynms(50); }}。