单片机测温系统论文

摘要：本设计采用4位数码管显示系统，以AT89S52单片机为核心，由键盘、温度采集，温度上限报警等功能模块组成。

系统采用数字温度传感器DS18B20采集温度数据，数码管同步显示上限温度设定值和当前测量值。

可通过按键以1℃的步进改变上限温度设定值，系统复位后上限报警温度默认为30℃。

当测试温度高于报警温度上限值时，蜂鸣器就会报警。

关键字：单片机DS18B20 数码管蜂鸣器报警
基于DS18B20测温的单片机温度控制系统
一、功能要求：
（1）能测量环境温度信息，要求能用2位或多位LED显示。

（2）要求具有报警功能，当温度超过报警温度上限时要能报警，报警上限要能够通过键盘设定。

（3）电源能通过计算机的USB口供电，以节约制作成本。

二、方案论证：
1．显示部分：
显示部分是本次设计的重要组成部分，一般有以下两种方案：
方案一：
采用LCD显示。

LCD液晶显示具有丰富多样性、灵活性、电路简单、易于控制而且功耗小等优点，对于信息量多的系统，是比较适合的。

方案二：
采用LED显示。

虽然译码驱动装置较多，但也很方便，主要成本低。

且本设计只需要显示温度，信息量不大。

经过综合考虑，采取方案二。

2．温度采集:
方案一：
采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1摄氏度的信号是不适用的。

方案二：
采用温度传感器DS18B20。

DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为0.5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。

基于DS18B20的以上优点，我们决定选取DS18B20来测量温度
三、总体方案：
系统结构框图
系统主要包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块和温度设置模块，
驱动电路五个部分。

系统框图如图1 所示。

其中数据采集模块负责实时采集温度数据，采集到的温度数据传输到单片
机，由单片机处理后的数据送显示部分显示。

设置模块可设置预定温度，当检测温度高于报警上限温度时，蜂鸣器将会报警。

图1. 系统框图
四、系统硬件设计：
1. AT89S52单片机最小系统：
最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。

图2为AT89S52单片机的最小系统。

图2 最小系统电路图
2.温度测量模块:
温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625℃，采用寄生电源工作方式，CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。

接口电路如图3所示。

图3
DS18B20测量电路
3.蜂鸣器报警模块：
蜂鸣器需要三极管放大电流来驱动，一开始由于使用的电阻太大，导致电流较小，蜂鸣器不响，后来并了一个电阻就好了。

电路如图4所示：
图4 报警电路
4.LED显示模块：
显示部分选用4位共阳数码管。

由于数码管的驱动电流较大，所以在设计时加上了三极管9013作为驱动电路。

数码管和单片机的接口如图5所示：
图5数码管显示电路5.整体电路：
系统电路如图6
图6 整体电路
（1）主程序流程图
图7主程序流程图（2
图8 中断程序流程图
AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有
8K 在系统可编程 Flash 存储器。

使用Atmel 公司高密度非易
失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼
容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编
程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程
Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、
超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能： 8k字节
Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个
数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断
结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外， AT89S52引脚图AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。

与传统的热敏电阻相比，他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93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。

因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。

他在测温精度、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。

DS18B20工作原理
DS18B20的读写时序和测温原理
与DS1820相同，只是得到的温度值
的位数因分辨率不同而不同，且温度
转换时的延时时间由2s 减为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。

DS18B20的初始化
（1）先将数据线置高电平“1”。

（2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）
（3）数据线拉到低电平“0”。

（4）延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。

（5）数据线拉到高电平“1”。

（6）延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。

据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。

（7）若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。

（8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。

DS18B20的写操作
（1）数据线先置低电平“0”。

（2）延时确定的时间为15微秒。

（3）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。

（4）延时时间为45微秒。

（5）将数据线拉到高电平。

（6）重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。

（7）最后将数据线拉高。

DS18B20的读操作
（1）将数据线拉高“1”。

（2）延时2微秒。

（3）将数据线拉低“0”。

（4）延时15微秒。

（5）将数据线拉高“1”。

（6）延时15微秒。

（7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。

（8）延时30微秒。

六、系统调试：
下图为系统测试的当前温度值，显示在4位LED数码管上。

下图为系统进入中断，设置报警上限温度。

下图为系统电路板的反面焊接详情。

八、参考文献
[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006
[2]阎石主编数字电子技术基础北京：高等教育出版社，1998
[3]邹应全 51系列单片机原理与实验教程西安电子科技大学出版社，2007
[4]/
程序：
#include"reg52.h"
#include<stdio.h>
#define Alarm 10
sbit DQ=P2^4;
sbit Beep=P3^4;
unsigned char tempL=0,tempH=0;
unsigned char flag=0;
unsignedinttemperature,negtemper;
unsigned char idataaddrdat[2]={0x0,0x0};
unsigned char
tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
unsigned char
tab1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10}; unsigned char dispbuf[3]={0,0,0};
unsigned char warning=30;
bit on=1,off=0;
void delay(unsigned int i)
{
while(i--)
}
void beep(bit i)
{
Beep=i;
}
void Init_DS18B20(void) //初始化程序
{
unsigned char x=0;
DQ=1; //DQ先置高
delay(8); //稍延时
DQ=0; //发送复位脉冲
delay(85); //延时（>480us）
DQ=1; //拉高数据线
delay(14); //等待（15—60us）
x=DQ;
delay(20);
}
ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0; //主机数据线先从高电平拉至低电平unsigned char dat=0; //保持1ms以上，再使数据线for(i=8;i>0;i--) //升为高电平，从而产生读信号，每个{DQ=1; //读周期最短的持续时间为60us，各个读
delay(1); //周期之间必须有1ms以上的高电平恢复期
DQ=0;
dat>>=1;
DQ=1;if(DQ)
dat|=0x80;
delay(4);
}
return(dat);
}
voidWriteOneChar(unsigned char dat)
{ //数据线从高电平拉至低电平,产生写unsigned char i=0; //起始信号，15ms之内将所需写的位送for(i=8;i>0;i--) //到数据线上，在15—60ms之间对数据线{ //进行采样，如果是高电平就写1，低就写0 DQ=0; //在开始另一个写周期前必须有1ms以上的高电平
DQ=dat&0x01; //恢复期
delay(5);
DQ=1;
dat>>=1;
}
delay(4);
}
ReadTemperature(void)
{
Init_DS18B20(); //初始化
WriteOneChar(0xcc); //跳过读序列号的操作
WriteOneChar(0x44); //启动温度转换
delay(125); //转换需要一点时间，延时
Init_DS18B20(); //初始化
WriteOneChar(0xcc); //跳过读序列号的操作
WriteOneChar(0xbe); //读温度寄存器
tempL=ReadOneChar(); //读出温度的低位LSB
tempH=ReadOneChar(); //读出温度的高位MSB
temperature=(tempH*256)+tempL; //温度转换，对高、低位做相应return(temperature); //的运算，转化为实际温度
}
voidDispbuf(unsigned int temper)
{
unsigned char temp;
dispbuf[2]=(temper>>4)/10; //取十位
dispbuf[1]=(temper>>4)%10; //取各位
temp=temper&0x0F;
dispbuf[0]=temp * 625/1000; //小数近似处理
}
unsigned char getkey() //键盘扫描
{
P2=0xff;
if (P2==0xfe)
{
delay(12000);
if (P2!=0xfe) ;
else return P2;
}
if (P2==0xfd)
{
delay(12000);
if (P2!=0xfd) ;
else return P2;
}
if (P2==0xfb)
{
delay(12000);
if (P2!=0xfb) ;
else return P2;
}
}
Inter0_process() interrupt 2 //外部中断1
{
unsigned char key;
int i;
unsigned char dis=0x01;
unsignedint j;
for(j=5000;j>0;j--)
{
key=getkey(); //取键值
if(key==0xfe) //如+键按下，则温度值递增
{
warning++;
delay(80);
}
if(key==0xfd) //如-键按下，则温度递减
{
warning--;
delay(80);
}
if(key==0xfb) //按键退出中断
j=1;
for(i=0;i<2;i++) //设置两位报警值，并在LED上显示
{
P1=dis;
dis<<=1;
if(i==0)
P0=tab[warning%10];
else
P0=tab[warning/10];
delay(200);
}
dis=0x01;
}
}
main()
{
unsigned char i,npos=0x01;
P0=0xff;
P2=0xff;
P1=0xff;
EX1=1; //开中断1
IT1=1; //下降沿触发
ET1=1;
EA=1; //开总中断
while(1)
{
if((temperature&0xf000)==0xf000) //判断是否为负温度
{
ReadTemperature();
for(i=0;i<4;i++) //4为LED显示
{
negtemper=(~temperature)+1; //取原码
Dispbuf(negtemper); //取位值
P1=npos;
npos<<=1; //循环使能
if(i==1) //第二位显示有点
{
P0=tab1[dispbuf[i]]; //查表显示
delay(500);
}
else if(i==3) //显示负号
P0=0xbf;
else
{
P0=tab[dispbuf[i]];
delay(500);
}
}
npos=0x01;
}
else //如不是负温度
{
for(i=0;i<3;i++) //显示3位
{
ReadTemperature(); //读温度值
Dispbuf(temperature);
if(((temperature>>4)&0xff)>=warning)//温度值大于报警温//度值则报警
beep(on); //蜂鸣器响
else beep(off); //不响
P1=npos;
npos<<=1; //循环显示
if(i==1)
P0=tab1[dispbuf[i]];
else
P0=tab[dispbuf[i]];
delay(100);
}
npos=0x01;
}
}
}。