數(shù)字溫度計(jì)畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)專 業(yè)： 班級學(xué)號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二八年 六 月智能溫度報(bào)警系統(tǒng)the intelligence temperature reports to the police the system專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 系 別： 電子工程系2008 年 6 月摘 要摘要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)，數(shù)字控制，溫度計(jì)， ds18b20，at89s52abs

2、tractalong with the progress and developments of the ages, a machine technique has already make widely available we are living, work, the research, each realm, has already become a kind of to compare the mature technique, this text will introduce a kind of numerical thermometer that controls accordi

3、ng to a machine, this thermometer belongs to the multi-function thermometer, can establish the top and bottom to report to the police the temperature, being the temperature not within the scope of establish, can report to the police.key word: numeral control, thermometer，ds18b20，at89s52目 錄1引言隨著人們生活水

4、平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)at89s52，測溫傳感器使用ds18b20，用4位共陽極led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求?？傮w設(shè)計(jì)方案2.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證2.1

5、.1方案一由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。2.1.2 方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器ds18b20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故采用了方案二。2.2方案二的總體設(shè)計(jì)框圖溫度計(jì)電路設(shè)

6、計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)at89s52，溫度傳感器采用ds18b20，用4位led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。主 控 制 器led顯 示溫 度 傳 感 器單片機(jī)復(fù)位時(shí)鐘振蕩報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整 圖1總體設(shè)計(jì)方框圖2.2.1 主控制器單片機(jī)at89s52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。2.2.2 顯示電路顯示電路采用4位共陽led數(shù)碼管，從p3口rxd,txd串口輸出段碼。2.2.3溫度傳感器ds18b20溫度傳感器是美國dallas半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，

7、與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。ds18b20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機(jī)功耗；溫度以或位數(shù)字；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； ds18b20采用腳pr35封裝或腳soic封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位rom的結(jié)構(gòu)

8、開始位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個(gè)器件的惟一的序號，共有48位，最后位是前面56位的crc檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)ds18b20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器和，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個(gè)高速暫存和一個(gè)非易失性的可電擦除的eeram。高速暫存ram的結(jié)構(gòu)為字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低位一直為，是工作模式位，

9、用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式，ds18b20出廠時(shí)該位被設(shè)置為，用戶要去改動(dòng)，r1和0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度 lsb溫度 msbth用戶字節(jié)1tl用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留crc圖3 ds18b20字節(jié)定義由表1可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存的第、字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯。第字節(jié)讀出前面所有字節(jié)的crc碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展

10、的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第、字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號位時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表2是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表1 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與ram中的th、t字節(jié)內(nèi)容作比較。若th或ttl，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只ds18b20同時(shí)測量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。在64位rom

11、的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（crc）。主機(jī)rom的前56位來計(jì)算crc值，并和存入ds18b20的crc值作比較，以判斷主機(jī)收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。ds18b20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器

12、和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值減到時(shí)，溫度寄存器的值將加，減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。表2一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06

13、250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：

14、初使化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖4 ds18b20與單片機(jī)的接口電路2.3 ds18b20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)mosfet管來完成對總線的上拉。當(dāng)ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)vdd端接地。由于單線制只有一根線

15、，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。2.4 系統(tǒng)整體硬件電路2.4.1 主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，如圖5 所示。圖5中有三個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計(jì)的上下限報(bào)警設(shè)置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音，同時(shí)led數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上下限，從而測出被測的溫度值。圖5 中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。2.4.2 顯示電路顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用口資源比較少，

16、只用p3口的rxd,和txd,串口的發(fā)送和接收，四只數(shù)碼管采用74ls164右移寄存器驅(qū)動(dòng)，顯示比較清晰。系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。3.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理ds18b20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖7所示。y發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，crc校驗(yàn)9字節(jié)完？crc校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束nny初始化調(diào)用顯示子程序1s到？初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度

17、轉(zhuǎn)換開始命令nyny圖7 主程序流程圖圖8讀溫度流程圖 3.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖8示發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束圖9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示3.4 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)am中讀取值進(jìn)行bcd碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程

18、圖如圖10所示。 開始溫度零下?溫度值取補(bǔ)碼置“”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度bcd值 計(jì)算整數(shù)位溫度bcd值 結(jié)束置“+”標(biāo)志ny溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？百位數(shù)0？十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號） 結(jié)束nnyy 圖10計(jì)算溫度流程圖 圖11顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖總結(jié)與體會 經(jīng)過將近三周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)把實(shí)物都做了出來，高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧

19、妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個(gè)程序并不是一件簡單的事，舉個(gè)例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時(shí)，我用的都是bcd碼，這一次，我全部用的都是16進(jìn)制的數(shù)直接加減，顯示處理時(shí)在用除法去刪分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。參考文獻(xiàn)1李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，19982pritchardek. mini一stepping motor drivers. prot. 5th asimcsd,1976.3劉景旺.單片機(jī)控制汽車?yán)锍瘫盹@示.華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002年第3期（12）4李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ).北京:北京航空航天大學(xué)出版社出版發(fā)行，1994.5徐維祥，劉旭敏.單片微型機(jī)原理及應(yīng)用.大連:大連理工大學(xué)出版社，2003.6何