課程設計論文基于51單片機與DS18B20的數(shù)字溫度計設計

1、四川師范大學課程設計報告基于單片機的ds18b20數(shù)字溫度計設計學生姓名院系名稱物理與電子工程學院專業(yè)名稱電子信息工程班 級學 號指導教師完成時間基于單片機的ds18b20數(shù)字溫度計設計學生姓名： 指導老師： 內(nèi)容摘要：隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能獨立工作的溫度檢測系統(tǒng)已廣泛應用于各種不同的領域。本文介紹了一個基于stc89c52單片機和數(shù)字溫度傳感器ds18b20的測溫系統(tǒng)，并用led數(shù)碼管顯示溫度值，易于讀數(shù)。系統(tǒng)電路簡單、操作簡便，能任意設定報警溫度并可查詢最近的10個溫度值，系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：單片機 數(shù)字溫度傳感器 溫度計目 錄

2、1 引言42 設計要求42.1 基本要求42.2 擴展功能43 總體方案設計43.1 方案論證43.1.1 方案一43.1.2 方案二53.2 總體設計框圖54 硬件設計54.1 單片機系統(tǒng)54.2 數(shù)字溫度傳感器模塊64.2.1 ds18b20性能64.2.2 ds18b20外形及引腳說明74.2.3 ds18b20接線原理圖74.2.4 ds18b20時序圖74.2.5 數(shù)據(jù)處理94.3 顯示電路104.4 聲光報警電路104.5 鍵盤輸入電路115 軟件設計115.1 主程序模塊115.2 讀溫度值模塊125.3 中斷模塊145.4 溫度查詢模塊155.5 溫度設定、報警模塊165.6

3、數(shù)碼管驅(qū)動模塊186 源程序197 總結(jié)26參考文獻：281 引言隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便是不可否定的，各種數(shù)字系統(tǒng)的應用也使人們的生活更加舒適。數(shù)字化控制、智能控制為現(xiàn)代人的工作、生活、科研等方面帶來方便。其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子。數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便、測溫范圍廣、測溫精確、功能多樣話等優(yōu)點。其主要用于對測溫要求準確度比較高的場所，或科研實驗室使用，該設計使用stc89c52單片機作控制器，數(shù)字溫度傳感器ds18b20測量溫度，單片機接受傳感器輸出，經(jīng)處理用led數(shù)碼管實現(xiàn)溫度值顯示。2 設計要求2.1

4、基本要求實現(xiàn)實時溫度顯示，測溫范圍0500c，誤差50c以內(nèi)。2.2 擴展功能溫度報警，能任意設定溫度范圍實現(xiàn)聲光報警；每隔10分鐘記錄一次溫度數(shù)據(jù)，至少能查詢過去10個時刻的溫度情況。3 總體方案設計3.1 方案論證3.1.1 方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件，將隨被測溫度變化的電壓或電流采樣，進行a/d轉(zhuǎn)換后就可以用單片機進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)溫度顯示。這種設計需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，增大了電路的復雜性，而且要做到高精度也比較困難。3.1.2 方案二考慮到在單片機屬于數(shù)字系統(tǒng)，容易想到數(shù)字溫度傳感器，可選用ds18b20數(shù)字溫度傳感器，此傳感器為單總線數(shù)字溫度傳感器，起體

5、積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號給單片機處理，即可實現(xiàn)溫度顯示。另外ds18b20具有3引腳的小體積封裝，測溫范圍為-55+125攝氏度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，其測量范圍與精度都能符合設計要求。以上兩種方案相比較，第二種方案的電路、軟件設計更簡單，此方案設計的系統(tǒng)在功耗、測量精度、范圍等方面都能很好地達到要求，故本設計采用方案二。3.2 總體設計框圖本方案設計的系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、數(shù)字溫度傳感器、led顯示模塊、按鍵控制模塊、溫度報警模塊組成，其總體架構(gòu)如下圖1。單片機報警電路顯示電路驅(qū)動電路測溫電路按鍵輸入電路時鐘、復位電路圖1 系統(tǒng)總體方框圖4 硬件設計

6、4.1 單片機系統(tǒng)1. 本設計采用stc89c52單片機作為控制器，完成所有功能的控制，包括：l ds18b20數(shù)字溫度傳感器的初始化和讀取溫度值l led數(shù)碼管顯示驅(qū)動與控制l 按鍵識別和響應控制l 溫度設置和報警l 溫度值的存儲和讀取2. 單片機系統(tǒng)電路原理圖：圖2 單片機系統(tǒng)原理圖4.2 數(shù)字溫度傳感器模塊4.2.1 ds18b20性能l 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通信l 簡單的多點分布應用l 無需外部器件l 可通過數(shù)據(jù)線供電l 零待機功耗l 測溫范圍-55+125，以0.5遞增l 可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625l 溫度

7、數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字l 應用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計和任何熱感測系統(tǒng)l 負壓特性：電源極性接反時，傳感器不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作4.2.2 ds18b20外形及引腳說明圖3 ds18b20外形及引腳l gnd：地l dq：單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳l vd：可選的電源引腳4.2.3 ds18b20接線原理圖單總線通常要求接一個約4.7k左右的上拉電阻，這樣，當總線空閑時，其狀態(tài)為高電平。圖4 ds18b20接線原理圖4.2.4 ds18b20時序圖主機使用時間隙來讀寫ds18b20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。1. 初始化

8、時序如下圖：圖5 ds18b20初始化時序2. ds18b20讀寫時序：圖6 ds18b20讀寫時序4.2.5 數(shù)據(jù)處理高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在 高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。圖7 字節(jié)分配下表為12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18b20的兩個8比特的ram中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可

9、得到實際 溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07d0h，實際溫度=07d0h*0.0625=2000*0.0625=125。例如-55的數(shù)字輸出為fc90h，則應先將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370h（符號位不變，也不作運算），實際溫度=370h*0.0625=880*0.0625=55?？梢娖渲械退奈粸樾?shù)位。圖8 ds18b20溫度數(shù)據(jù)表4.3 顯示電路led數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描方式，能簡化電路布線，節(jié)約單片機i/o端口。段碼和位碼由單片機p0送出，分別用74hc673n鎖存。圖9 數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路4.4 聲光報警電路當溫度超過設定溫度值時，實現(xiàn)聲光報警，蜂鳴器鳴叫、8個發(fā)光二極管點亮。蜂鳴

10、器由單片機p23口控制，用三極管驅(qū)動，發(fā)光二極管接單片機p1口，由74hc673n鎖存。圖10 聲光報警電路4.5 鍵盤輸入電路四個鍵分別連接單片機p34、p35、p36、p37構(gòu)成獨立式鍵盤，分別實現(xiàn)加、減、報警溫度設定功能鍵和溫度查詢功能鍵。圖11 鍵盤輸入電路5 軟件設計5.1 主程序模塊主程序需要調(diào)用3個子程序，分別為：l 實時溫度顯示子程序：驅(qū)動數(shù)碼管把實時溫度值送出在led數(shù)碼管顯示l 查詢記錄溫度值子程序：查詢過去存儲的溫度值，最多可查詢10個值l 溫度設定、報警子程序：設定報警溫度值，當溫度超過該值時產(chǎn)生報警，即驅(qū)動蜂鳴器鳴叫、8個發(fā)光二極管發(fā)光主程序流程圖：開始定時器初始化、

11、啟動顯示實時溫度溫度設定、報警查詢記錄溫度值圖12 主程序流程圖5.2 讀溫度值模塊讀溫度值模塊需要調(diào)用4個子程序，分別為：l ds18b20初始化子程序：讓單片機知道ds18b20在總線上且已準備好操作l ds18b20寫字節(jié)子程序：對ds18b20發(fā)出命令l ds18b20讀字節(jié)子程序：讀取ds18b20存儲器的數(shù)據(jù)l 延時子程序：對ds18b20操作時的時序控制1. 讀溫度值模塊流程圖：入口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理讀取溫度值高低位跳過讀序列號ds18b20初始化延時啟動溫度轉(zhuǎn)換跳過讀序列號ds18b20初始化返回圖13 讀溫度值子程序流程圖 2. ds18b20初始化子程序流程圖：入口dq為低電平？

12、延時1560msdq拉高電平延時>480msdq復位0稍延時dq置高電平n返回y圖14 ds18b20初始化子程序流程圖3. ds18b20寫字節(jié)和讀字節(jié)子程序流程圖： 圖15 ds18b20寫字節(jié)子程序流程圖圖16 ds18b20讀字節(jié)子程序流程圖5.3 中斷模塊中斷采用t0方式1，初始值定時為50ms。中斷模塊需調(diào)用兩個子程序：l 讀溫度值子程序：定時讀取溫度值，實時更新溫度值l 記錄溫度值子程序：定時記錄溫度值，供查詢使用把這兩個子程序放在中斷的原因是，不會因為調(diào)整報警溫度或查詢歷史溫度值而停止更新溫度值和記錄溫度值。中斷模塊流程圖：1秒？計數(shù)值加1定時器重置初值中斷入口讀溫度值y

13、中斷返回記錄溫度值 n圖17中斷模塊流程圖5.4 溫度查詢模塊溫度查詢模塊需要接受按鍵輸入，進入查詢界面后，按加減鍵分別查詢上一個和下一個歷史溫度值，并驅(qū)動數(shù)碼管顯示需要查詢的溫度值。溫度查詢模塊流程圖如下：入口功能鍵按下？ n確認按下？延時消抖 yn顯示溫度值與位次 y加鍵按下？n確認按下？延時消抖 y查詢下一個值y減鍵按下？ nn查詢上一個值確認按下？延時消抖 yy退出功能鍵按下？ nn返回 y圖18 溫度查詢模塊流程圖5.5 溫度設定、報警模塊此模塊跟溫度查詢模塊類似，需要接受按鍵輸入，進入模塊界面后，按加減鍵分別上調(diào)和下調(diào)設定報警溫度值，當實時溫度值超過設定值時驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，并點亮8

14、位發(fā)光二極管，實現(xiàn)聲光報警。溫度設定、報警模塊流程圖如下：入口延時消抖減鍵按下？確認按下？延時消抖加鍵按下？顯示設定溫度值確認按下？延時消抖功能鍵按下？n yn yn y上調(diào)設定值y nn y下調(diào)設定值確認按下？y n聲光報警溫度超出設定值？y n取消報警判斷退出界面？n y返回圖19 溫度設定、報警模塊流程圖5.6 數(shù)碼管驅(qū)動模塊本設計數(shù)碼管通過鎖存器接單片機p0口，采用動態(tài)掃描驅(qū)動7段led數(shù)碼管進行顯示，需調(diào)用延時子程序以穩(wěn)定顯示。模塊流程圖如下：p0清零關(guān)位選送位碼開位選p0置高關(guān)段選入口開段選延時關(guān)段選送段碼返回圖20 數(shù)碼管驅(qū)動模塊流程圖6 源程序#include<reg52

15、.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*變量定義*/sbit dq=p22;/ds18b20 端口sbit beep=p23;/蜂鳴器使能端sbit dula=p26;/數(shù)碼管段選使能sbit wela=p27;/數(shù)碼管位選使能sbit add=p35;/加鍵sbit sub=p34;/減鍵sbit alarm=p36;/設定報警功能鍵sbit record=p37;/查詢溫度記錄功能鍵uchar code tabled=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0

16、x6f, /09的七段數(shù)碼管段碼0x40,0x63,0x39;/- c 的段碼uchar code tablew=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/18個數(shù)碼管的位選碼uchar recordtable10;/存儲過去的十個溫度值uchar temperature;/溫度值uchar countsec,recordnum,count;/計數(shù)變量uint countmin;/計數(shù)變量uchar alanum=30;/報警溫度值,初始值為30攝氏度uchar z=65;/消抖延時函數(shù)入口參數(shù)/*函數(shù)聲明*/void delay1(uchar ms)

17、;/動態(tài)掃描延時子程序void delay(uchar i);/ds18b20工作延時子程序 void init_ds18b20();/ds18b20初始化子程序void writeonechar(unsigned char dat);/向ds18b20寫一字節(jié)數(shù)據(jù)uchar readonechar(void);/向ds18b20讀一字節(jié)數(shù)據(jù)void gettemperature();/由ds18b20產(chǎn)生溫度值void display(uchar wei,uchar duan);/數(shù)碼管驅(qū)動子程序void alarm();/溫度報警void showtemperature(uchar tt)

18、;/溫度顯示void keeprecord();/記錄溫度值void showrecord();/顯示記錄的溫度值/*主函數(shù)*/void main()tmod=0x01;/定時器初始化，定時器0方式1th0=(65536-50000)/256;/50mstl0=(65536-50000)%256;ea=1;/開中斷et0=1;tr0=1;/啟動定時器while(1)showtemperature(temperature);/顯示實時溫度alarm();/溫度設定、報警showrecord();/查詢溫度記錄值/*動態(tài)掃描延時函數(shù)*/void delay1(uchar ms)int i,j;fo

19、r(i=80;i>0;i-)for(j=ms;j>0;j-);/*ds18b20工作延時函數(shù)*/void delay(uchar i) while(i-);/*ds18b20初始化函數(shù)*/void init_ds18b20(void)unsigned char x=0;dq = 1; /dq復位delay(8); /稍做延時dq = 0; /單片機將dq拉低delay(80); /精確延時 大于 480usdq = 1; /拉高總線delay(10);x=dq; /稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗delay(5);while(!x)x=dq;/*讀一個字節(jié)*/

20、uchar readonechar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) dq = 0; / 給脈沖信號 dat>>=1; dq = 1; / 給脈沖信號 if(dq) dat|=0x80; delay(5); return(dat);/*寫一個字節(jié)*/void writeonechar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) dq = 0; dq = dat&0x01; delay(5); dq = 1

21、; dat>>=1; delay(5);/*產(chǎn)生溫度值*/void gettemperature()uchar templ,temph;/分別為數(shù)據(jù)低位和高位uint temp;init_ds18b20();writeonechar(0xcc); / 跳過讀序列號的操作writeonechar(0x44); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(200);init_ds18b20();writeonechar(0xcc); /跳過讀序號列號的操作 writeonechar(0xbe); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度templ=readonechar();/讀出溫度低

22、位lsbtemph=readonechar();/讀出溫度高位msbtemp=temph*16+templ/16;/templ右移四位去掉小數(shù)位temperature=temp&0xff;/測量050度，只取temp低八位/*數(shù)碼管驅(qū)動函數(shù)*/void display(uchar wei,uchar duan)dula=0;p0=0xff;wela=1;p0=tablewwei;wela=0;p0=0;dula=1;p0=tabledduan;dula=0;delay1(1);/*溫度顯示函數(shù)*/void showtemperature(uchar tt)display(2,tt/10

23、);/顯示溫度數(shù)值display(3,tt%10);display(4,11);/顯示攝氏度單位display(5,12);/*溫度值設定、報警函數(shù)*/void alarm()bit flag;if(alarm=0) delay1(80);/延時消抖if(alarm=0)flag=1;/第一次按鍵進入設置while(flag)if(add=0)delay1(z);/延時消抖if(add=0)alanum+;/add鍵按下，上調(diào)設定值if(alanum=51)alanum=0;/最大值為50攝氏度，循環(huán)顯示if(sub=0)delay1(z);/延時消抖if(sub=0)alanum-;/sub

24、鍵按下，下調(diào)設定值if(alanum=255)alanum=50;/最小值為0攝氏度，循環(huán)顯示showtemperature(alanum);display(0,10);/選中數(shù)碼管的其他空閑位display(1,10);/區(qū)別于實時溫度顯示“-”display(6,10);display(7,10);if(alarm=0) delay1(80);/延時消抖if(alarm=0)flag=0;/第二次按鍵退出設置if(temperature>alanum)/此處設置報警可以保證調(diào)整設定值時即可及時報警beep=0;/溫度大于設定值，聲光報警p1=0;elsebeep=1;/溫度不大于設定

25、值即不報警p1=0xff;if(temperature>alanum)/此處設置報警即保證即使沒有進入設置界面任然可以報警beep=0;/溫度大于設定值，聲光報警p1=0;elsebeep=1;/溫度不大于設定值即不報警p1=0xff;/*溫度記錄函數(shù)*/void keeprecord()uchar i=9;if(countmin=1200)/1分鐘 countmin=0;count+;if(count=10)/10分鐘count=0;recordnum+;/記錄一次加一，最大記錄10個值if(recordnum=10)recordnum=10;dorecordtablei=record

26、tablei-1;while(-i);recordtable0=temperature;/最新值填入第一個位置/*查詢記錄的溫度值*/void showrecord()bit flag;uchar a;if(record=0) delay1(80);/延時消抖if(record=0)flag=1;/record第一次按鍵置位進入標志while(flag)/進入查詢display(0,recordtablea/10);/顯示溫度數(shù)值display(1,recordtablea%10);display(2,11);/顯示攝氏度單位display(3,12);display(4,10);/數(shù)碼管第6

27、、7位選中，溫度值與記錄數(shù)之間用-間隔display(5,10);display(6,(a+1)/10);/顯示第幾個記錄值display(7,(a+1)%10);if(add=0)delay1(z);/延時消抖if(add=0)/add按下，查看下一個值if(recordnum=0)a=0;elsea+;if(a=recordnum)/循環(huán)顯示a=0;if(sub=0)/sub按下，查看上一個值delay1(z);if(sub=0)if(recordnum=0)a=0;elsea-;if(a=255)/循環(huán)顯示a=recordnum-1;if(record=0)delay1(80);if(record=0)/record第二次按下，退出查看flag=0;/*定時器中斷0，用于溫度檢測時間間隔和記錄數(shù)據(jù)時間間隔*/void timer0() interrupt 1 th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256;/50mscountsec+;countmin+;if(countsec=20)/1scountsec=0;gettemperature();/一秒鐘更新一次溫度值keeprecord();/定時記錄溫度值7 總結(jié)此次課程設計中，難點在于ds18b20的使用，即對它的時序控制、初始化以及字節(jié)讀