1、基于单片机并行口的数字温度计的设计 摘 要 本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，就是用单片机实现温度测量，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。本次采用 DS18B20 数字温度传感器来实现基于 AT89S52 单片机的数字温度计的设计用 LCD 数码管以串口传送数据 ,实现温度显示 ,能准确达到以上要求，可以用于温度等非电信号的测量，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，能独立工作的单片机温度检 测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。 关键词 温度计 ； 单片机 ；数字
2、控制 ； DS18B20 1 ABSTRACT This article will introduce the single-chip microcomputer-based control of a digital thermometer is used to achieve single-chip temperature measurement, the traditional detection of most of the temperature thermistor for temperature sensor, but the poor reliability of thermis
3、tors, temperature measurement accuracy of low - , and must go through a special interface circuit to convert the digital signal processed by the single chip. The use of digital temperature sensor DS18B20 to AT89S52 microcontroller-based design of digital thermometer with LCD digital control to the s
4、erial transmission of data, temperature display, accurate to achieve the above requirements, can be used for temperature measurement and other non-electrical signal, mainly used for more accurate temperature measurement sites, or research laboratory use, can work independently of the single-chip tem
5、perature detection, temperature control system has been widely used in many areas Key words Thermometer； Single-chip； Digital Control； DS18B20 2 目 录 1 绪论 4 1.1 前言 4 1.2 数字温度计设计方案论证 4 1.2.1 方案一 4 1.2.2 方案二 4 1.3 方案二的总体设计框图 4 1.3.1 主控制器 5 1.3.2 温度传感器 5 2 硬件电路设计 10 2.1 主要芯片介绍 10 2.1.1 AT89S52 的介绍 10 2.
6、1.2 AT89S52 各引脚功能介绍 10 2.2 主板电路 13 2.3 显示电路 14 3 软件设计 15 3.1 主程序流程图 15 3.2 读出温度子程序流程图 16 3.3 温度转换命令子程序流程图 17 3.4 计算温度子程序流程图 17 3.5 显示数据刷新子程序流程图 18 4 PROTEUS 仿真调试 19 4.1 PROTEUS 软件介绍 19 4.2 PROTEUS 界面介绍 20 4.2.1 原理图编辑窗口 20 4.2.2 预览窗口 20 4.2.3 模型选择工具栏 21 4.2.4 元件列表 21 4.2.5 方向工具栏 22 3 4.2.6 仿真工具栏 22 4
7、.3 本次设计仿真过程 23 4.3.1 创建原理图 23 4.3.2 绘制的仿真原理图如 24 4.3.3 系统调试 25 4.3.4 开始仿真 26 4.4 总结与体会 27 参考文献 28 致 谢 29 附录 1 程序清单 30 附录 2 元器件清单 38 附录 3 原理图 39 附录 4 PCB 图 40 4 1 绪论 1.1 前言 随着人们生活水平的不断提高 ,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，
8、智能化控制方向发展 。随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术 ,单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计 相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，该设计控制器使用单片机 AT89S52，测温传感器使用 DS18B20，用 LCD 数码管以串口传送数据 ,实现温度显示 ,能准确达到以上要求。 1.2 数字温度计设计方案论证 1.2.1 方案一 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随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
9、以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。 1.2.2 方案二 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求 。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 1.3 方案二的总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图 1.1 所示，控制器采用单片机 AT89S52，温5 度传感器采用 DS18B20，用 LCD
10、液晶显示屏以串口传送数据实现温度显示： 图 1.1 总体设计方框图 1.3.1 主控制器 单片机 AT89S52 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。 1.3.2 温度传感器 DS18B20温度传感器是美国 DALLAS半导体公司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： 独特的单线接口仅需要一个端口引脚 进行通信； 多个 DS18B20 可以并联在惟一
11、的三线上，实现多点组网功能； 无须外部器件； 可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5； 零待机功耗； 温度以 9 或 12 位数字； 用户可定义报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； 负电压特性，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 采用 3 脚 PR 35 封装或 8脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 2.2 所示： 主 控 制 器 LCD显 示 温 度 传 感 器 单片机复位 时钟振荡 6 图 1.2 DS18B20 内部结 构 64 位 ROM 的结构开始位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有
12、48 位，最后位是前面 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。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。 DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为字节的存储器，结构如图 2.3.2 所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，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。该字节各位的定义如图 2.3 所示。低位一直为，是工作模式位，用于设
13、置 DS18B20在工作模式还是在测试模式， DS18B20 出厂时该位被设置为，用户要去改动， R1 和 0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 I/O C 64 位 ROM 和 单 线 接 口 高速缓存 存储器与控制逻辑 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 7 图 1.3 DS18B20 字节定义 由表 1.1 可见， DS18B20 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存的第 6、 7、 8 字节保留未用，表现为全逻辑。第 9字节读出前面所有
14、字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、 2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625 LSB形式表示。 当符号位时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表 1.2 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 表 1.1 DS18B20 温度转换时间表 温度 LSB 温度 MSB TH 用户字节
15、 1 TL 用户字节 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC R0R1000101119101112分辨率/ 位 温度最大转向时间/ m s9 3 . 7 51 8 7 . 53 7 57 5 0.TM R1 1R0 1 1 1 1 .8 DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、 T字节内容作比较。若 TH 或 T TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（ CRC）。主机 ROM 的前 56位来计算 CRC
16、值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较，以判断主机收到的 ROM 数据是否正确。 DS18B20 的测温原理是这这样的 ,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由 高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在 55所对应的一个基数值。 减法计
17、数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就 重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化 DS18B20（发复位脉冲）发 ROM 功能命令发存储器操
18、作命令处理数据。 9 表 1.2 一部分温度对应值表 温度 / 二进制表示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H +10.125 0000 0000 1010 0001 00A2H +0.5 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H -0.5 1111 1111 1111 0000 FFF8H -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H
