2019年12月24日 | 单片机数字温度计的课程设计

绪论

1.1   背景

在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持, 其缺点如下：1． 硬件电路复杂；2． 软件调试复杂；3． 制作成本高。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。

1.2 设计目的

1.2.1掌握温度计，报警系统的设计、组装与调试方法。

1.2.2熟悉仿真软件（proteus）的使用。

1.2.3重点掌握单片机的使用及其各引脚的功能。

第二章 原理分析

2.1原理框图

protues仿真图

Protues仿真图显示当前温度30℃

2.2 原理分析

整个系统由单片机控制，温度传感器采用18B20。18b20采用单总线方式与单片机相连.把采集到得温度信息传给单片机。单片机采集到的温度输出到四个数码管上进行显示。当四位数码管显示的温度超过上限值时可以实现报警功能。

DS18B20原理与分析

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。

1.DS18B20简介

    （1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

    （2）在使用中不需要任何外围元件。

    （3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。

    （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）用户可自设定非易失性的报警上下限值。

    （7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，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的测温原理

    DS18B20的测温原理如图2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小〔1〕，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，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后进行计数，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 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器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2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。

第三章 实现过程

3.1显示电路

四位共阳ＬＥＤ数码管：用来显示温度的大小，可直接读取，温度精确到0.１℃。四位数码管如图所示，从左到右依次是百位，十位，个位，十分位。

图 1　数码管

3.2数码管驱动电路

三极管8050：来驱动四位数码管，如下图所示三极管Q1 、Q2 、Q3、Q4。

图 2 三极管8050

3.3报警电路

三极管8550驱动蜂鸣器：如下图所示三极管Q6来驱动蜂鸣器BUZ1。

图 3 三极管8550、蜂鸣器BUZ1

3.4数字温度传感器

数字温度传感器DS18B20：如下图所示

图 4  DS18B20

3.5单片机最小系统电路

单片机最小化系统：如下图所示系统工作时，最小化系统运行。

图 5 最小化系统

3.6 按键电路

按键：如图所示按键K1为进入/退出设置键；K2为增加键；K3为减少键。

图 6  按键

3.7数字温度计的实物图

数字温度计显示当前温度25.7℃

I 

图7 数字温度计实物图

3.8系统板上硬件连钱

1）．把“单片机系统“区域中的P0.0－P0.7端口用8芯排线依次连接到数码管A-DP端口上；

（2）．把“单片机系统”区域中的P3.0-P3.2端口用线连接到按键K1-K3的一端上，如图表7所示，其他所有连线按图表7连接即可。

(3)把单片机的P2.0端口接数码管的位选3，P2.1端口接数码管的位选2，P2.2端口接数码管的位选1，P2.3端口接数码管的位选4。

（4）．电源可用外接电源（用手机充电器可做电源），但必须申明电源小于+5V当然也不能太小

3.9 系统调试与分析

在系统制作和调试过程中遇到了不少问题，下面是具体问题与解决方法。

• 4个数码管显示一样
  

检查之后发现原来是4个8550三极管管脚接错，改正之后该问题即解决了。

②4个数码管亮度不一样

8550管脚改正过后，显示不一样了，但4个数码管亮度不一样。当某一个数码管显示的字段较少，比如“1”时，亮度较强，但是当显示的字段较多比如“8”时，亮度较暗。分析其原因是：共阴数码管限流电阻用在控制位选的共阴极的输入端，这样当显示“1”时，电流相对集中，显示“8”字段较多，电流分配后较小，因此“1”显示时比显示“8”时亮。

解决方法：减小这里的限流电阻，使其流入数码管的电流变的很大，这样在较大电流时，即使字段多的电流较小，也比原来大了。这样就减小了差距，虽然还是有差距但已不太明显。

3.10 元件清单及程序代码

元件清单：

单片机AT89C52：1个

     40引脚底座：1个

     DS18B20：1个

     蜂鸣器：1个

     三极管：8050  5个；8550  1个

     电阻：1k  6个；10K   1个

    电容：极性电容10uf   1个；瓷片电容10pf  2个

    按键：3个

晶振：1个

四位共阳数码管：1个

程序代码

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit d1=P2^2;

sbit d2=P2^1;

sbit d3=P2^0;

sbit d4=P2^3;

sbit key1=P3^0;

sbit key2=P3^1;

sbit key3=P3^2;

sbit beep=P3^3;

sbit DS=P1^2;

sbit ACC_7=ACC^7;

uint count=1000,alarm=300;

uchar shu;

uchar shi,fen,ri,yue,nian,xq,miao,ss;      

uint temp;             // 温度变量

uchar flag;

uchar code tab[]=

{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,

0x99,0x92,0x82,0xf8,

0x80,0x90

};

uchar code tab1[]=//小数点点亮

{0x40,0x79,0x24,0x30,

0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10

};

void delay(uint z)

{

              uint x,y;

              for(x=z;x>0;x--)

                            for(y=120;y>0;y--);

}

void dsreset()//发复位

{     

              uint i;

              DS=0;

              i=103;

              while(i>0)i--;

              DS=1;

              i=4;

              while(i>0)i--;

}

uchar tmpread()   //读取一字节

{

              uchar j,k,dat;

              uint i;

    for(j=1;j<=8;j++)

    {

                  DS=0;i++;          //延时

                  DS=1;i++;i++;

                            k=DS;

                  i=8;while(i>0)i--;

                            dat=(k<<7)|(dat>>1);//读出的数据最低位在最前面存一个字节在DAT里 

    }

    return(dat);

}

void tmpwritebyte(uchar dat)   //写一个字节

{

    uint i;

    uchar j;

    bit testb;

    for(j=1;j<=8;j++)

    {

                  testb=dat&0x01;

                  dat=dat>>1;

                  if(testb)     //写 1

                                {

                                  DS=0;

                                  i++;i++;

                                  DS=1;

                                  i=8;while(i>0)i--;

                                }

    else

    {

              DS=0;       //写 0

              i=8;while(i>0)i--;

              DS=1;

              i++;i++;

    }

  }

}

void tmpchange()  //DS18B20温度变换

{

              dsreset();

              delay(1);

              tmpwritebyte(0xcc);  //跳过读取内存rom

              tmpwritebyte(0x44);  //开始转换

}

uint tmp()               //读取温度

{

              float tt;

              uchar a,b;

              dsreset();

              delay(1);

              tmpwritebyte(0xcc);

              tmpwritebyte(0xbe);

              a=tmpread(); //a为低字节8位

              b=tmpread(); //b为高字节8位

              temp=b;     //temp为温度值UINT 16bit

              temp<<=8;             //两个字节组合到一起

              temp=temp|a;   

              if(b>127)

              {

              flag=1;

              ss=flag;

              temp=~temp+1;

              }

              tt=temp*0.0625; // temp/16 则是温度的真实值tt.7位整数,4位小数

              temp=tt*10+0.5; // 扩大十倍取出了第一位小数

              return(temp);

}

void displayTemp(uint temp)   //显示温度程序

{

              uchar ge,shi,bai,qian,ser;

              d1=0;

              d1=0;

              d3=0;

              d4=0;

              dsreset();

              ser=temp/10;     //分离出三位要显示的数字

              SBUF=ser;

              qian=temp/1000;

              bai=temp/100%10; // 百位数字

              shi=temp/10%10;   // 十位数字

              ge=temp%10;   // 个位数字

              if(flag==1)

              {

                            flag=0;

                            P0=0xbf;

                            d1=1;

                            delay(2);

                            d1=0;

              }

              if(qian!=0)

              {

                            P0=tab[qian];