数字温度计课程设计报告.doc

数字温度计课程设计报告
1课题说明
随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现,能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低,但需后续信号处理电路,而且可靠性相对较差,测温准确度低,检测系统也有一定的误差。这里设计的数字温度计具有读数方便,测温范围广,测温精确,数字显示,适用范围宽等特点。本设计选用AT89C51型单片机作为主控制器件,DS18B20作为测温传感器,通过LCD1602实现温度显示。通过DS18B20直接读取被测温度值,进行数据转换,该器件的物理化学性能稳定,线性度较好,在0℃~100℃℃。该器件可直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。另外,该温度计还能直接采用测温器件测量温度,从而简化数据传输与处理过程。
2实现方法
采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS18B20和AT89C51单片机构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,也可直接与计算机连接。采用AT89C51单片机控制,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,而且体积小,硬件实现简单,安装方便。该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境温度,并可以根据需要设定上下限温度。该系统扩展性非常强。该测温系统电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单。系统框图如图1所示。
时钟振荡电路
AT89C51
复位电路
电源电路
LED显示
DS18B20
温度传感器
图1 DS18B20温度测温系统框图
3硬件设计

单片机小系统基本组成:单片机小系统由AT89S51芯片、电源电路、振荡电路和复位电路组成。
AT89S51芯片
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4k BytesISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
引脚图
图2 AT89S51




4软件设计

主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度,其程序流程见图7所示。

1、初始化程序
所有操作都必须由初始化脉冲开始,波形如图,单片机先输出一个480~960us低电平到DQ引脚,再将DQ引脚置高电平,过15~60us后检测DQ引脚状态,若为低电平则DS18B20工作正常,否则初始化失败,不能正常测量温度。
2、读取温度子程序
读取温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。主要包括以下三个命令:
(1)写暂存器命令【4EH】
这个命令为由TH寄存器开始向DS18B20暂存器写入数据,4EH命令后的3字节数据将被保存到暂存器的地址2、3、4(TH、TL、CONFIG)三个字节。所有数据必须在复位脉冲前写完。即如果只想写一个字节的数据到地址2,可按如下流程:
初始化;
H,跳过ROM检测;
写4EH;
写1字节数据;
复位,即向DQ输出480~960us低电平
(2)读暂存命令【BEH】
这个命令由字节0读取9个暂存器内容,如果不需要读取所有暂存内容,可随时输出复位脉冲终止读取过程
(3)转换温度命令【44H】
这个命令启动温度转换过程。转换温度时DS18B20保持空闲状态,此时如果单片机发出读命令,DS18B20将输出0直到转换完成,转换完成后将输出1。
3、写流程图
写时隙:写时隙由DQ引脚的下降沿引起。18B20有写1和写0两种写时隙。所有写时隙必须持续至少60μs,两个时隙之间至少有1μs的恢复时间。DS18B20在DQ下降沿后15μs~60μs间采样DQ引脚,若此时DQ为高电平,则写入一位1,若此时DQ为低电平,则写入一位0,如图9所示。所以,若想写入1,则单片机应先将DQ置低电平,15us后再将DQ置高电平,持续45μs;若要写入0,则将DQ置低电平,持续60μs。
4、读流程图
读时隙:读时隙由DQ下降沿引起,持续至少1μs的低电平后释放总线(DQ置1