数字温度计报告 含有设计原理图
摘要
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, 本文主要介绍了一个基于89S51 单片机
的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20 开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20 的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定
上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积
小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20 与
AT89C51 结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。
关键词：单片机DS18B20 温度传感器数字温度计AT89S52
目录
1 概述 (4)
1.1 课程设计的意义 (4)
1.2 设计的任务和要求 (4)
2 系统总体方案及硬件设计 (5)
2.1 数字温度计设计方案论证 (5)
2.1.1 方案一 (5)
2.1.2 方案二 (5)
2.2 系统总体设计 (6)
2.3 系统模块 (7)
2.3.1 主控制器 (7)
2.3.2 显示电路 (8)
2.3.3 温度传感器 (8)
2.3.4 报警温度调整按键 (9)
3 系统软件算法分析 (10)
3.1 主程序流程图 (10)
3.2 读出温度子程序 (10)
3.3 温度转换命令子程序 (11)
3.4 计算温度子程序 (11)
3.5 显示数据刷新子程序 (11)
3.6 按键扫描处理子程序 (12)
4 实验仿真 (13)
5 总结与体会 (14)
查考文献 (15)
附 1 源程序代码 (16)
皖西学院机电学院电子信息科学与技术课程设计报告书
1概述
1.1课程设计的意义
本次课程设计是在我们学过单片机后的一次实习，可增加我们的动手能力。特别是对
单片机的系统设计有很大帮助。本课程设计由两个人共同完成，在锻炼了自己的同时也增强了自己的团队意识和团队合作精神。
1.2设计的任务和要求
1、基本范围-50℃-110℃
2、精度误差小于0.5℃
3、LED 数码直读显示
4、可以任意设定温度的上下限报警功能
2系统总体方案及硬件设计
2.1数字温度计设计方案论证
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，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的
影响出现较大的偏差。
2.1 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，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统
的再扩展，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，费用较低，可靠性高，软件设
计也比较简单，故采用了方案二。
2.2 系统总体设计
温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 AT89S51，温度传感器 采用 DS18B20，用 3 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。
图 2.2—1 总体设计方框图 图 2.2—2 系统仿真图
2.3系统模块
系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。
2.3.主控制器
单片机AT89S51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。
晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。
图 2.3.1—1 晶振电路
图 2.3.1—2 复位电路
2.3.显示电路
显示电路采用 4 位共阴极LED 数码管，P0 口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出
并作为数码管的驱动。P2 口的低四位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。
图 2.3.2 数码管显示电路
2.3.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：
1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
2、多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能
3、无须外部器件；
4、可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
5、零待机功耗；
6、温度以９或１２位数字；
7、用户可定义报警设置；
8、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；
9、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 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20 的1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图4 所示单片机端口接单线
总线，为保证在有效的DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET 管来完成对
总线的上拉。
当DS18B20 处于写存储器操作和温度A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开
启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD 端接地。由于单线制只有一根线，因此
发送接口必须是三态的。
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2.3.4 报警温度调整按键
图 2.3.3 温度传感器与单片机的连接
本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度 ，另 外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。
图 2.3.4 按键电路
3系统软件算法分析
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，按键扫描处理子程序等。
3.1主程序流程图
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 3.1 所
示。
图 3.1 主程序流程图
3.2读出温度子程序
读出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。其程序流程图如图 3.2 示
3.3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12 位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s 显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图 3.3 所示
图 3.3 温度转换流程图
图 3.2 读温度流程图
3.4计算温度子程序
计算温度子程序将RAM 中读取值进行BCD 码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图 3.4 所示。
3.5显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1
时将符号显示位移入第一位。程序流程图如图 3.5。
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图 3.4 计算温度流程图
分离显示温度
图 3.5 显示数据刷新流程图
3.6 按键扫描处理子程序
按键采用扫描查询方式，设置标志位，当标志位为 1 时，显示设置温度，否则显示当前温度。 如下图 3.6 示。
图 3.6 按键扫描处理子程序
4实验仿真
进入protuse 后，连接好电路，并将程序下载进去。将DS18B20 的改为0.1，数码管显示温度与传感器的温度相同。
图4—1 温度显示仿真
当按下SET 键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按ADD 或DEC 分别对报警温度进行加一或减一。
当再次按下SET 键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设置的温度报警下线，按ADD
或DEC 分别对报警温度进行加一或减一。
图4—2 温度调试仿真
当第三次按下SET 键时，退出温度报警线设置。显示当前温度。
5总结与体会
通过这次对数字温度计的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字温度计的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。
通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
在焊接过程中我曾将温度传感器的电源、地焊反啦，导致温度传感器急剧发热，后经观察和查询资料才得以改正。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我
们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
查考文献
【1】马忠梅，张凯，等. 单片机的 C 语言应用程序设计(第四版) 北京航空航天大学出版社
北京航天航空大学出版社【2】薛庆军，张秀娟，等.单片机原理实验教程
【3】廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，1999.
皖西学院机电学院电子信息科学与技术课程设计报告书附1源程序代码
//DS18B20 的读写程序,数据脚P2.7 //
//温度传感器18B20 汇编程序,采用器件默认的12 位转化//
//最大转化时间750 微秒,显示温度-55 到+125 度,显示精度
//
//为0.1 度，显示采用4 位LED 共阳显示测温值
//
//P0 口为段码输入,P34~P37 为位选
/***************************************************/
#include "reg51.h"
//
#include "intrins.h" #define dm P0 //_nop_();延时函数用//段码输出口
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int
sbit DQ=P2^7; sbit w0=P2^0; sbit w1=P2^1; sbit w2=P2^2; sbit w3=P2^3; sbit beep=P1^7; sbit set=P2^6; sbit add=P2^4; sbit dec=P2^5; int temp1=0; uint h;
uint temp; uchar r; //温度输入口
//数码管4
//数码管3
//数码管2
//数码管1
//蜂鸣器和指示灯
//温度设置切换键
//温度加
//温度减
//显示当前温度和设置温度的标志位为0 时显示当前温度
uchar high=35,low=20;
uchar sign;
uchar q=0;
uchar tt=0;
uchar scale;
//**************温度小数部分用查表法***********//
uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};
//小数断码表
uchar code table_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};
//共阴LED 段码表"0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-"
uchar table_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}; //个位带小数点的断码表
uchar data temp_data[2]={0x00,0x00};
uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //读出温度暂放
//显示单元数据，共4 个数据和一个运算暂用
/*****************11us 延时函数*************************/
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void delay(uint t)
{
for (;t>0;t--);
}
void scan()
{
int j;
for(j=0;j<4;j++)
{
switch (j)
{
case 0: dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//xiaoshu
case 1: dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//gewei
case 2: dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//shiwei
case 3: dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//baiwei
// else{dm=table_dm[b3];w3=0;delay(50);w3=1;} }
}
}
//***************DS18B20 复位函数************************/
ow_reset(void)
{
char presence=1;
while(presence)
{
while(presence)
{
DQ=1;_nop_();_nop_();//从高拉倒低
DQ=0;
delay(50);
DQ=1;
delay(6); presence=DQ;
}
delay(45);
presence=~DQ; }
DQ=1;
} //550 us
//66 us
//presence=0 复位成功,继续下一步//延时500 us
//拉高电平
/****************DS18B20 写命令函数************************/ //向1-WIRE 总线上写1 个字节
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void write_byte(uchar val)
{
uchar i;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=1;_nop_();_nop_(); //从高拉倒低
DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //5 us
} DQ=val&0x01;
delay(6);
val=val/2;
}
DQ=1;
delay(1);
//最低位移出
//66 us
//右移1 位
/****************DS18B20 读1 字节函数************************/ //从总线上取1 个字节
uchar read_byte(void)
{
uchar i;
uchar value=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=1;_nop_();_nop_();
value>>=1;
} DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
if(DQ)value|=0x80;
delay(6);
//4 us
//4 us
//66 us
DQ=1;
return(value);
}
/*****************读出温度函数************************/ read_temp()
{
ow_reset(); delay(200); write_byte(0xcc); write_byte(0x44); ow_reset(); delay(1);
write_byte(0xcc); write_byte(0xbe);
//总线复位
//发命令
//发转换命令//发命令
temp_data[0]=read_byte(); //读温度值的第字节temp_data[1]=read_byte(); //读温度值的高字节temp=temp_data[1];
temp<<=8;
temp=temp|temp_data[0]; return temp;
}
// 两字节合成一个整型变量。//返回温度值
/****************温度数据处理函数************************/
//二进制高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一字节,这个
//字节的二进制转换为十进制后,就是温度值的百、十、个位值,而剩//下的低字节的低半字节转化成十进制后,就是温度值的小数部分
/********************************************************/
work_temp(uint tem)
{
uchar n=0;
if(tem>6348)
{tem=65536-tem;n=1;}
display[4]=tem&0x0f; // 温度值正负判断
// 负温度求补码,标志位置1 // 取小数部分的值
display[0]=ditab[display[4]]; // 存入小数部分显示值
display[4]=tem>>4; display[3]=display[4]/100; display[1]=display[4]%100; display[2]=display[1]/10; display[1]=display[1]%10;
// 取中间八位,即整数部分的值// 取百位数据暂存
// 取后两位数据暂存
// 取十位数据暂存
//个位数据
r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100; /////符号位显示判断/////
if(!display[3])
{
{ } }
display[3]=0x0a;
if(!display[2])
display[2]=0x0a;
}
if(n){display[3]=0x0b;}
//最高位为0 时不显示
//次高位为0 时不显示
//负温度时最高位显示"-"
void BEEP()
{
if((r>=high&&r<129)||r { beep=!beep; } else } { } beep=0; //*********设置温度显示转换************// void xianshi(int horl) { int n=0; if(horl>128) { horl=256-horl;n=1; } display[3]=horl/100; display[3]=display[3]&0x0f; display[2]=horl%100/10; display[1]=horl%10; display[0]=0; if(!display[3]) { } display[3]=0x0a; if(!display[2]) { display[2]=0x0a; } if(n) { //最高位为0 时不显示 //次高位为0 时不显示 } } display[3]=0x0b; //负温度时最高位显示"-" //*********按键查询程序**************// void keyscan() { int temp1; //最高温度和最低温度标志位 if(set==0) { while(1) { delay(500);//消抖 if(set==0) { temp1++; } while(!set) scan(); } if(temp1==1) { xianshi(high); scan(); if(add==0) { while(!add) scan(); high+=1; } if(dec==0) { while(!dec) scan(); high-=1; } } if(temp1==2) { xianshi(low); if(add==0) { while(!add) scan(); low+=1; } if(dec==0) { while(!dec) scan(); low-=1; } scan(); } if(temp1>=3) { temp1=0; break; }