I 毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 学学 生生 姓姓 名：名： 学学 号：号： 专专 业业 ：应用电子技术 院院 系系 ： 电子工程学院 设计设计(论文论文)题目题目：基于 AT89S51 温度报警器 指指 导导 教教 师师: 20132013 年年 6 6 月月 3 3 日日 II 摘要摘要 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,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属 于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 关键词：单片机关键词：单片机 温度计温度计 DS18B20DS18B20 AT89C51AT89C51 1 目录目录 前 言.2 1 总体设计方案.3 1.1 计设要求.3 1.2 数字温度计设计方案论证.3 1.3 总体设计框图 .3 2系统组成及工作原理.4 2.1 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 .4 2.2 7 段 LED 数码管电路及原理 .8 2.3 系统整体硬件电路.9 3软件部分.11 3.1 主程序 .12 3.2 读出温度子程序 .13 3.3 温度转换命令子程序 .13 3.4 计算温度子程序.14 3.5 显示数据刷新新子程序 .15 3.6 PROTEUS 软件和 KEIL 软件联合仿真建立 .15 4实验、调试及测试结果分析.16 4.1 硬件调试.16 5总结与体会.17 参 考 文 献.18 附录一 程序代码.19 附录二 元器件清单.25 2 前前 言言 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，智能化控制方向发展。 目前，甲型 H1N1 流感入境，为了把好关，需对流动人口进行人体体温测量。由于温度 传感器 DS18B20 具有独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，可实现多点组网功能， 零待机功耗，电压范围仅为 3.05.5而且具有读数方便，测温范围广，测温准确的特点， 最主要的是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） ，那么只要检测到温度超过设定的正常人体体温就会发出报警，这样就能更有效的防止 流感的扩散。出于对此问题的探索，我们通过上网查阅及相关资料的收集，做了本设计。 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，主要用于对测温比较准确的场所，该设计控制器使用单片机 AT89C51，测温传感器使用 DS18B20，用 4 位共阳极 LED 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。 3 1 1 总体设计方案总体设计方案 1.1 计设要求 (1)基本范围低于-20或高于 70 (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 1.2 数字温度计设计方案论证 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，感温电路比较麻烦。 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 总体设计框图 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 STC89S52，温度传感器 采用 DS18B20，用 4 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。 主 控 制 器 LE D 显 示 温 度 传 感 器 单片机复位 时钟振荡 报警点按键调整 4 图 1.1总体设计方框图 5 2 2系统组成及工作原理系统组成及工作原理 2.1 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 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 912 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 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 2.1 所示。 图 2.1 DS18B20 内部结构 64 位 ROM 的结构开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 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 TO92 封装的 DS18B20 的引脚排列见下图 2.2，其引脚功能描述见下： 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 6 1GND 地信号 2DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电 源。 3VDD 可选择的 VDD 引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 图 2.2 18B20 管脚图 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 8 字节的存储器，结构如图 3 所示。头 2 个字节包含测 得的温度信息，第 3 和第 4 字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第 5 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，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式，DS18B20 出厂时 该位被设置为 0，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。 TM R1 1R01111 . . . 图 2.3 DS18B20 字节定义 7 表 2.1 R0R1 0 0 0 1 0 1 1 1 9 10 11 12 分辨率/位 温度最大转向时间/ms 93.75 187.5 375 750 . . . 由表 2.1 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 8 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 0.0625LSB 形式表示。 当符号位0 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 2.2 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 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 TTL，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。 DS18B20 的测温原理,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 2 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