数字测温仪的设计摘 要在日常生活及农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，由此可见单片机在我们的生活中扮演十分重要的角色，让我们认识到单片机已经深入各个领域。我们通过课程设计不仅能够加强自己动手操作能力和培养技术能力，而且加深对打片机的认识增加自己知识面和激发对单片机的学习热情以及对科学知识的探索。本次设计的内容是基于单片机学习板的数字测温仪设计，采用温度传感器DS18B20 作为环境温度检测元件，其中主控器为 STC89C52RC、显示电路是经D8255AC-2 扩展连接数码管，再由蜂鸣器作为温度报警部分。温度传感器检测到环境温度进行转换保存高速缓存 RAM 中，主控器在发出命令后在读取数据进行处理，再输出数据到显示部分控制其显示的具体温度值。关键词：STC89C52RC；DS18B20；D8255；主控制器；温度传感器；1 目 录设计要求.错误！未定义书签。1 方案论证与对比.错误！未定义书签。1.1 方案一.错误！未定义书签。1.2 方案二.11.3 设计方案对比与选择.22 系统电路的设计.22.1 主控制器.22.2 显示电路.22.3 温度传感器.23 系统程序的设计.73.1 主程序.73.2 温度程序.73.3 显示程序.84 系统调试及性能分析.115 仪器件清单.错误！未定义书签。6 总结与体会.错误！未定义书签。参考文献.14附录一：详细系统源程序.141设计要求本课题以单片机为核心，设计并制作出一台数字测温仪，具有以下功能：1、单点温度测试；2、测温范围： 040；3、分辨率：01；4、温度输出显示：2 位；5、设定上下限，超出范围时报警。1 方案论证与对比1.1 方案一采用标准 AT89C52 单片机作为控制器；显示倒计时显示采用 2 位 LED 数码管；东西方向、南北方向通行指示灯采用接 P1 口的发光二极管；LED 显示采用动态扫描，以节约端口数。特种车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用人工识别。按以上系统构架设计，单片机端口资源满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，耗电较少，可靠性高等特点。1.2 方案二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。而热电偶和热电组测出的一般都是电压，再转换成对应得温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。本数字温度计设计采用美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后推出的一种改进型智能温度传感器 DS1820 作为检测元件，测温范围为-55125，分辨率最大可达 0.0625。DS18B20 可以直接读出被测温度值。而且采用 3 线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。按照系统设计功能的要求，确定系统由 3 个模块组成：主控制器.测温电路和显示电路。数字温度计总体电路结构框图如图 1 所示。2图 1 数字温度计电路结构框图1.3 设计方案对比与选择对比方案一与方案二可知道，二者所实现的功能基本相同。方案二具有综合设计优点，而且我们的芯片也是 AT89C52，最终我们选定方案二。2 系统电路的设计2.1 主控制器单片机 AT89C51 具有低电压供电和小体积等特点，两个端口刚好满足电路系统的设计需要，很适合便携式产品的设计使用，系统可用二节电池供电。2.2 显示电路显示电路采用 6 位共阳 LED 数码管，从 P1 口输出段码，列扫描用 P3.0P3.来实现，列驱动用 8255。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，它能直接读出北侧温度，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；3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 3.05.5V；零待机功能；温度以 9 或 12 位数字量读出；用户可定义的非易失性温度报警设置；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 所示。图 2 DS18B20 内部结构图64 位 ROM 的位结构如图 3 所示。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。非易失性温度报警器触发器 TH 和 TL，可通过软件写入户报警上下限。图 3 64 位 ROM 结构图4DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 4 所示。头 2个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节是 TH 和 TL 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 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义热图 5 所示。低 5 位一直为 1，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要改动，R1和 R0 决定温度转换得精度位数，即用来设置分辨率，定义方法见表 1。图 4 高速暂存 RAM 结构图图 5 配置寄存器表 1 DS18B20 分辨率的定义规定由表 1 可见,DS18B20 温度转换的时间比较长,而且设定的分辨率越高,所需要的温度转换时间越长。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 RAM 的第 6,7,8 字节保存未用,表现为逻辑 1。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。5当 DS18B20 接收温度转换命令后,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。温度值格式如图 6 所示。图 6 温度数据值格式当符号位 S=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 S=1 时,表示测得的温度值为负值,要先将补码转换为原码,再计算十进制。