基于单片机的数字温度计的设计任务书.doc

山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书基于单片机的数字温度计的设计任务书1 设计目的基于单片机的数字温度计的设计，通过此设计深入了解单片机的原理及应用，巩固所学知识，提高对知识的综合应用能力。2 设计要求数字式温度计要求测温范围为55125C，精度误差在0.1C以内，LED数码管直读显示。选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。 3 设计内容3.1方案设计根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以及进行长距离传输时的串/并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现。检测范围-55摄氏度到125摄氏度。1、主控制器AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2、显示电路显示电路采用LED数码管，从P0口输出段码，列扫描用P3.0P3.3口来实现。3、温度传感器工作原理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：独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；无需外部器件；可通过数据线供电，电压范围：3.05.5V；测温范围55125，在-10+85时精度为0.5零待机功耗温度以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的测温原理如下图所示：图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。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0.5为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25、0.75为进位界限的关系，实际温度Ts可用下式计算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD 3.2器件选型主要的元器件型号如下：单片机芯片：89C51温度传感器：DS18B20晶振：12MHZ电源：5V电容：30pF,10uF三极管：8550（PNP）电阻、导线等若干3.3系统设计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，报警子程序和显示数据刷新子程序等。1、主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1s进行一次。主程序流程图如下图所示：初始化显示调用子程序1s到？初次上电？读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令 2、读出温度子程序读出温度子程的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不能进行温度数据的改写。读出温度子程序流程图如下图所示：Y发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？结束CRC校验正确？移入温度暂存器NYN3、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750 ms。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下图所示：发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束 4、 计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取的值进行BCD码的抓换运算，并进行温度值正负的判断。其流程图如下图所示：开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束置“+”标志YN5、 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。显示数据刷新子程序流程图如下图所示：温度数据移入显示寄存器十位数0？数0？百位数0？百位数显示数据（不显示符号）十位数显示符号百位数不显示结束Y NYN 3.4汇编程序;=;DS18B20温度计;采用4位LED共阳显示器显示测温值，显示精度0.1，测温范围-55+125;用AT89C51单片机，12MHz晶振;=常数定义=TIMELEQU 0E0H ;20ms，定时器0时间常数TIMEHEQU 0B1HTEMPHEAD EQU 36H;=工作内存定义=BITST DATA 20HTIME1SOK BIT BITST.1TEMPONEOKBIT BITST.2TEMPL DATA 26HTEMPH DATA 27HTEMPHC DATA 28HTEMPLC DATA 29H;= 引脚定义=TEMPDIN BIT P3.7;= 中断向量区=ORG 0000HLJMP STARTORG 00BHLJMP T0IT;=系统初始化=ORG100HSTART: MOVSP,#60HCLSMEM: MOV R0,#20HMOV R1,#60HCLSMEM1:MOV R0,#00HINC R0DJNZ R1,CLSMEM1MOV TMOD,#00100001B ;定时器0工作方式1（16BIT）MOVTH0,#TIMELMOV TL0,#TIMEH ;20msSJMPINITERROR:NOPLJMP STARTNOPINIT:NOPSETB ET0SETB TR0SETBEAMOV PSW,#00HCLR TEMPONEOKLJMP MAIN;= 定时器0中断服务程序=T0IT:PUSH PSWMOV PSW,#10HMOV TH0,#TIMEHMOV TL0,#TIMELINC R7CJNE R7,#32H,T0IT1MOV R7,#00HSETB TIME1SOK ;1s定时到标志T0IT1:POP PSWRETI;= 主程序=MAIN:LCALL DISP1 ;调用显示子程序JNB TIME1SOK,MAINCLR TIME1SOK ;测温每1s一次JNB TEMPONEOK,MAIN2 ;上电时先温度转换一次LCALL READTEMP1;读出温度值子程序LCALL CONVTEMP ;温度BCD码计算处理子程序LCALL DISPBCD ;显示区BCD码温度值刷新子程序LCALL DISP1 ;消闪烁，显示一次MAIN2: LCALLREADTEMP ;温度转换开始SETB TEMPONEOKLJMP MAIN;= 子程序区=;RESET DS18B20;=INITDS1820:SETB TEMPDINNOPNOPCLR TEMPDINMOV R6,#0A0H ;DELAY 480usDJNZ R6,$MOV R6,#0A0HDJNZ R6,$SETB TEMPDINMOV R6,#32H ;DELAY 70usDJNZ R6,$MOVR6,#3CHLOOP1820:MOV C,TEMPDINJC INITDS1820OUTDJNZ R6,LOOP1820MOV R6,#064HDJNZ R6,$SJMP INITDS1820RETINITDS1820OUT:SETB TEMPDINRET;= 读DS18B20的程序，从DS18B20中读出一个字节的数据=READDS1820:MOV R7,#08HSETB TEMPDINNOPNOPREADDS1820LOOP:CLR TEMPDINNOPNOPNOPSETB TEMPDINMOV R6,#07H ;DELAY 15usDJNZ R6,$MOV C,TEMPDINMOV R6,#3CH ;DELAY 120usDJNZ R6,$RRC ASETB TEMPDINDJNZ R7,READDS1820LOOPMOV R6,#3CH ;DELAY 120 usDJNZ R6,$RET;= 写DS18B20的程序，从DS18B20中写一个字节的数据=WRITEDS1820:MOV R7,#08HSETB TEMPDINNOPNOPWRITEDS1820LOP:CLR TEMPDINMOV R6,#07H ;DELAY 15usDJNZ R6,$RRC AMOV TEMPDIN,CMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$SETB TEMPDINDJNZ R7,WRITEDS1820LOPRET;= READ TEMP =READTEMP:LCALL INITDS1820MOV A,#0CCHLCALL WRITEDS1820 ;SKIP ROMMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$MOV A,#44HLCALL WRITEDS1820 ;START CONVERSIONMOV R6,#34H ;DELAY 104DJNZ R6,$RETREADTEMP1:LCALLINITDS1820MOV A,#0CCHLCALL WRITEDS1820;SKIP ROMMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$MOV A,#0BEHLCALL WRITEDS1820 ;SCRATCHPADMOV R6,#34H ;DELAY 104usDJNZ R6,$MOV R5,#09HMOV R0,#TEMPHEADMOV B,#00HREADTEMP2:LCALL READDS1820MOV R0,AINC R0READTEMP21:LCALL CRC8CALDJNZ R5,READTEMP2MOV A,BJNZ READTEMPOUTMOV A,TEMPHEAD+0MOV TEMPL,AMOV A,TEMPHEAD+1MOV TEMPH,AREADTEMPOUT:RET;= 处理温度BCD码子程序=CONVTEMP:MOV A,TEMPHANL A,#80HJZ TEMPC1CLR CMOV A,TEMPLCPL AADD A,#01HMOV TEMPL,AMOV A,TEMPH ;-CPL AADDC A,#00HMOV TEMPH,A ;TEMPHC HI=符号位MOV TEMPHC,#0BHSJMP TEMPC11TEMPC1:MOV TEMPHC,#0AH ;+TEMPC11:MOV A,TEMPHCSWAP AMOV TEMPHC,AMOV A,TEMPLANL A,#0FH ;乘0.0625MOV DPTR,#TEMPDOTTABMOVC A,A+DPTRMOV TEMPLC,A ;TEMPLC LOW=小数部分BCDMOV A,TEMPL ;整数部分ANL A,#0F0HSWAP AMOV TEMPL,AMOV A,TEMPHANL A,#0FHSWAP AORL A,TEMPLLCALL HEX2BCD1MOV TEMPL,AANL A,#0F0HSWAP AORL A,TEMPHC ;TEMPHC LOW=十位数BCDMOV TEMPHC,AMOV A,TEMPLANL A,#0FHSWAP A ;TEMPLC HI=个位数BCDORL A,TEMPLCMOV TEMPLC,AMOV A,R7JZ TEMPC12ANL A,#0FHSWAP AMOV R7,AMOV A,TEMPHC ;TEMPLC HI=百位数BCDANL A,#0FHORL A,R7MOV TEMPHC,ATEMPC12:RET;= 小数部分码表=TEMPDOTTAB:DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06HDB 06H,07H,08H,08H,09H,09H;= 显示区BCD码温度值刷新子程序=DISPBCD:MOV A,TEMPLCANL A,#0FHMOV 70H,AMOV A,TEMPLCSWAP AANL A,#0FHMOV 71H,AMOV A,TEMPHCANL A,#0FHMOV 72H,AMOV A,TEMPHCSWAPAANL A,#0FHMOV 73H,AMOV A,TEMPHCANL A,#0F0HCJNE A,#010H,DISPBCD0SJMP DISPBCD2DISPBCD0:MOV A,TEMPHCANL A,#0FHJNZ DISPBCD2;十位数是0MOV A,TEMPHCSWAP AANL A,#0FHMOV 73H,#0AH;符号位不显示MOV 72H,A;十位数显示符号DISPBCD2:RET;= 显示子程序=;显示数据在70H73H单元内，用4位LED共阳数码管显示，P1口输出段码数据，;P3口做扫描控制，每个LED数码管亮1ms时间再逐位循环。DISP1:MOV R1,#70H;指向显示数据首址MOV R5,#0FEH;扫描控制字初值PLAY:MOV P0,#0FFHMOV A,R5;扫描字放入AMOV P3,A;从P3口输出MOV A,R1;取显示数据到AMOV DPTR,#TAB;取段码表地址MOVC A,A+DPTR;查显示数据对应段码MOV P0,A;段码放入P0口MOV A,R5JB ACC.1,LOOP5;小数点处理CLR P0.7LOOP5:LCALL DL1MS;显示1msINC R1;指向下一地址MOV A,R5;扫描控制字放入AJNB ACC.3,ENDOUT;ACC.3=0时一次显示结束RL A;A中数据循环左移MOVR5,A;放回R5内AJMP PLAY;跳回PLAY循环ENDOUT:MOV P0,#0FFH;一次显示结束，P0口复位MOV P3,#0FFH;P3口复位RET;子程序返回TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH;共阳段码表 “0”“1”“2”“3”“4”“5”“6”“7”“8”“9”“不亮”“-”DL1MS:MOV R6,#14H;1ms延时程序，LED显示程序用DL1:MOV R7,#19HDL2:DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET;= 单字节十六进制转BCD =HEX2BCD1:MOV B,#064H;十六进制-BCDDIV AB;B=A%100MOV R7,A;R7=百位数MOV A,#0AHXCH A,BDIV AB;B=A%BSWAP AORL A,BRET;=;Calculate CRC-8Values. Uses The CCITT-8Polynomial,Expressed As;X8+X5+X4+1;=CRC8CAL:PUSH ACCMOV R7,#08H;Number Bits In ByteCRC8LOOP1:XRL A,B;Calculte CRCRRC A;Move To CarryMOV A,B;Get The Last CRC ValueJNC CRC8LOOP2;Skip If Data=0XRL A,#18H;Updata The New CRCCRC8LOOP2:RRC A;Position The New CRCMOV B,A;Store The New CRCPOP ACC;Get The Remaining BitsRR A;Position The Next BitPUSH ACC;Save The Remaining BitsDJNZ R7,CRC8LOOP1;Repeat For 8 BitsPOP ACCRETEND总结与致谢本次设计中设计的系统通过对芯片、器件型号的选择，使其相对方便、简单，同时我也相信还有一些可以改进的地方。本次课程设计巩固了我在学习单片机原理及接口技术课程时所学的基本理论知识和实验技能，使我对该课程有了更深的了解，进一步激发了我对所学专业学习的兴趣，提升了自己的能力。在设计的过程和设计说明书的撰写过程中，高焕兵老师、张君捧老师、胡秀蒙都给予了我热心的帮助和大力的支持，给我提了诸多的宝贵意见，拓宽了我的思路。在此我向老师们致以崇高的敬意和衷心的感谢！在我的学习过程中，石家川老师等其他老师也给了我耐心的指导和帮助。我在此对各位老师表示诚挚的感谢！参考文献1孙育才.单片微型计算机及其应用.东南大学出版社.20042沈德金 陈粤初.单片机接口电路与应用程序实例.北京航天航空大学出版社.1990. 3潘新民 王燕芳.微型计算机控制技术.电子工业出版社2003 4李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19985王勇 叶敦范.基于AT89C51 的便携式实时温度检测仪J.选自仪表技术与传感器.2006附录电路原理图：23