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基于proteus的简单温度测量系统设计
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基于proteus的简单温度测量系统设计
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3秒自动关闭窗口测温电路实验报告
测温电路实验报告
题目：测温电路
本文主要介绍了一个基于AT89C51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，并介绍了利用汇编语言编程对DS18B20的访问，该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，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。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。
关键词： 单片机& DS18B20&
温度传感器 数字温度计 AT89C51
1.本实验的意义
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。本课程设计由四个人共同完成，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。
2.设计要求及任务
要求：采用单片机设计与实现，完成温度测量与显示，测温范围0-100摄氏度，精度0.1度
（1）设计一个51单片机系统，画出系统的电路原理图；
（2）用汇编语言或C语言编写一个51单片机程序，实现温度测量功能；
（3）程序模拟一线制时序，实现与温度芯片DS18B20接口，读取温度数值，显示在4位数码管上；
（4）编写程序，并调试通过。
二 系统总体方案论证:
1.数字温度计设计方案论证
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。
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.温度传感器DS18B20简介
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；
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。
2.1 DS18B20封装
2.2 DS18B20内部结构图
3.总原理图：
三 实现过程：
1.硬件部分：
系统硬件由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成.
2.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—1晶振电路
图2—2复位电路
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3-1 数码管显示电路
图3-2温度传感器与单片机的连接
4.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。
5.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1所示。
主程序流程图&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
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2示
7.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所示
图2& 度温度流程图
&& 图 3 温度转换流程图
8.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4所示。
9.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5。
10.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6示。
图6 按键扫描处理子程
11.实验程序：
;DS18B20存在标志位
&TEMPER_L&&&
&TEMPER_H&&&
&A_BIT&&&&&
EQU&&& 35H
&B_BIT&&&&&
&;************程序起始********************
AJMP&& MAIN
ORG&&& 0100H
;**************主程序开始************
INIT_18B20
&&RE_CONFIG
GET_TEMPER
;**********DS18B20复位程序*****************
INIT_18B20:&&&
&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&
TSR1: DJNZ&&
R0,TSR1&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&
TSR2: JNB&& DQ ,TSR3
&&&&&&&&&&&&&&
DJNZ&& R0,TSR2
TSR3: SETB&&
FLAG1&&&&&&
;置标志位，表明DS18B20存在
&&&&&&&&&&&&&&
P2.0&&&&&&&
;二极管指示
&&&&&&&&&&&&&&
AJMP&& TSR5
TSR4: CLR&& FLAG1
&&&&&&&&&&
&&&&LJMP&&
TSR5: MOV&& R0,#06BH
TSR6: DJNZ&& R0,TSR6
TSR7:SETB&&
DQ&&&&&&&&&
;表明不存在
&&&&&&&&&&&&&&&
;********************设定DS18B20暂存器设定值**************
RE_CONFIG:
&&&&&&&&&&
JB&& FLAG1,RE_CONFIG1
&&&&&&&&&&&
RE_CONFIG1: MOV&
A,#0CCH&&&&&&
;放跳过ROM命令
&&&&&&&&&&&
LCALL& WRITE_18B20
&&&&&&&&&&&
MOV&& A,#4EH
&&&&&&&&&&&
LCALL& WRITE_18B20& ;写暂存器命令
&&&&&&&&&&&
A,#00H&&&&&&&
;报警上限中写入00H
&&&&&&&&&&&
LCALL& WRITE_18B20
&&&&&&&&&&&
A,#00H&&&&&&&&
;报警下限中写入00H
&&&&&&&&&LCALL&
WRITE_18B20
&&&&&&&&&&&
A,#1FH&&&&&&&&&&
;选择九位温度分辨率
&&&&&&&&&&&
LCALL& WRITE_18B20
&&&&&&&&&&&
;*****************读转换后的温度值****************
GET_TEMPER:
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
LCALL& INIT_18B20
&&&&&&&&&&&
FLAG1,TSS2
&&&&&&&&&&&
RET&&&&&&&&&&&&&&&&&
;若不存在则返回
TSS2: MOV&
A,#0CCH&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
LCALL& WRITE_18B20
&&&&&&&&&&&
A,#44H&&&&&&&&
;发出温度转换命令
&&&&&&&&&&&
LCALL&& WRITE_18B20
&&&&&&&&&&&
DISPLAY&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
INIT_18B20
&&&&&&&&&&&
A,#0CCH&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
LCALL& WRITE_18B20
&&&&&&&&&&&
A,#0BEH&&&&&&&&
;发出读温度换命令
&&&&&&&&&&&
LCALL&& WRITE_18B20
&&&&&&&&&&&
READ2_18B20&&&
;读两个字节的温度
&&&&&&&&&&&
;***************写DS18B20程序************
&WRITE_18B20:
&&&&&&&&&&&
MOV&&& R2,#8
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
MOV& R3,#6
&&&&&&&&&&&&&
DJNZ& R3,$
&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
MOV&&& DQ,C
&&&&&&&&&&&&&
MOV&& R3,#23
&&&&&&&&&&&&&
DJNZ&& R3,$
&&&&&&&&&&&&&
SETB&&& DQ
&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
&;***********读18B20程序，读出两个字节的温度*********
&READ2_18B20:
&&&&&&&&&&&
R4,#2&&&&&&&&&&&&&
;低位存在29 H,高位存在28H
&&&&&&&&&&&
MOV&& R1,#29H
MOV& R2,#8
RE01: CLR&& C
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
MOV&& R3,#7
&&&&&&&&&&&
DJNZ&& R3,$
&&&&&&&&&&&
MOV&&& C,DQ
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
DJNZ&& R3,$
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
DJNZ&& R2,RE01
&&&&&&&&&&&
MOV&&& @R1,A
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
DJNZ&& R4,RE00
&&&&&&&&&&&
&;************读出的温度进行数据转换**************
CHANGE:&&&&
&&&&&&&MOV
C,28H.0&&&&&&&&&&
;将28H中的最低位移入C
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
MOV C,28H.1
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
MOV C,28H.2
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
MOV C,28H.3
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
DISPLAY&&&&&
;调用数码管显示子程序
&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&;*******************DISPLAY******
&DISPLAY:&&&
mov a,29H;将29H中的十六进制数转换成10进制
&&&&&&&&&&&&
mov b,#10 ;10进制/10=10进制
&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
mov b_bit,十位在a
&&&&&&&&&&&&
mov a_bit,个位在b
&&&&&&&&&&&&
mov dptr,#TAB ;指定查表启始地址
&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
dpl1: mov r1,#250 ;显示1000次
&&&&&&&&&&&&
dplop: mov a,a_取个位数
&&&&&&&&&&&&
MOVC A,@A+DPTR ;查个位数的7段代码
&&&&&&&&&&&&
CLR&& P2.3;开个位显示
SETB&& P2.2
SETB& P2.1
&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
mov p0,送出个位的7段代码
&&&&&&&&&&&&
acall d1显示1ms
&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
mov a,b_取十位数
&&&&&&&&&&&&
MOVC A,@A+DPTR ;查十位数的7段代码
&&&&&&&&&&
SETB& P2.2;开十位显示
CLR&& P2.1
CLR&& P2.3
&&&&&&&&&&&
&mov p0,送出十位的7段代码
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
acall d1显示1ms
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
djnz r1,100次没完循环
&&&&&&&&&&&&
djnz r0,dpl1 ;4个100次没完循环
&&&&&&&&&&&&
&;***********************************
&&&&&&&&&&&
&D1MS: MOV
R7,#80&& ;1MS延时(按12MHZ算)
&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
&;*************************
&TAB:&&&&&&&&
DB 0EDH, 088H, 0B5H, 0B9H, 0D8H, 79H, 7DH, 0A8H, 0FDH, 0F9H
四 调试和结论
进入ISP界面后，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5—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5—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。
五 总结及心得体会：
这次电子系统综合设计我很用心的去完成，当所有原理图绘好那一刻，心里有说不出的满足感，从这次综合设计中我真正学到了有用的知识。拿到课题后，我首先对课程内容复习了一遍，然后根据设计要求，我去图书馆查阅了相关的资料，对整体框架做了个初步了解，昨晚这些初步工作后，我开始设计以及绘图。
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。
课程设计是一个学习新知识，巩固加深所学课本所学理论知识的过程，它培养了我们综合应用知识的能力，独立思考和解决问题的能力，它不仅加深了我对电子技术课程的理解，还让我感受到设计电路的乐趣，在这次设计中，我一点也不怕麻烦，反复设计与修改，就是希望能把这次设计课题做好，因此对我来说这次课程设计是非常有意义的。
六 结束语：
本次同采用AT89C51和先进的一线式数字转换器DS18B20来实现，具有主机接口简单，结构灵活，调试方便等特点。实验表明这种测温系统转换速度快、精度高，此外在原有系统的基础上修改，可实现DS18B20的多点测量，使用方便。
七 参考文献：
1.李鸿．单片机原理及应用[M] ．长沙：湖南大学出版社，2005．
2.南京伟福实业有限公司．LAB6000U（USB接口）单片机/微控制器仿真实验系统3.
．http://www./products/lab6000u/lab6000u.htm，．
3.胡汉才．单片机原理及其应用[M] ．北京：清华大学出版社，2004．
4.何立民．[M]
．北京：北京航空航天大学出版社，2006．
5.何立民．单片机应用文集1-8[M] ．北京：北京航空航天大学出版社，2000．
6.孙少伟.戴义保.章高琴.基于DS18B20组网测温的研究[J].自动化仪表.)42-45
7.周月霞.孙传友.DS18B02硬件连接于软件编程[J].传感器世界.2001(12)
8.何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大出版社，1995
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