1、題目：基于AT89S52和DS18B20的數(shù)字溫度計設計一 、設計要求數(shù)字式溫度計要求測溫范圍為55125C，精度誤差在0.5C以內，液晶顯示。二 、方案確定根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機AT89S52為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣/保持電路、運放、數(shù)/模轉換電路以及進行長距離傳輸時的串/并轉換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。該系統(tǒng)的總體設計思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度信號發(fā)送到AT89S52單片機上，經(jīng)過單片機處理，然后在1602LCD上進

2、行顯示。其溫度測量及顯示電路原理圖如下：220V轉5V電路原理圖如下：2.1 元器件的介紹2.1.1 單片機的選擇AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52單片機結構見圖2.1：圖2.1 AT89S52結構圖2.2.2 傳感器的選擇DS18B2

3、0溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。2.2.3 LCD的選擇此設計中采用1602LCD對溫度進行顯示。圖2.2 16

4、02LCD實物示意圖2.2 溫度檢測電路DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20 的數(shù)據(jù)I/O 均由同一條線來完成。DS18B20 的電源供電方式有2 種: 外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時, VDD 和GND 均接地, 他在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用, 原理是當1 W ire 總線的信號線DQ 為高電平時, 竊取信號能量給DS18B20 供電, 同時一部分能量給內部電容充電, 當DQ為低電平時釋放能量為DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強上拉電路, 軟件控制變得復雜(特別是在完成溫度轉換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM 時) , 同時芯片的性

5、能也有所降低。因此, 在條件允許的場合, 盡量采用外供電方式。無論是內部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電。外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC 降到3V 時，依然能夠保證溫度量精度。由于DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機（單片機）通信是需要串行通信，而AT89S51 有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(xiàn)。經(jīng)過單

6、線接口訪問DC18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM 操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴格按照時序。三 、軟件設計3.1 概述整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先

7、要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結構，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調度關系。3.2 程序模塊主程序需要調用2子程序，各模塊程序功能如下：LCD顯示程序：向LCD的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。溫度測試及處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進行處理和顯示。主程序流程見圖3.1。 圖3.1主程序流程圖 圖3.2 DS18B20初始化流程3.3 各模塊流程設計下面對主要子程序的流程圖做介紹。3.3.1溫度檢測流程DS18B20在單片機控制下分三個階段:18B20 初始化：初始化流程圖見圖 3.2；讀18B20時序：讀DS18B20流程見圖 3.3；寫18B20時

8、序：寫DS18B20流程見圖 3.4； 圖3.3 讀18B20流程圖 圖3.4 寫18B20流程圖3.3.2 液晶顯示的設置顯示模式的設置：寫入指令碼WriteInstruction(0x38)，設置功能16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示/開關及光標設置：寫入指令碼WriteInstruction (0x0c)，設置開顯示，不顯示光標，光標不閃爍；寫入指令碼WriteInstruction(0x06)，設置：光標右移，字符不移；寫入指令碼WriteInstruction(0x01)，清屏幕指令，將以前的顯示內容清除；寫入指令碼函數(shù)WriteInstruction( )，寫指令過程:輸

9、入：RS=0，D0-D7=指令碼，E=高脈沖；寫入數(shù)據(jù)函數(shù)WriteData( ), 寫指令過程:輸入：RS=1,D0-D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖；數(shù)據(jù)指針設置: 指令碼80H+地址碼（0-27H）顯示第一行的字符，指令碼80H+地址碼（40H-67H）顯示的第二行字符。四、硬件的調試完成的硬件焊接電路見附錄。在硬件調試過程中，出現(xiàn)了許多問題。在設計電源電路中使用了整流橋進行整流，但是在硬件焊接完畢后，測得的輸出電壓不正常。后來利用四個二極管搭建一個整流橋接入電路，輸出的電壓就正常。此外，電路中使用了78L05穩(wěn)壓管將從整流橋出來的電壓穩(wěn)在5V，可是78L05輸出的電壓不是5V，因此自己加了了1K

10、的可調電阻將輸出的電壓進行轉換來給單片機供電。在焊接外圍電路（1602LCD顯示電路和18B20數(shù)字測溫電路）之前，通過在單片的P2.7口接入一個發(fā)光二極管，來調試單片機的最小系統(tǒng)是否能正常工作。單片機中燒入的程序來控制LED的亮和滅。一步調試很成功。接下來自己將外圍電路焊接進去，可是1602LCD不顯示。經(jīng)過自己對各個接口端功能的認真分析，發(fā)現(xiàn)自己將背光電壓調的太高導致1602LCD亮度太高，所以顯示的字符看不見，就誤認成電路連接有誤。在調低背光電壓后，正常顯示。最后出現(xiàn)的問題是在一切正常的情況下1602LCD上顯示的是沒有找到DS18B20傳感器，請檢查電路。經(jīng)過認真仔細檢查電路后，沒有發(fā)

11、現(xiàn)任何錯誤。硬件檢查沒問題，只能是軟件程序編寫有錯，經(jīng)過認真查看所編程序，發(fā)現(xiàn)里面對DS18B20的信號輸入接口設置錯了。改正后，重新編譯燒進單片機，電源打開后，能正常顯示溫度了。經(jīng)過以上過程，自己設計的電路達到了開始設想的功能，課程設計圓滿結束?？偨Y和體會本設計利用AT89S52 芯片控制溫度傳感器DS18B20，再輔之以部分外圍電路實現(xiàn)對環(huán)境溫度的測控，性能穩(wěn)定，精度教高，而且擴展性能很強大。由于DS18B20的測量精度只有0.5 度，往往很多場合需要更加精確的溫度，在所測溫度精度不變的基礎上必須對數(shù)據(jù)進行校正。由于DS18B20 是基于帶隙結構的數(shù)字式溫度傳感器，PN 結增量電壓正比于I

12、C 絕對溫度（PTAT），它的測溫精度較高,但存在著一定的誤差.不過,其誤差在時間和外部環(huán)境變化的條件下,保持相當高的穩(wěn)定性。它充分利用監(jiān)控計算機的處理能力，在監(jiān)控計算機上用線性插補的數(shù)學方法對其進行誤差校正補償，能輕易地將其提高其精度。在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，這次設計真的讓我長進了很多，單片機C語言課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，這一次，我全部用的都是16進制的數(shù)直接加減，感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們去試著做了，才能真正的掌握。五、元件清單（名稱、型號、數(shù)量）元件名稱型號數(shù)量單片機芯片AT89S521溫度傳感器DS18B201晶振12MHz1

13、220V轉7.5V變壓器1電容100pF222uF、0.01uF各110421000uF/25V1220uF/25VLCD16021電阻1K、4.7K各110K24701萬能板1IC插座1導線若干穩(wěn)壓塊78L051發(fā)光二極管1二極管IN40075開關1附錄：程序：/DS18B20溫度檢測及其液晶顯示#include /包含單片機寄存器的頭文件#include /包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件unsigned char code digit10=0123456789; /定義字符數(shù)組顯示數(shù)字unsigned char code Str=Test by DS18B20; /說明顯示的是溫度un

14、signed char code Error=Error!Check!; /說明沒有檢測到DS18B20unsigned char code Temp=Temp:; /說明顯示的是溫度unsigned char code Cent=Cent; /溫度單位/*以下是對液晶模塊的操作程序*/sbit RS=P20; /寄存器選擇位，將RS位定義為P2.0引腳sbit RW=P21; /讀寫選擇位，將RW位定義為P2.1引腳sbit E=P22; /使能信號位，將E位定義為P2.2引腳sbit BF=P07; /忙碌標志位，將BF位定義為P0.7引腳/*函數(shù)功能：延時1ms(3j+2)*i=(333

15、+2)10=1010(微秒)，可以認為是1毫秒*/void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i4;i+) for(j=0;j33;j+) ; /*函數(shù)功能：延時若干毫秒入口參數(shù)：n*/ void delaynms(unsigned char n) unsigned char i;for(i=0;in;i+) delay1ms(); /*函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙*/bit BusyTest(void) bit result;RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW為高電平時，

16、可以讀狀態(tài) RW=1; E=1; /E=1，才允許讀寫 _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間 result=BF; /將忙碌標志電平賦給result E=0; /將E恢復低電平 return result; /*函數(shù)功能：將模式設置指令或顯示地址寫入液晶模塊入口參數(shù)：dictate*/void WriteInstruction (unsigned char dictate) while(BusyTest()=1); /如果忙就等待 RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時為低電平時，可以寫入指令 RW=0; E=

17、0; /E置低電平(根據(jù)表8-6，寫指令時，E為高脈沖， / 就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應先置0 _nop_(); _nop_(); /空操作兩個機器周期，給硬件反應時間 P0=dictate; /將數(shù)據(jù)送入P0口，即寫入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間 E=1; /E置高電平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間 E=0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令 /*函數(shù)功能：指定字符顯示的實際地址入口參數(shù)：x*/

18、void WriteAddress(unsigned char x) WriteInstruction(x|0x80); /顯示位置的確定方法規(guī)定為80H+地址碼x /*函數(shù)功能：將數(shù)據(jù)(字符的標準ASCII碼)寫入液晶模塊入口參數(shù)：y(為字符常量)*/ void WriteData(unsigned char y) while(BusyTest()=1); RS=1; /RS為高電平，RW為低電平時，可以寫入數(shù)據(jù) RW=0; E=0; /E置低電平(根據(jù)表8-6，寫指令時，E為高脈沖， / 就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應先置0 P0=y; /將數(shù)據(jù)送入P0口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊 _no

19、p_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間 E=1; /E置高電平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應時間 E=0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令 /*函數(shù)功能：對LCD的顯示模式進行初始化設置*/void LcdInitiate(void) delaynms(15); /延時15ms，首次寫指令時應給LCD一段較長的反應時間 WriteInstruction(0x38); /顯示模式設置：162顯示，57點陣，8位數(shù)據(jù)接口delaynms(5

20、); /延時5ms，給硬件一點反應時間 WriteInstruction(0x38);delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteInstruction(0x38); /連續(xù)三次，確保初始化成功delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteInstruction(0x0c); /顯示模式設置：顯示開，無光標，光標不閃爍delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteInstruction(0x06); /顯示模式設置：光標右移，字符不移delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間WriteInstruction(0

21、x01); /清屏幕指令，將以前的顯示內容清除delaynms(5); /延時5ms，給硬件一點反應時間 /*以下是DS18B20的操作程序 */ sbit DQ=P23;unsigned char time; /設置全局變量，專門用于嚴格延時/*函數(shù)功能：將DS18B20傳感器初始化，讀取應答信號出口參數(shù)：flag */bit Init_DS18B20(void) bit flag; /儲存DS18B20是否存在的標志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在 DQ = 1; /先將數(shù)據(jù)線拉高 for(time=0;time2;time+) /略微延時約6微秒 ; DQ = 0; /

22、再將數(shù)據(jù)線從高拉低，要求保持480960us for(time=0;time200;time+) /略微延時約600微秒 ; /以向DS18B20發(fā)出一持續(xù)480960us的低電平復位脈沖 DQ = 1; /釋放數(shù)據(jù)線（將數(shù)據(jù)線拉高） for(time=0;time10;time+) ; /延時約30us（釋放總線后需等待1560us讓DS18B20輸出存在脈沖） flag=DQ; /讓單片機檢測是否輸出了存在脈沖（DQ=0表示存在） for(time=0;time200;time+) /延時足夠長時間，等待存在脈沖輸出完畢 ; return (flag); /返回檢測成功標志/*函數(shù)功能：從

23、DS18B20讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)出口參數(shù)：dat*/ unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0;unsigned char dat; /儲存讀出的一個字節(jié)數(shù)據(jù)for (i=0;i=1; _nop_(); /等待一個機器周期 DQ = 1; /將數(shù)據(jù)線人為拉高,為單片機檢測DS18B20的輸出電平作準備 for(time=0;time2;time+) ; /延時約6us，使主機在15us內采樣 if(DQ=1) dat|=0x80; /如果讀到的數(shù)據(jù)是1，則將1存入datelsedat|=0x00;/如果讀到的數(shù)據(jù)是0，則將0存入dat /

24、將單片機檢測到的電平信號DQ存入ri for(time=0;time8;time+) ; /延時3us,兩個讀時序之間必須有大于1us的恢復期 return(dat); /返回讀出的十進制數(shù)據(jù)/*函數(shù)功能：向DS18B20寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：dat*/ WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for (i=0; i8; i+) DQ =1; / 先將數(shù)據(jù)線拉高 _nop_(); /等待一個機器周期 DQ=0; /將數(shù)據(jù)線從高拉低時即啟動寫時序 DQ=dat&0x01; /利用與運算取出要寫的某位二進制數(shù)據(jù), /并將其送到數(shù)據(jù)線上等

25、待DS18B20采樣 for(time=0;time10;time+) ;/延時約30us，DS18B20在拉低后的約1560us期間從數(shù)據(jù)線上采樣 DQ=1; /釋放數(shù)據(jù)線 for(time=0;time=1; /將dat中的各二進制位數(shù)據(jù)右移1位 for(time=0;time4;time+) ; /稍作延時,給硬件一點反應時間/*以下是與溫度有關的顯示設置 */ /*函數(shù)功能：顯示沒有檢測到DS18B20*/ void display_error(void) unsigned char i; WriteAddress(0x00); /寫顯示地址，將在第1行第1列開始顯示 i = 0; /

26、從第一個字符開始顯示while(Errori != 0) /只要沒有寫到結束標志，就繼續(xù)寫WriteData(Errori); /將字符常量寫入LCDi+; /指向下一個字符delaynms(100); /延時100ms較長時間，以看清關于顯示的說明while(1) /進入死循環(huán)，等待查明原因 ;/*函數(shù)功能：顯示說明信息*/ void display_explain(void) unsigned char i; WriteAddress(0x00); /寫顯示地址，將在第1行第1列開始顯示 i = 0; /從第一個字符開始顯示while(Stri != 0) /只要沒有寫到結束標志，就繼續(xù)寫

27、WriteData(Stri); /將字符常量寫入LCDi+; /指向下一個字符delaynms(100); /延時100ms較長時間，以看清關于顯示的說明/*函數(shù)功能：顯示溫度符號*/ void display_symbol(void) unsigned char i; WriteAddress(0x40); /寫顯示地址，將在第2行第1列開始顯示 i = 0; /從第一個字符開始顯示while(Tempi != 0) /只要沒有寫到結束標志，就繼續(xù)寫WriteData(Tempi); /將字符常量寫入LCDi+; /指向下一個字符delaynms(50); /延時1ms給硬件一點反應時間/

28、*函數(shù)功能：顯示溫度的小數(shù)點*/ void display_dot(void) WriteAddress(0x49); /寫顯示地址，將在第2行第10列開始顯示 WriteData(.); /將小數(shù)點的字符常量寫入LCD delaynms(50); /延時1ms給硬件一點反應時間/*函數(shù)功能：顯示溫度的單位(Cent)*/ void display_cent(void) unsigned char i; WriteAddress(0x4c); /寫顯示地址，將在第2行第13列開始顯示 i = 0; /從第一個字符開始顯示 while(Centi != 0) /只要沒有寫到結束標志，就繼續(xù)寫Wr

29、iteData(Centi); /將字符常量寫入LCDi+; /指向下一個字符delaynms(50); /延時1ms給硬件一點反應時間/*函數(shù)功能：顯示溫度的整數(shù)部分入口參數(shù)：x*/ void display_temp1(unsigned char x) unsigned char j,k,l; /j,k,l分別儲存溫度的百位、十位和個位j=x/100; /取百位k=(x%100)/10; /取十位l=x%10; /取個位 WriteAddress(0x46); /寫顯示地址,將在第2行第7列開始顯示W(wǎng)riteData(digitj); /將百位數(shù)字的字符常量寫入LCDWriteData(digitk); /將十位數(shù)字的字符常量寫入LCDWriteData(digitl); /將個位數(shù)字的字符常量寫入LCDdelaynms(50); /延時1ms給硬件一點反應時間 /*函數(shù)功能：顯示溫度的小數(shù)數(shù)部分入口參數(shù)：x*/ void display_temp2(unsigned char x) WriteAddress(0x4a); /寫顯示地址,將在第2行第11列開始顯示W(wǎng)riteData(