基于AT89S52和DS18B20的数字温度计设计

1题目：基于AT89S52和DS18B20的数字温度计设计一、设计要求数字式温度计要求测温范围为－55～125°C，精度误差在±0.5°C以内，液晶显示。二、方案确定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AT89S52为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示功能。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把所测得的温度信号发送到AT89S52单片机上，经过单片机处理，然后在1602LCD上进行显示。其温度测量及显示电路原理图如下：1212MHzXTAL100pFC1100pFC222uFC31KR1S1SW-PBGND1VCC2VO3RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BGVCC15BGGND16LCD1602LCD1602EA/VPP31XTAL119XTAL218RST/VPD9P3.7/RD17P3.6/WR16P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P1.0/T1P1.1/T2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30P3.1/TXD11P3.0/RXD10Vcc40Gnd20AT89S5XAT89S52P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7+5R?10KP2.0P2.1P2.2+50.01uFC4+5123DS18B20CON3GNDDQVDD+5VR24.7K2220V转5V电路原理图如下：132VVGNDINOUTU?78L05ACV+ACV-1N4007X4+C?1000uF/25V+C?220uF/25VC?104C?104D?1N4007LEDR?470GNDVCCT?CTX0.33-1A220V7.5VS?SW-SPST123456GND扩展CON61234+5V扩展CON42.1元器件的介绍2.1.1单片机的选择AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52单片机结构见图2.1：EA/VPP31XTAL119XTAL218RST/VPD9P3.7/RD17P3.6/WR16P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P1.0/T1P1.1/T2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30P3.1/TXD11P3.0/RXD10Vcc40Gnd20AT89S5XAT89S52图2.1AT89S52结构图2.2.2传感器的选择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3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内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列、各种封装形式，DQ为数据输入/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；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。2.2.3LCD的选择此设计中采用1602LCD对温度进行显示。图2.21602LCD实物示意图2.2温度检测电路DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线来完成。DS18B20的电源供电方式有2种:外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时,VDD和GND均接地,他在需要远程温度探测和空4间受限的场合特别有用,原理是当1Wire总线的信号线DQ为高电平时,窃取信号能量给DS18B20供电,同时一部分能量给内部电容充电,当DQ为低电平时释放能量为DS18B20供电。但寄生电源方式需要强上拉电路,软件控制变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROM时),同时芯片的性能也有所降低。因此,在条件允许的场合,尽量采用外供电方式。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电。外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。在开发中使用外部电源供电方式，毕竟比寄生电源方式只多接一根VCC引线。在外接电源方式下，可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点，即使电源电压VCC降到3V时，依然能够保证温度量精度。由于DS18B20只有一根数据线，因此它和主机（单片机）通信是需要串行通信，而AT89S51有两个串行端口，所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DC18B20必须遵循如下协议：初始化、ROM操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作，一切处理均严格按照时序。三、软件设计3.1概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。53.2程序模块主程序需要调用2子程序，各模块程序功能如下：●LCD显示程序：向LCD的显示送数，控制系统的显示部分。●温度测试及处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理和显示。主程序流程见图3.1。调用读温度子程序调用温度转换子程序调用显示温度程序开始开始S52寄存器初始化DS18B20存在？温度转换读温度温度数据处理温度显示否是图3.1主程序流程图图3.2DS18B20初始化流程3.3各模块流程设计下面对主要子程序的流程图做介绍。3.3.1温度检测流程DS18B20在单片机控制下分三个阶段:●18B20初始化：初始化流程图见图3.2；●读18B20时序：读DS18B20流程见图3.3；●写18B20时序：写DS18B20流程见图3.4；6图3.3读18B20流程图图3.4写18B20流程图3.3.2液晶显示的设置显示模式的设置：写入指令码WriteInstruction(0x38)，设置功能16*2显示，5*7点阵，8位数据接口；显示/开关及光标设置：写入指令码WriteInstruction(0x0c)，设置开显示，不显示光标，光标不闪烁；写入指令码WriteInstruction(0x06)，设置：光标右移，字符不移；写入指令码WriteInstruction(0x01)，清屏幕指令，将以前的显示内容清除；写入指令码函数WriteInstruction()，写指令过程:输入：RS=0，D0-D7=指令码，E=高脉冲；写入数据函数WriteData(),写指令过程:输入：RS=1,D0-D7=数据，E=高脉冲；数据指针设置:指令码80H+地址码（0-27H）显示第一行的字符，指令码80H+地址码（40H-67H）显示的第二行字符。7四、硬件的调试完成的硬件焊接电路见附录。在硬件调试过程中，出现了许多问题。在设计电源电路中使用了整流桥进行整流，但是在硬件焊接完毕后，测得的输出电压不正常。后来利用四个二极管搭建一个整流桥接入电路，输出的电压就正常。此外，电路中使用了78L05稳压管将从整流桥出来的电压稳在5V，可是78L05输出的电压不是5V，因此自己加了了1K的可调电阻将输出的电压进行转换来给单片机供电。在焊接外围电路（1602LCD显示电路和18B20数字测温电路）之前，通过在单片的P2.7口接入一个发光二极管，来调试单片机的最小系统是否能正常工作。单片机中烧入的程序来控制LED的亮和灭。一步调试很成功。接下来自己将外围电路焊接进去，可是1602LCD不显示。经过自己对各个接口端功能的认真分析，发现自己将背光电压调的太高导致1602LCD亮度太高，所以显示的字符看不见，就误认成电路连接有误。在调低背光电压后，正常显示。最后出现的问题是在一切正常的情况下1602LCD上显示的是没有找到DS18B20传感器，请检查电路。经过认真仔细检查电路后，没有发现任何错误。硬件检查没问题，只能是软件程序编写有错，经过认真查看所编程序，发现里面对DS18B20的信号输入接口设置错了。改正后，重新编译烧进单片机，电源打开后，能正常显示温度了。经过以上过程，自己设计的电路达到了开始设想的功能，课程设计圆满结束。8总结和体会本设计利用AT89S52芯片控制温度传感器DS18B20，再辅之以部分外围电路实现对环境温度的测控，性能稳定，精度教高，而且扩展性能很强大。由于DS18B20的测量精度只有±0.5度，往往很多场合需要更加精确的温度，在所测温度精度不变的基础上必须对数据进行校正。由于DS18B20是基于带隙结构的数字式温度传感器，PN结增量电压正比于IC绝对温度（PTAT），它的测温精度较高,但存在着一定的误差.不过,其误差在时间和外部环境变化的条件下,保持相当高的稳定性。它充分利用监控计算机的处理能力，在监控计算机上用线性插补的数学方法对其进行误差校正补偿，能轻易地将其提高其精度。在本次设计的过程中，我发现很多的问题，这次设计真的让我长进了很多，单片机C语言课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减，感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握。9五、元件清单（名称、型号、数量）元件名称型号数量单片机芯片AT89S521温度传感器DS18B201晶振12MHz1220V转7.5V变压器1电容100pF222uF、0.01uF各110421000uF/25V1220uF/25VLCD16021电阻1K、4.7K各110K24701万能板1IC插座1导线若干稳压块78L051发光二极管1二极管IN40075开关110附录：11程序：//DS18B20温度检测及其液晶显示#includereg51.h//包含单片机寄存器的头文件#includeintrins.h//包含_nop_()函数定义的头文件unsignedcharcodedigit[10]={0123456789};//定义字符数组显示数字unsignedcharcodeStr[]={TestbyDS18B20};//说明显示的是温度unsignedcharcodeError[]={Error!Check!};//说明没有检测到DS18B20unsignedcharcodeTemp[]={Temp:};//说明显示的是温度unsignedcharcodeCent