【正文】 西安文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 專業(yè)班級 10 級電子信息工程 2 班 課 程 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 題 目 基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì) 學(xué) 號 08101100219 學(xué)生姓名 李斌 指導(dǎo)教師 魏坤 2021 年 11 月西安文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名 李斌 專業(yè)班級 電子信息工程（ 2）班 學(xué) 號 08101100219 指導(dǎo)教師 魏坤 職 稱 講師 教研室 課 程 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 題目 基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì) 任務(wù)與要求 利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 與單片機(jī)結(jié)合來測量溫度。利用數(shù)字溫度傳感 DS18B20測量溫度信號，計(jì)算后在 LED 數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的溫度 值。其溫度測量范圍為 55 0C～ 125 0C，精確到 0C。數(shù)字溫度計(jì)所測量的溫度采用數(shù)字顯示，控制器使用單片機(jī) AT89C51，測溫傳感器使用 DS18B20，用 3 位共陽極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 設(shè)計(jì)要求 (1) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求給出實(shí)現(xiàn)原理及具體實(shí)現(xiàn)方案； (2) 給出電路設(shè)計(jì)的具體電路，編寫出相應(yīng)的溫度采集顯示程序； (3) 通過相應(yīng)軟件進(jìn)行調(diào)試，給出調(diào)試結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)分析； (4) 論文要求思路清晰，結(jié)構(gòu)合理，語言流暢，書寫格式符合要求。 開始日期 20211125 完成日期 2021126 2021 年 12 月 6 日 目錄 設(shè)計(jì)目的 …………………………………………… 4 設(shè)計(jì) 任務(wù) 和要求 …………………………………… 4 總體設(shè)計(jì)方案 ……………………………………… 4 功能 模塊設(shè)計(jì)與分析 ……………………………… 9 電 路的安裝與調(diào)試 ………………………………… 12 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件清單 …………………………… 15 心得體會(huì) …………………………………………… 15 附錄一 系統(tǒng) 電路圖 ……………………………… 20 第 4 頁 一、設(shè)計(jì)目的 本設(shè)計(jì)以 AT89S52 單片機(jī) （ 海翔 HXV2 開發(fā)板 ） 為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機(jī)。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、 數(shù)碼管掃描電路，顯示電路 。單片機(jī)通過對信號進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度 的采集，量化 ，輸出，顯示 的目的。文中還著重介紹了軟 、硬 件設(shè)計(jì) 及 C 語言實(shí)現(xiàn) 部分，在這里采用模塊化 編程 結(jié)構(gòu) 。 主要模塊有： 端口定義 程序、 函數(shù)定義 及 主函數(shù) 程序、 定時(shí)器中斷 程序、 延時(shí)函數(shù) 程序、 DS18B20 初始化定義 程序。 通過本次課程設(shè)計(jì)，更加深對 51單片機(jī)的了解，進(jìn)一步加深我們對 51單片機(jī)解決實(shí)際問題的工作能力。 二、 設(shè)計(jì)要求和任務(wù) 利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 與單片機(jī)結(jié)合來測量溫度。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 測量溫度信號，計(jì)算后在 LED 數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的溫度值。其溫度測量范圍為 55 0C～ 125 0C，精確到 0C。數(shù)字溫度計(jì)所測量的溫度采用數(shù)字顯示，控制器使用單片機(jī)AT89C51，測溫傳感器使用 DS18B20，用 3 位共陽極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 設(shè)計(jì)要求 (1) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求給出實(shí)現(xiàn)原理及具體實(shí)現(xiàn)方案； (2) 給出電路設(shè)計(jì)的具體電路，編寫出相應(yīng)的溫度采集顯示程序； (3) 通過相應(yīng)軟件進(jìn)行調(diào)試，給出調(diào)試結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)分析； (4) 論文要求思路清晰，結(jié)構(gòu)合理，語言流暢，書寫格式符合要求。 設(shè)計(jì) 任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)具有基于 DS1820 數(shù)字溫度傳感器的溫度檢測及顯示的系統(tǒng)。要求 系統(tǒng)具有以下功能： (1) 一路 溫度檢測； (2) 具有 數(shù)碼管 顯示功能； (3) 具有 動(dòng)態(tài)掃描 功能； (4) 定時(shí)器控制掃描時(shí)間 ； (5) 溫度變化數(shù)碼管能及時(shí)刷新顯示溫度； 三、總體設(shè)計(jì)方案 DS18B20 DS18B20 的工作原理 第 5 頁 DS18B20 的讀寫時(shí)序和測溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 DS18B20 測溫原理如圖 3 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1 重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。圖3 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù) 器 1的預(yù)置值。 DS18B20 有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8位是 前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20 的目的。 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S為符號位。 LS Byte bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 23 22 21 20 21 22 23 24 MS Byte Bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S 26 25 24 表 1: DS18B20 溫度值格式表 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于