单片机数字温度计的 课程设计

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摘 要

随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持, 其缺点如下：1． 硬件电路复杂；2． 软件调试复杂；3． 制作成本高。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术开发设计，文中把传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用温度传感器DS18B20测量环境温度，同时51单片机在现代电子产品中广泛应用以及其技术已经非常成熟，DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

关键词: 信息时代 温度传感器 51单片机

目 录

摘 要

目 录

第一章              绪论

1.1   背景

1.2  设计目的

1.2.1掌握温度计，报警系统的设计、组装与调试方法。

1.2.2熟悉仿真软件（proteus）的使用。

1.2.3重点掌握单片机的使用及其各引脚的功能。

第二章 原理分析

2.1原理框图

2.2 原理分析

第三章 实现过程

3.1显示电路

3.2数码管驱动电路

3.3报警电路

3.4数字温度传感器

3.5单片机最小系统电路

3.6 按键电路

3.7数字温度计的实物图

3.8系统板上硬件连钱

3.9 系统调试与分析

3.10 元件清单及程序代码

心得体会

•      绪论
  

1.1   背景

在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持, 其缺点如下：1． 硬件电路复杂；2． 软件调试复杂；3． 制作成本高。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。

1.2 设计目的

1.2.1掌握温度计，报警系统的设计、组装与调试方法。

1.2.2熟悉仿真软件（proteus）的使用。

1.2.3重点掌握单片机的使用及其各引脚的功能。

第二章 原理分析

2.1原理框图

protues仿真图

Protues仿真图显示当前温度30℃

2.2 原理分析

整个系统由单片机控制，温度传感器采用18B20。18b20采用单总线方式与单片机相连.把采集到得温度信息传给单片机。单片机采集到的温度输出到四个数码管上进行显示。当四位数码管显示的温度超过上限值时可以实现报警功能。

DS18B20原理与分析

DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够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。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。

1.DS18B20简介

    （1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

    （2）在使用中不需要任何外围元件。

    （3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。

    （4）测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。

    （5）通过编程可实现9~12位的数字读数方式。

    （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。

    （7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。

    （8）负压特性，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

    DS18B20的测温原理如图2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小〔1〕，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度。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。

第三章 实现过程

3.1显示电路

四位共阳ＬＥＤ数码管：用来显示温度的大小，可直接读取，温度精确到0.１℃。四位数码管如图所示，从左到右依次是百位，十位，个位，十分位。

图 1　数码管

3.2数码管驱动电路

三极管8050：来驱动四位数码管，如下图所示三极管Q1 、Q2 、Q3、Q4。

图 2 三极管8050

3.3报警电路

三极管8550驱动蜂鸣器：如下图所示三极管Q6来驱动蜂鸣器BUZ1。

图 3 三极管8550、蜂鸣器BUZ1

3.4数字温度传感器

数字温度传感器DS18B20：如下图所示

图 4  DS18B20

3.5单片机最小系统电路

单片机最小化系统：如下图所示系统工作时，最小化系统运行。

图 5 最小化系统

3.6 按键电路

按键：如图所示按键K1为进入/退出设置键；K2为增加键；K3为减少键。

图 6  按键

   3.7数字温度计的实物图

数字温度计显示当前温度25.7℃

I

图7 数字温度计实物图

3.8系统板上硬件连钱

1）． 把“单片机系统“区域中的P0.0－P0.7端口用8芯排线依次连接到数码管A-DP端口上；

（2）． 把“单片机系统”区域中的P3.0-P3.2端口用线连接到按键K1-K3的一端上，如图表7所示，其他所有连线按图表7连接即可。

(3)把单片机的P2.0端口接数码管的位选3，P2.1端口接数码管的位选2，P2.2端口接数码管的位选1，P2.3端口接数码管的位选4。

（4）．电源可用外接电源（用手机充电器可做电源），但必须申明电源小于+5V当然也不能太小

3.9 系统调试与分析

在系统制作和调试过程中遇到了不少问题，下面是具体问题与解决方法。

• 4个数码管显示一样
  

检查之后发现原来是4个8550三极管管脚接错，改正之后该问题即解决了。

②4个数码管亮度不一样

8550管脚改正过后，显示不一样了，但4个数码管亮度不一样。当某一个数码管显示的字段较少，比如“1”时，亮度较强，但是当显示的字段较多比如“8”时，亮度较暗。分析其原因是：共阴数码管限流电阻用在控制位选的共阴极的输入端，这样当显示“1”时，电流相对集中，显示“8”字段较多，电流分配后较小，因此“1”显示时比显示“8”时亮。

解决方法：减小这里的限流电阻，使其流入数码管的电流变的很大，这样在较大电流时，即使字段多的电流较小，也比原来大了。这样就减小了差距，虽然还是有差距但已不太明显。

3.10 元件清单及程序代码

元件清单：

单片机AT89C52：1个

     40引脚底座：1个

     DS18B20：1个

     蜂鸣器：1个

     三极管：8050  5个；8550  1个

     电阻：1k  6个；10K   1个

    电容：极性电容10uf   1个；瓷片电容10pf  2个

    按键：3个

晶振：1个

四位共阳数码管：1个

程序代码：

1. #include
   
2. 
   
3. #define uchar unsigned char
   
4. 
   
5. #define uint unsigned int
   
6. 
   
7. sbit d1=P2^2;
   
8. 
   
9. sbit d2=P2^1;
   
10. 
    
11. sbit d3=P2^0;
    
12. 
    
13. sbit d4=P2^3;
    
14. 
    
15. sbit key1=P3^0;
    
16. 
    
17. sbit key2=P3^1;
    
18. 
    
19. sbit key3=P3^2;
    
20. 
    
21. sbit beep=P3^3;
    
22. 
    
23. sbit DS=P1^2;
    
24. 
    
25. sbit ACC_7=ACC^7;
    
26. 
    
27. uint count=1000,alarm=300;
    
28. 
    
29. uchar shu;
    
30. 
    
31. uchar shi,fen,ri,yue,nian,xq,miao,ss;      
    
32. 
    
33. uint temp;             // 温度变量
    
34. 
    
35. uchar flag;
    
36. 
    
37. uchar code tab[]=
    
38. 
    
39. {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,
    
40. 
    
41. 0x99,0x92,0x82,0xf8,
    
42. 
    
43. 0x80,0x90
    
44. 
    
45. };
    
46. 
    
47. uchar code tab1[]=//小数点点亮
    
48. 
    
49. {0x40,0x79,0x24,0x30,
    
50. 
    
51. 0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10
    
52. 
    
53. };
    
54. 
    
55. void delay(uint z)
    
56. 
    
57. {
    
58. 
    
59.               uint x,y;
    
60. 
    
61.               for(x=z;x>0;x--)
    
62. 
    
63.                             for(y=120;y>0;y--);
    
64. 
    
65. }
    
66. 
    
67. void dsreset()//发复位
    
68. 
    
69. {     
    
70. 
    
71.               uint i;
    
72. 
    
73.               DS=0;
    
74. 
    
75.               i=103;
    
76. 
    
77.               while(i>0)i--;
    
78. 
    
79.               DS=1;
    
80. 
    
81.               i=4;
    
82. 
    
83.               while(i>0)i--;
    
84. 
    
85. }
    
86. 
    
87. uchar tmpread()   //读取一字节
    
88. 
    
89. {
    
90. 
    
91.               uchar j,k,dat;
    
92. 
    
93.               uint i;
    
94. 
    
95.     for(j=1;j<=8;j++)
    
96. 
    
97.     {
    
98. 
    
99.                   DS=0;i++;          //延时
    
100. 
     
101.                   DS=1;i++;i++;
     
102. 
     
103.                             k=DS;
     
104. 
     
105.                   i=8;while(i>0)i--;
     
106. 
     
107.                             dat=(k<<7)|(dat>>1);//读出的数据最低位在最前面存一个字节在DAT里
     
108. 
     
109.     }
     
110. 
     
111.     return(dat);
     
112. 
     
113. }
     
114. 
     
115. void tmpwritebyte(uchar dat)   //写一个字节
     
116. 
     
117. {
     
118. 
     
119.     uint i;
     
120. 
     
121.     uchar j;
     
122. 
     
123.     bit testb;
     
124. 
     
125.     for(j=1;j<=8;j++)
     
126. 
     
127.     {
     
128. 
     
129.                   testb=dat&0x01;
     
130. 
     
131.                   dat=dat>>1;
     
132. 
     
133.                   if(testb)     //写 1
     
134. 
     
135.                                 {
     
136. 
     
137.                                   DS=0;
     
138. 
     
139.                                   i++;i++;
     
140. 
     
141.                                   DS=1;
     
142. 
     
143.                                   i=8;while(i>0)i--;
     
144. 
     
145.                                 }
     
146. 
     
147.     else
     
148. 
     
149.     {
     
150. 
     
151.               DS=0;       //写 0
     
152. 
     
153.               i=8;while(i>0)i--;
     
154. 
     
155.               DS=1;
     
156. 
     
157.               i++;i++;
     
158. 
     
159.     }
     
160. 
     
161.   }
     
162. 
     
163. }
     
164. 
     
165. void tmpchange()  //DS18B20温度变换
     
166. 
     
167. {
     
168. 
     
169.               dsreset();
     
170. 
     
171.               delay(1);
     
172. 
     
173.               tmpwritebyte(0xcc);  //跳过读取内存rom
     
174. 
     
175.               tmpwritebyte(0x44);  //开始转换
     
176. 
     
177. }
     
178. 
     
179. uint tmp()               //读取温度
     
180. 
     
181. {
     
182. 
     
183.               float tt;
     
184. 
     
185.               uchar a,b;
     
186. 
     
187.               dsreset();
     
188. 
     
189.               delay(1);
     
190. 
     
191.               tmpwritebyte(0xcc);
     
192. 
     
193.               tmpwritebyte(0xbe);
     
194. 
     
195.               a=tmpread(); //a为低字节8位
     
196. 
     
197.               b=tmpread(); //b为高字节8位
     
198. 
     
199.               temp=b;     //temp为温度值UINT 16bit
     
200. 
     
201.               temp<<=8;             //两个字节组合到一起
     
202. 
     
203.               temp=temp|a;   
     
204. 
     
205.               if(b>127)
     
206. 
     
207.               {
     
208. 
     
209.               flag=1;
     
210. 
     
211.               ss=flag;
     
212. 
     
213.               temp=~temp+1;
     
214. 
     
215.               }
     
216. 
     
217.               tt=temp*0.0625; // temp/16 则是温度的真实值tt.7位整数,4位小数
     
218. 
     
219.               temp=tt*10+0.5; // 扩大十倍取出了第一位小数
     
220. 
     
221.               return(temp);
     
222. 
     
223. }
     
224. 
     
225. void displayTemp(uint temp)   //显示温度程序
     
226. 
     
227. {
     
228. 
     
229.               uchar ge,shi,bai,qian,ser;
     
230. 
     
231.               d1=0;
     
232. 
     
233.               d1=0;
     
234. 
     
235.               d3=0;
     
236. 
     
237.               d4=0;
     
238. 
     
239.               dsreset();
     
240. 
     
241.               ser=temp/10;     //分离出三位要显示的数字
     
242. 
     
243.               SBUF=ser;
     
244. 
     
245.               qian=temp/1000;
     
246. 
     
247.               bai=temp/100%10; // 百位数字
     
248. 
     
249.               shi=temp/10%10;   // 十位数字
     
250. 
     
251.               ge=temp%10;   // 个位数字
     
252. 
     
253.               if(flag==1)
     
254. 
     
255.               {
     
256. 
     
257.                             flag=0;
     
258. 
     
259.                             P0=0xbf;
     
260. 
     
261.                             d1=1;
     
262. 
     
263.                             delay(2);
     
264. 
     
265.                             d1=0;
     
266. 
     
267.               }
     
268. 
     
269.               if(qian!=0)
     
270. 
     
271.               {
     
272. 
     
273.                             P0=tab[qian];
     
274. 
     
275.                             d1=1;
     
276. 
     
277.                             delay(2);
     
278. 
     
279.                             d1=0;            
     
280. 
     
281.               }
     
282. 
     
283.               else
     
284. 
     
285.               {
     
286. 
     
287.                             P0=0xff;
     
288. 
     
289.                             d1=1;
     
290. 
     
291.                             delay(2);
     
292. 
     
293.                             d1=0;            
     
294. 
     
295.               }
     
296. 
     
297.               if(temp>99)
     
298. 
     
299.               {
     
300. 
     
301.                             P0=tab[bai];
     
302. 
     
303.                             d2=1;
     
304. 
     
305.                             delay(2);
     
306. 
     
307.                             d2=0;
     
308. 
     
309.               }
     
310. 
     
311.                             P0=tab1[shi];
     
312. 
     
313.                             d3=1;
     
314. 
     
315.                             delay(2);
     
316. 
     
317.                             d3=0;
     
318. 
     
319.                             P0=tab[ge];
     
320. 
     
321.                             d4=1;
     
322. 
     
323.                             delay(2);
     
324. 
     
325.                             d4=0;
     
326. 
     
327. }
     
328. 
     
329. uint keyscan()
     
330. 
     
331. {
     
332. 
     
333.               if(key1==0)
     
334. 
     
335.               {
     
336. 
     
337.                             delay(5);
     
338. 
     
339.                             if(key1==0)
     
340. 
     
341.                             {
     
342. 
     
343.                                           while(!key1);
     
344. 
     
345.                                           shu++;
     
346. 
     
347.                             }
     
348. 
     
349.             
     
350. 
     
351. 
     
352. 
     
353.               }
     
354. 
     
355.                                           if(key2==0)
     
356. 
     
357.                                           {
     
358. 
     
359.                                                         delay(5);
     
360. 
     
361.                                                         if(key2==0)
     
362. 
     
363.                                                         {
     
364. 
     
365.                                                                       while(!key2);
     
366. 
     
367.                                                                       count=count+10;
     
368. 
     
369.                                                                       if(shu==2)
     
370. 
     
371.                                                                       {
     
372. 
     
373.                                                                                     alarm+=10;
     
374. 
     
375.                                                                       }
     
376. 
     
377.                                                                      
     
378. 
     
379.                                                         }
     
380. 
     
381.                                           }
     
382. 
     
383.                                           if(key3==0)
     
384. 
     
385.                                           {
     
386. 
     
387.                                                         delay(5);
     
388. 
     
389.                                                         if(key3==0)
     
390. 
     
391.                                                         {
     
392. 
     
393.                                                                       while(!key3);
     
394. 
     
395.                                                                       count=count-10;
     
396. 
     
397.                                                                                     if(shu==2)
     
398. 
     
399.                                                                       {
     
400. 
     
401.                                                                                     alarm-=10;
     
402. 
     
403.                                                                       }
     
404. 
     
405.                                                         }
     
406. 
     
407.                                           }
     
408. 
     
409.               return(count);
     
410. 
     
411. 
     
412. 
     
413. }
     
414. 
     
415. 
     
416. 
     
417. void main()
     
418. 
     
419. {
     
420. 
     
421.               beep=0;
     
422. 
     
423.               delay(10);
     
424. 
     
425.               while( 1 )
     
426. 
     
427.               {
     
428. 
     
429.               tmpchange();
     
430. 
     
431.               if(shu==0)
     
432. 
     
433.               {
     
434. 
     
435.                             displayTemp(tmp( ));
     
436. 
     
437.               }
     
438. 
     
439.               keyscan();
     
440. 
     
441.               if(shu==1)
     
442. 
     
443.                             {
     
444. 
     
445.                                           displayTemp(count);
     
446. 
     
447.                             }
     
448. 
     
449.               if(shu==2)
     
450. 
     
451.               {
     
452. 
     
453.                                           displayTemp(alarm);
     
454. 
     
455.                             }
     
456. 
     
457.               if(shu==3)
     
458. 
     
459.               {
     
460. 
     
461.                             shu=0;            
     
462. 
     
463.                             }
     
464. 
     
465.               if(temp>count||(temp<alarm))
     
466. 
     
467.               {
     
468. 
     
469.               beep=0;
     
470. 
     
471. 
     
472. 
     
473.               }
     
474. 
     
475.               else
     
476. 
     
477.               beep=1;
     
478. 
     
479. 
     
480. 
     
481.               }
     
482. 
     
483. }
     
484. 
     
485. 
     
486. 
     

复制代码

为什么元件清单上有七个电阻仿真图上却只有六个？

非常好

很棒的论文

为什么控制的不是温度计显示的温度

好的不错行啊

楼主啊  这个数字温度计的doc能否发一个给我啊   没黑币  邮箱836764562@qq.com多谢

836764562 发表于 2018-3-5 13:55
楼主啊  这个数字温度计的doc能否发一个给我啊   没黑币  邮箱多谢

发了吗

感觉不错

写得非常好，都列出来了

还好能看懂  要做毕业设计的

棒棒棒

大图看不清啊，哪位大佬给发一个啊

很有用的分享

我的数码管怎么不显示

非常不错

很棒！！！！！

为什么我的数码管不亮

怎么实现报警哦！

第一句函数reg51.h还是需要写全呀