单片机原理及应用
课程设计报告书
题 目：DS18B20数字温度计的设计 姓名学号：李 泽 123621046 熊 侃 123621042 龚 元 123621038 专业班级： 信 本 一 班 指导老师： 王 耿 设计时间： 2015年6月
一、课题介绍
本设计是一款简单实用的小型数字温度计，所采用的主要元件有传感器
题目 DS18B20数字温度计的设计 18B20，单片机ATS52，，四位共阴极数码管一个，电容电阻若干。18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围-55°C~+125°C。在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。18B20的精度较差为± 2°C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
本次数字温度计的设计共分为五部分，主控制器，LED显示部分，传感器部分，复位部分，时钟电路。主控制器即单片机部分，用于存储程序和控制电路；LED显示部分是指四位共阳极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器，用来采集温度，进行温度转换；复位部分，即复位电路。测量的总过程是，传感器采集到外部环境的温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示。本设计能完成的温度测量范围是-55°C~+128°C，由于能力有限，不能实现报警功能。
二、方案论证
方案一： 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，感温电路比较麻烦。 方案设计框图如下：
方案二：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，就可以满足设计要求。
热敏电阻组成的感温电路 AD转换 数码管显示电路 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
三、系统软硬件设计 1、硬件设计
按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。
数字温度计总体电路结构框图所示：
ATC52 主 显示电路 控 DS18B20 制 器 扫描驱动
单片机的选择
单片机ATS52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。
复位电路设计
单片机系统的复位电路在这里采用的是上电+按钮复位电路形式，其中电阻R采用6.8KΩ的阻值，电容采用电容值为10μ的电解电容。电路图如下：
温度显示电路
四位共阳极数码管，能够显示小数和负温度。零下时，第一个数码管显示负号。当温度超过99.9时，四个数码管全部亮。列扫描用P3.0~P3.3口来实现，列驱动用9012三极管。电路图如下：
温度传感器
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。电路图如下：
系统总电路图如下：
2、软件设计
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
和现实数据刷新子程序等。
主程序 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1S进行一次。主流程图如下：
初始化
调用显示程序
N 1s到？
Y 初次上电 Y
N 读出温度值温度计算处理显示数据刷新
发温度转换开始命令 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。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。流程图如下： 发DS18B20复位命令
移入温度暂存器
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。 结束
开始
发跳过ROM命令 发读取温度命令 读取操作，CRC校验 Y 9字节完？ Y CRC校验正？确？ N N
? 温度零下Y 温度值取补码置“-”标志 N 置“+”标志 计算小数位温度BCD值 计算整数位温度BCD值 结束
显示数据刷新子程序 显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示
数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。
温度数据移入显示寄存器 十位数0？ 百位数0？ 十位数显示符号 百位数不显示 百位数显示数据 （不显示符号） 结束
系统所运用的功能介绍：
DS18B20与单片机之间采用串行通信的方式进行数据读写
系统的调试及性能分析：
硬件调试比较简单，首先检查电感的焊接是否正确，然后可用万用表测试或通电检测。
软件调试可以先编写显示程序并进行硬件的正确性检验，然后分别进行主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和现实数据刷新子程序等的编程及调试
由于DS18B20与单片机采用串行数据传送，因此，对DS18B20进行读/写编程时必须严格地保证读/写时序；否则将无法读取测量结果。本程序采用单片机汇编或C语言编写用Keil C51编译器编程调试。
软件调试到能显示温度值，并且在有温度变化时显示温度能改变，就基本完成。
性能测试可用制作的温度机和已有的成品温度计同时进行测量比较。由于DS18B20的精度很高，所以误差指标可以在0.5℃以内。另外，-55~+125℃的测温范围使得该温度计完全适合一般的应用场合，其低电压供电特性可做成用电池供电的手持温度计。
四、课程设计体会
本次的课程设计使我们进一步巩固了书本上的知识，做到了学以致用。这是我们第二次自己动手设计的电路，通过系统仿真软件protues和编译软件keil，使我们进一步了解了单片机的设计制作过程，其中最为困难的是软件部分，即编程部分，我们上网找了好多资料，虽然经过自己的修改，但还是有很多功能不能
实现，如温度上下限设置。由于protues并不是很熟练，在使用的过程中有很多原件的名称不知道，从而花费了大量的时间在网上查找，今后应该在这方面多多努力。最后一步的焊接硬件也遇到了不少麻烦，P0端口没有加上拉电阻，P1端口没有加电阻导致数码管不亮或者亮度不够。总结经验的时候我们得出这样的结论，学习应该学以致用，有目的的去学习，如果学了不用等于没学。其次，要学以致用，理论联系实际，这样才会取得事半功倍的效果。
附件 ：DS18B20温度计C程序 #include \"reg51.h\"
#include \"intrins.h\" #define Disdata P1 #define discan P3 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DQ=P3^7; sbit DIN=P1^7; uint h;
uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09}; // uchar code dis_7[12]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,0xbf};
/* 共阳LED段码表 \"0\" \"1\" \"2\" \"3\" \"4\" \"5\" \"6\" \"7\" \"8\" \"9\" \"不亮\" \"-\" */
uchar code scan_con[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; uchar data temp_data[2]={0x00,0x00}; uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
void delay(uint t) {
for(;t>0;t--); }
scan() {
char k;
for(k=0;k<4;k++) {
Disdata=dis_7[display[k]]; if(k==1){DIN=0;}
discan=scan_con[k];delay(90);discan=0xff; } }
ow_reset(void) {
char presence=1; while(presence) {
while(presence) {
DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ=0; delay(50); DQ=1; delay(6); presence=DQ; }
delay(45); presence = ~DQ; }
DQ=1; }
void write_byte(uchar val) {
uchar i;
for (i=8; i>0; i--) {
DQ=1;_nop_();_nop_();
DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DQ = val&0x01; delay(6); val=val/2; }
DQ = 1;
delay(1); }
uchar read_byte(void) {
uchar i;
uchar value = 0; for (i=8;i>0;i--) {
DQ=1;_nop_();_nop_(); value>>=1;
DQ = 0;
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
DQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); if(DQ)value|=0x80; delay(6); }
DQ=1;
return(value); }
read_temp() {
ow_reset(); write_byte(0xCC); write_byte(0xBE);
temp_data[0]=read_byte(); temp_data[1]=read_byte(); ow_reset();
write_byte(0xCC); write_byte(0x44); }
work_temp() {
uchar n=0; if(temp_data[1]>127)
{temp_data[1]=(256-temp_data[1]);temp_data[0]=(256-temp_data[0]);n=1;}
display[4]=temp_data[0]&0x0f;display[0]=ditab[display[4]]; display[4]=((temp_data[0]&0xf0)>>4)|((temp_data[1]&0x0f)<<4); display[3]=display[4]/100; display[1]=display[4]%100; display[2]=display[1]/10; display[1]=display[1]%10;
if(!display[3]){display[3]=0x0A;if(!display[2]){display[2]=0x0A;}} if(n){display[3]=0x0B;}//负温度时最高位显示\"-\" }
main() {
Disdata=0xff; discan=0xff;
for(h=0;h<4;h++){display[h]=8;} ow_reset(); write_byte(0xCC); write_byte(0x44); for(h=0;h<500;h++) {scan();} while(1) {
read_temp(); work_temp(); for(h=0;h<500;h++) {scan();} } }
实物图照片：
