毕业论文-基于DS18B20数字温度传感器的数字温度计设计.doc

湖南理工职业技术学院
毕业设计任务书

毕业设计题目： 数字温度计设计与制作
题目类型 实验研究 题目来源 教师科研题
毕业设计时间从 2010-4-25 至 2010-5-25
1. 毕业设计内容要求：
本设计采用AT89C51作MCU(Micro Control Unit,微控制单元)，DS18B20作温度采
集芯片，四位数码管（或液晶屏）作显示电路，对环境温度进行测量并显示出来。接通
电源，数码管点亮先不显示温度数据，稍微延时，数码管显示当前环境温度，环境温度改变，数码管不延时随之变换显示数据，数码管显示温度范围为0.0℃--99.5℃，精度为0.5℃，每次温度变化以0.5℃跳变。

2.主要参考资料
[1]金龙国，陈萌， 李雪梅编 单片机原理与应用 中国水利水电出版社 2005年8月
[2]吴金戌等编 8051单片机实践与应用 清华大学出版社 2002年9月
[3]阎石等编 数字电子技术基础（第五版） 高等教育出版社 2006年5月

3.毕业设计进度安排
阶段
阶 段 内 容
起止时间
1
开讲个人选题报告
4.25-5.1
2
着手收集资料，并报送提纲审定
5.1-5.11
3
集中指导与个别指导，提交初稿审查
5.11-5.15
4
修改，经审稿后定稿交稿
5.15-5.25
5
答辩与鉴定
5.27-5.28

指导老师: 田拥军 教研室主任: 系主任:

[1]题目类型：(1)理论研究(2)实验研究(3)工程设计(4)应用研究(5)软件开发
[2]题目来源：(1)教师科研题(2)生产实际题(3)模拟或虚构题(4)学生自选题

目 录
摘 要 3
第一章 温度计硬件设计 4
1.1 温度计的硬件组成 4
1.1.1 设计总体框图 4
1.1.2 主控制器 4
1.1.3 温度传感器 5
1.1.4 数码管 6
1.2 原理图的设计与绘制 7
1.2.1 原理图的设计 7
1.2.2 原理图的绘制 7
1.2.3 PCB板的绘制 8
1.3 实物的制作 9
1.3.1 PCB板的制作 9
1.3.2 插件与焊接 9
第二章 温度计的软件设计 10
2.1 程序编写软件 10
2.2 程序设计思路 10
2-3 程序的编写 11
第三章 软件仿真与实物的检测、调试 16
3.1 软件仿真 16
3.2 实物的调试 17
设计结论 19
致 谢 20
参考文献 21
附 件 22
元件清单 22

摘 要
本设计是一种基于DS18B20数字温度传感器的数字温度计设计制作，本设计中的数字温度温度计是由MCU(Micro Control Un，微控制单元)、温度采集器、显示器三部分组成。MCU采用单片机AT89C51芯片，温度采集器采用DS18B20温度传感器，显示器采用四位数码管。BS18B20采集温度信号送单片机处理，单片机再把温度数据处理送数码管显示。单片机程序使用KeiluVision2编程软件编写程序，本设计采用单片机汇编语言编写程序。制作出的实物可以对环境温度进行实时测试并显示，显示温度范围0.0℃--99.5℃。精度为0.5℃。
关键词 DS18B20；单片机；数码管

第一章 温度计硬件设计
1.1 温度计的硬件组成
本设计中的数字温度计相对于传统温度计来说，测温范围广，读数方便，测温准确，硬件组成部分
·主控制器
·温度传感器
·数码管显示
1.1.1 设计总体框图
本设计中的数字温度计可以直接对环境温度进行测量并显示出来，设计方框图（图1-1），主控制器对温度信号处理并输出，时钟振荡给主控制器提供内部时序，单片机复位，温度传感器用于采集温度信号，数码管显示温度读数。

主 控 制 器

数码管显示

单片机复位

温度传感器

时钟振荡

图1-1 设计方框图
1.1.2 主控制器
本设计中以单片机AT89C51芯片(图1-2)作为主控制器 ,AT89C51是美国ATMEL公司生产的一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
性能参数:

26

·与MCS-51 兼容
　　·4K字节可编程闪烁存储器
　　·寿命：1000写/擦循环
　　·数据保留时间：10年
　　·全静态工作：0Hz-24MHz
　　·三级程序存储器锁定
　　·128×8位内部RAM
　　·32可编程I/O线
　　·两个16位定时器/计数器
　　·5个中断源
　　·可编程串行通道
　　·低功耗的闲置和掉电模式
　　·片内振荡器和时钟电路

图1-2 AT89C51引脚图

1.1.3 温度传感器
本设计中温度传感器采用DS18B20温度传感器(图1-3),该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
特征说明:
· 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯
· 每个器件有唯一的 64 位的序列号存储在内部存储器中
· 简单的多点分布式测温应用
· 无需外部器件
· 可通过数据线供电。供电范围为3.0V到5.5V。
· 测温范围为-55～＋125℃（－67～＋257℉）
· 在－10～＋85℃范围内精确度为±5℃
· 温度计分辨率可以被使用者选择为9～12位
· 最多在 750ms 内将温度转换为12 位数字
· 用户可定义的非易失性温度报警设置
· 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的
器件
· 与DS1822兼容的软件
· 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统
(c)
(b)
(a)

a.外观图 b.封装图 c.引脚排列图
图1-3 DS18B20S实物引脚图
1.1.4 数码管
本设计中的显示数码管采用的是四位数码管（图1-4,1-5），数码管共12个引脚，4个引脚为公共控制端，另外8个分别控制数码管上7段横线和小数点亮灭。

图1-4 四位数码管外观图
1.2 原理图的设计与绘制
1.2.1 原理图的设计
本设计中以AT89C51芯片作为MCU,需要加入复位电路和始终振荡电路,复位电路一般选用用RC复位电路,单片机内部有单独的振荡电路部份，不过为了得到稳定精准的频率，一般情况下需要外接一个晶振，与内部电路相连就可以正常工作，产生外接晶振标定频率的震荡频率，提供给单片机内部时序。
温度传感器采用DS18B20温度传感器,其独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯。
显示电路中采用共阳极的四位数码管显示，数码管4个公共控制端与AT89C51芯片之间需要加驱动电路,用以驱动数码管点亮,驱动电路中4.7KΩ电阻与PNP三极管(9012)基极串联,三极管集电极与200Ω电阻串连,三极管发射极接电源。数码管的8个控制显示字符脚与AT89C51之间需并联上拉电阻。上拉电阻可选用10KΩ排阻。
1.2.2 原理图的绘制

图 1-6 温度计原理图

本设计中原理图(图1-6)的绘制使用protel 99 se ,图中U1为AT89C51芯片,芯片18和19脚之间接一个11.0592MHz或12MHz晶振,晶振之后分接2个22pF瓷片电容,此处就是时钟振荡电路。9脚接一个电解电容,电解电容与一个电阻并联,并联电路一端接地，电路断电后使得单片机复位。U2表示DS18B20温度传感器，其3脚电源和2脚信号端之间并联一个4.7KΩ电阻，3脚接地。RP1为10KΩ排阻，AT89C51芯片P3口作为数码管输出端，P3.0--P3.78个端口分接数码管8个显示端引脚，RP1并联其间。芯片P1.0--P1.3共4个端口分接数码管4个公共控制端，控制端与P1端之间为数码管驱动电路，驱动电路中两种电阻可分选4.7KΩ和200Ω电阻，PNP型三极管可选购9012型号三极管。
1.2.3 PCB板的绘制
原理图绘制完成后，参照实物给予各器件合适封装，电气规则检查原理图无误，随后生成原理图网络表，进入protel 99 se PCB板绘制界面，导入已生成的网络表，将各元件按顺序排列好以手动布局，原则上以尽量减少交叉线为准，布局好之后，在设计规则中选择导线宽度，电源与接地导线都需要加宽，导线设置好后可选择自动布线或手动布线，布完线后添加焊盘加宽焊点，可以使实物制作时元件的焊接更加方便，如此一来PCB板（图1-7）就绘制完成

图1-7 温度计PCB板图
1.3 实物的制作
1.3.1 PCB板的制作
原理图与PCB板都绘制完成后，开始着手制作实物。首先制作PCB板，讲图1-7按照100%的比例打印到热转印纸上，图纸需打印在纸张光滑的一面，打印好后将图纸平铺在以打磨抛光好的PCB板上，将纸张固定，通过热转印机将纸张上的图形转印到PCB板上，转印好后检查是否有没转印到地方，这些地方可用字迹涂改液涂抹，涂抹完后可以开始腐蚀PCB板。将转印好的PCB板放入腐蚀机中，大概腐蚀100秒，将板上不用的铜箔腐蚀去，腐蚀好后，将板取出，清水冲洗掉腐蚀夜，这时板上除转印了油墨的地方，其他地方的铜箔均以腐蚀掉，再经由抛光机可将板上油墨出去。如在绘制PCB板时放置了焊盘，就可以用打孔机对照板上焊孔打孔，如之前没有放置焊盘，还需对照原图自己瞄点在打孔，打孔完成后，PCB板就制作完成，可以对照原图插放焊接元器件。
1.3.2 插件与焊接
PCB板制作完成后，开始元器件的安装与焊接，对照原理图和PCB图，将元件插放到对应位置，电阻、瓷片电容、晶振没有正负之分插放可以不考虑元件方向。电解电容，三极管，DS18B20温度传感器，排阻都有正负极性之分，插元件时要注意分清方向和极性，特别是三极管的基极、集电极和发射极要对照实物引脚插放，一旦插错引脚就会影响试验成功。AT89C51芯片和数码管可以先把与之对应的元件插槽插到PCB板上，不将它们固定在板上方便于之后的实物调试。所有元件插放好后，开始焊接固定，焊接时要注意焊接的时间，时间过长可能会将PCB板上的铜箔焊掉，影响电路的连接，焊点要求光滑美观，焊接完后减去元件过长引脚，以防引脚接触是电路断路，引脚剪完可用万用表检测电路是否短路，是否存在虚焊，电路是否连通。检查无误，实物（图1-8）做成后则可进入下一环节，对物件进行软件设计。

图1-8 实物图

第二章 温度计的软件设计
2.1 程序编写软件
本设计需要从硬件和软件两方面来完成设计，其中软件设计中程序的编写选择了KeiluVision2编程软件来完成。
2.2 程序设计思路
本设计的程序编写成功后，可使得AT89C51芯片能对温度传感器采集的温度信号进行处理，并通过输出端口输出与之对应的高低电平信号，控制数码管将当前环境温度显示出来。AT89C51芯片将高低电平信号转换为BCD码，就可以由数码管显示出数据，温度计程序的关键在于从DS18B20温度传感器中读出温度以及DS18B20内部温度数据转换，编程中主要语句应该用于描叙从DS18B20中读出温度信号。

图2-1 DS18B20操作流程图
2-3 程序的编写
确定编程的基本思路后，开始编写程序，编程课选用单片机C语言或汇编语言编程，本设计采用汇编语言，根据图2-1所示基本思路完成程序的编写：
;这是关于DS18B20的读写程序,数据脚P2.4,晶振12MHZ
;采用的是启东单片机开发板AY-MPU89S51E
;进行温度显示,这里我们考虑用四位数码管来显示温度
;显示范围0.0到+99.5度,显示精度为0.5度

;单片机内存分配申明
TEMPER_L EQU 29H ;用于保存读出温度的低8位
TEMPER_H EQU 28H ;用于保存读出温度的高8位
FLAG1 EQU 38H ;是否检测到DS18B20标志位
A_BIT EQU 20H ;数码管个位数存放内存位置
B_BIT EQU 21H ;数码管十位数存放内存位置
C_BIT EQU 22H ;数码管小数存放内存位置
ORG 0000H ;主程序开始
AJMP MAIN
ORG 0030H
MAIN:
CLR FLAG1 ;清所有标志位
LCALL INIT_1820 ;调用复位子程序
LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序
;因为12位转化时每一位的精度为0.0625度,我们由精度只要知道29H的低4位的最高位
;将28H中的低3位移入29H中的高4位的相应位，且最高位补0,这样获得一个新字节,这个字节就是实际测量获得的温度值整数部分
MOV R0,29H
MOV A,29H
MOV C,40H ;将28H中的最低位移入C,40H为位地址
RRC A
MOV C,41H
RRC A
MOV C,42H
RRC A
CLR C
RRC A
MOV 29H,A
LCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序
AJMP MAIN
;DS18B20复位初始化子程序
INIT_1820:
SETB P2.4
NOP
CLR P2.4
MOV R1,#2
LT1:
MOV R0,#150 ;主机发出延时600us的复位低脉冲
DJNZ R0,$
DJNZ R1,LT1
SETB P2.4 ;然后拉高数据线15-60us
MOV R1,#8
DJNZ R1,$
MOV R0,#22
LT2:
JNB P2.4,LT3 ;等待DS18B20回应
DJNZ R0,LT2
LJMP LT4
LT3:
SETB FLAG1 ;置标志位,表示DS1820存在
LJMP LT5
LT4:
CLR FLAG1 ;清标志位,表示DS1820不存在
LJMP LT7
LT5:
MOV R0,#210
LT6:
DJNZ R0,LT6 ;时序要求延时一段时间约420us
LT7:
SETB P2.4
RET
;读出转换后的温度值
GET_TEMPER:
JB FLAG1,GT2
RET ;判断DS1820是否存在?若DS18B20不存在则返回
GT2:
MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配
LCALL WRITE_1820
MOV A,#44H ;发出温度转换命令
LCALL WRITE_1820
LCALL D1MS ;延时一段时间,等待AD转换结束
LCALL INIT_1820 ;准备读温度前先复位
MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配
LCALL WRITE_1820
MOV A,#0BEH ;发出读温度命令
LCALL WRITE_1820
LCALL READ_1820 ;将读出的温度数据保存到28H/29H
RET
;写DS18B20的子程序，写一个字节
WRITE_1820:
MOV R2,#8 ;一共8位数据
CLR C
WR1:
CLR P2.4 ;写开始至少1us低电平，此处约12us
MOV R3,#5 ;在写开始15us之前要读入数据，也即在写"1"时要在启动后15us内
DJNZ R3,$ ;拉高数据线，而写"0"还是"0"，此处12us后数据线拉高(写"1"时)
RRC A
MOV P2.4,C
MOV R3,#25 ;延时15us-60us让DS18B20采样数据线，此处延时约51us
DJNZ R3, ;注意写"0"过程总持续时间要为60us-120us，开始延时12us，这里延时51us，总共约63us
SETB P2.4
NOP
DJNZ R2,WR1 ;8位数据是否写完
SETB P2.4
RET
;读DS18B20的子程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据
READ_1820:
MOV R4,#2 ;将温度高位和低位从DS18B20中读出
MOV R1,#29H ;低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H)
RE1:
MOV R2,#8 ;数据一共有8位
RE2:
CLR C
SETB P2.4
NOP
NOP ;读开始低电平延时至少1us，这里延时2us
CLR P2.4
NOP
NOP
NOP
SETB P2.4 ;设为数据输入
MOV R3,#5 ;延时10us
DJNZ R3,$
MOV C,P2.4 ;读与写一样，启动后15us之前读入数据，这里延时13us后读入数据
MOV R3,#25 ;延时50us，保证读总过程持续60us，这里总过程约63us
DJNZ R3,$
RRC A
DJNZ R2,RE2 ;8位数据是否读完？
MOV @R1,A
DEC R1 ;读完存缓冲区，缓冲区地址减1
DJNZ R4,RE1 ;两字节温度值是否读完，读完则返回，否则继续
RET
;显示子程序
DISPLAY:
MOV P3,#0FFH
MOV A,29H ;将29H中的十六进制数转换成10进制
MOV B,#10 ;16进制/10=10进制
DIV AB
MOV B_BIT,A ;十位在a
MOV A_BIT,B ;个位在b
MOV A,R0 ;精度0.5度
JNB ACC.3,DL1
MOV C_BIT,#5
AJMP DL2
DL1:
MOV C_BIT,#0
DL2:
MOV DPTR,#NUMTAB ;指定查表启始地址
MOV R0,#2
S1:MOV R1,#50
S2:MOV A,C_BIT ;取十分位数
MOVC A,@A+DPTR ;查十分位数的7段代码
MOV P3,A ;送出十分位的7段代码
CLR P1.2 ;开十分位显示
CLR P1.3
ACALL D1MS
SETB P1.2
SETB P1.3
MOV P3,#0FFH
MOV A,A_BIT ;取个位数
MOVC A,@A+DPTR ;查个位的7段代码
MOV P3,A ;送出个位的7段代码
CLR P3.7
CLR P1.1 ;开个位显示
ACALL D1MS
SETB P1.1
MOV P3,#0FFH
MOV A,B_BIT ;取十位数
MOVC A,@A+DPTR ;查十位数的7段代码
MOV P3,A ;送出十位的7段代码
CLR P1.0 ;开十位显示
ACALL D1MS
SETB P1.0
MOV P3,#0FFH
DJNZ R1,S2
DJNZ R0,S1
RET
;1MS延时(按12MHZ算)
D1MS:
MOV R6,#10
L:
MOV R7,#49
DJNZ R7,$
DJNZ R6,L
RET
;7段数码管0～9数字的共阳显示代码
NUMTAB: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H, 92H, 82H, 0F8H, 80H, 90H
END

第三章 软件仿真与实物的检测、调试
3.1 软件仿真
程序编写完成后，编译通过无错误，可以由KeiluVision2软件生成后缀为.HEX的文件，仿真软件选用proteus7.4软件。先用仿真软件画出仿真图（图3-1），仿真图与原理图相似，仿真图画好后，鼠标双击图上AT89C51芯片，在出现的对话框中选择

图 3-1 仿真静态图
Program File栏，点击选择用KeiluVision2软件编写程序生成的.HEX文件。在点击仿真软件运行，就可以通过仿真看到实物效果（图3-2，3-3），点击DS18B20上的“+”和“-”可以模拟温度升高和降低，DS18B20上的数据改变，数码管显示的内容与其保持一致，同步变化则说明仿真实验成功。

图3-2 DS18B20仿真图

图3-3 仿真运行图
3.2 实物的调试
软件仿真成功后，可以进行实物的调试，制作实物时AT89C51只是焊接了与之封装对应的芯片插槽，这时便于拆取芯片烧录程序，同样将后缀为.HEX的文件烧录到芯片中，将芯片和数码管装好，接通5V电源，数码管就会显示当前环境温度数值（图3-4），环境温度低于人体温度时，用手夹住DS18B20温度传感器，可看到数码管数值在增加，松开手，数码管显示数值又会慢慢减小直到恢复当前环境温度数值。

图3-4 温度计实物显示图
设计结论
经过一个月的毕业设计，基本完成了设计要求的内容，做出了一个简易的数字温度计，本设计中所采用的DS18B20温度传感器是之前学习中没有接触过器件，通过此次设计，理解了DS18B20的工作原理，明白了温度传感器与单片机芯片之间的数据传输和数据转换。设计中进一步的熟悉了protel 99 se画图软件和KeiluVision2编程软件，并且学会使用proteus7.4仿真软件，为理论设计的准确性停工了更多的保证。在原理图的绘制过程中芯片与其它器件之间不仅仅是简单的导线连接，数码管需要加驱动电路和上拉电阻。仿真时仿真图的内容要与实物所包含器件一致，这样仿真的效果才是最好最接近实际效果。在实物制作工程中，见到了以前没见过的实物器件，自己亲自采买元件，了解市场行情。在PCB板的制作中更是收获良多，全过程自己动手，对实物电路理解更深刻。

致 谢

参考文献
[1]金龙国，陈萌， 李雪梅编 单片机原理与应用 中国水利水电出版社 2005年8月
[2]吴金戌等编 8051单片机实践与应用 清华大学出版社 2002年9月
[3]阎石等编 数字电子技术基础（第五版） 高等教育出版社 2006年5月

附 件
元件清单
表一：元件清单表
元件名称
元件数值
元件个数
AT89C51

1
DS18B20

1
数码管
四位共阳极
1
瓷片电容
22pF
2
电解电容
1uF
1
排阻
10KΩ
1
晶振
11.0592MHZ
1
PNP三极管
9012
3
按钮开关

1
芯片插槽
40脚
2
电阻
1KΩ
1
4.7KΩ
5
200Ω
5

湖南理工职业技术学院
毕业设计(论文)成绩评定表

班级 ： 姓名 ： 成绩 ：
毕业设计（论文）题目：

指导老师评语：

指导老师建议成绩：

指导老师签名：

评审意见：

评审人签名：

毕业设计（论文）答辩评语及成绩：

专业毕业设计（论文）
答辩小组组长签名：

审查意见：

负责人签名：

请删除以下内容，O(∩_∩)O谢谢！！！There is a lso evidence of a higher proportion of perinatal complications (complications arising around the time of giving birth) among children with autistic symptoms. These complications include maternal bleeding after the first trimester and meconium in the amniotic fluid. (Meconium is a substance that accumulates in the bowel of the developing fetus and is discharged shortly after birth.) Some evidence suggests that the use of medications during pregnancy may be related to the development of autistic symptoms. As newborns, children with autistic behaviors show a higher rate of respiratory illness and anemia than healthy children. ALLERGIES, INFECTIONS, AND IMMUNIZATIONS. Some professionals believe that autistic disorders may be caused by allergies to particular fungi, viral infections, and various foods. No controlled studies have supported these beliefs, but some parents and professionals report improvement when allergens and/or certain foods are eliminated from the diet. Viral infections of the mother, such as rubella, or of the young child, such as encephalitis, mumps, and measles, occasionally appear to cause autistic disorders. The issue is not how hazardous boxing is but whether the hazards are acceptable. The term "autism" refers to a cluster of conditions appearing early in childhood. All involve severe impairments in social interaction, communication, imaginative abilities, and rigid, repetitive behaviors. To be considered an autistic disorder, some of these impairments must be manifest before the age of three. The reference book used by mental health professionals to diagnose mental disorders is the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders , also known as the DSM. The 2000 edition of this reference book (the Fourth Edition Text Revision known as DSM-IV-TR ) places autism in a category called pervasive developmental disorders . All of these disorders are characterized by ongoing problems with mutual social interaction and communication, or the presence of strange, repetitive behaviors,interests, and activities. People diagnosed with these disorders are affected in many ways for their entire lives. Description Each child diagnosed with an autistic disorder differs from every other, and so general descriptions of autistic behavior and characteristics do not apply equally to every child. Still, the common impairments in social interaction, communication and imagination, and rigid, repetitive behaviors make it possible to recognize children with these disorders, as they differ markedly from healthy children in many ways. Many parents of autistic children sense that something is not quite right even when their children are infants. The infants may have feeding problems, dislike being changed or bathed, or fuss over any change in routine. They may hold their bodies rigid, making it difficult for parents to cuddle them. Or, they may fail to anticipate being lifted, lying passively while the parent reaches for