数字式温度测量电路的设计

泰山职业技术学院毕业设计（论文）题目：数字式温度测量电路设计系部：汽车电子工程系专业：应用电子学号：***************职称：指导老师二OO 年月日泰山职业技术学院毕业论文（设计）任务书课题名称：数字式温度测量电路设计系部：汽车与电气工程系_________专业：应用电子_________________姓名：赵志广___________________学号：_________________________指导教师：刘勇_____________________二〇〇年月日摘要温度是一种最基本的环境参数，人们生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在工业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和控制具有重要的意义。

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18B20，单片机AT89S52，，四位共阴极数码管一个，电容电阻若干。

本次数字式温度测量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。

本论文首先是对其工作原理进行了叙述，然后对其各个电路进行分析与设计，最后完成整个系统的设计。

【关键词】数字式温度测量电路、单片机、AT89C52、温度传感器、DS18B20 Digital temperature measurement circuit designAuthor: Directed by:Abstract：The temperature is a basic environmental parameters of people's lives are closely related to the ambient temperature in industrial processes require real-time measurements of temperature, is also inseparable from the temperature measurement in industrial production of temperature measurement and control of importantsignificance.This is a simple and practical design small digital thermometer, the main components of the sensor 18B20 MCU AT89S52 is, four digital cathode tube one, capacitive resistance of certain The design of the digital temperature gauge is divided into five parts, the main controller, LED display, sensor parts, reset part of the clock circuit. Firstly, its working principle is described and its various circuit analysis and design, to finalize the design of theentire system.Key words：Microcontroller, AT89C52, temperature sensor, DS18B20第一章概述1.1 电路功能和组成数字式测量电路应具有下列基本功能；1、能把温度转换为成比列的模拟电信号（电流或电压等）。

2、把模拟电信号变换成数字信号。

3、最后用过数字电路（计数、译码和显示）直接指示出温度值。

根据上述基本功能的要求，可画出数字式测温电路的方框图，如图1所示。

它主要包括；温度变换处理器、A/D转换器和计数、译码、显示三大部分。

由图可以看出，在电路组成上数字式测温电路与其它数字式测量电路（比如数字式电压表等），有许多相同之处，差别仅在于测温电路多了温度变换和处理部分，这部分的作用是；1、要把温度（非电量）转换成与之成比例的电信号2、对转换后的电压进行线性化，零点校正等处理并加以放大。

图1 数字式温度测量电路组成框图同其它数字式测量电路一样，A/D转换器也是数字式测量电路的核心组成部分。

1.2 设计方案的考虑为了实现图1所示各方框的功能，可以有很多种不同的方法，设计时应根据不同的设计要求和具体的情况进行选择。

1、温度变换电路关键是确定温度传感器，常用的传感器有热电偶，铂电阻，半导体热敏电阻等。

它们有各自的性能和应用范围，比如热电偶适于高温测量（常用于500°C以上的温度范围）而热敏电阻比较低，常用于温度低于200°C的场合。

近年来集成温度传感器已被广泛采用。

它的主要优点是测温精度高，重复性好。

线性优良，使用方便且适于远距离传送。

不足之处是它的适用温度范围不是很宽。

电压放大电路应有高的共模仰制比、低噪声个高输入电阻、这样才能对传感器输出的微弱电压进行有效的放大，采用测量放大器电视最理想的方法。

2、A/D转换器利用V/F转换器实现A/D转换。

该方法的有点是转换精度高、电路简单、成本较和抗干扰能力强，尤其适于在转换速度不高又需要远距离信号传输的场合下应用。

3、计数、译码和显示电路这部分内容在数字电子电路课程中都已进行了详细的讨论，本设计电路也没有其它特殊要求，但应注意的是要在固定时间内对A/D转换后的数字量进行计数。

根据以上对组成功能块的初步讨论，可以画出温度测量电路较为详细的方框图，见图2所示，图中增加了一个控制门电路，由它产生一个门控信号（时序脉冲），只有在其脉冲宽度内才允许计数器计数，这样才能实现上述的在固定时间内对数字信号进行计数的要求。

为了实现精确的温度测量，要求这个门控信号的脉冲宽度要十分精确和稳定。

图2 数字式温度计组成方框图1.3 设计要求1、技术指标（1）测量范围：-50°C～+150°C 。

（2）测量精度：误差<0.2%。

（3）非线性度：<0.2%。

（1）主要部件采用中、大规模集成电路芯片。

（3）功耗小（<5W）2、设计内容（1）数字式温度计组成方框图，确定设计方案。

（2）分析各单元电路的工作原理和特性，并有必要的计算。

（3）说明主要集成电路芯片的功能、特点和基本工作原理。

（4）简述测量电路的调试方法。

（5）绘出完整的电路图。

（6）完成设计说明书第二章、软件设计1、系统总体方案设计本次课程设计采用的是protues软件仿真，用Keil软件进行编译。

Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它E DA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

软件部分由主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。

开始初始化调显示子程序得出温度总子程序返回图1 主程序流程2、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的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。

这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3-1所示。

3、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，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。

其程序流程图如图3-2所示图2读出温度子程序流程4、二进制转换BCD码命令子程序二进制转换BCD码命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。

二进制转换BCD码命令子程序流程图，如图4图4二进制转换BCD码流程图5、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，其程序流程图如图5所示。

图5测量温度流程图6、温度数据显示子程序显示数据子程序主要是对显示缓冲器中的示数据进行刷新操作，查表送段码至L ED，开位码显示，采用动态扫描方式。

7、实验仿真图6系统仿真图如图6所示，没有加上复位电路和时钟电路，这是protues的一个缺陷，在没有全部电路的情况下依然能够进行仿真。

调试结果分析：本次数字温度计能够比较精确的测量一般温度，测量范围是-55~160，并且能够测出小数。

8、系统原理图复位电路时钟电路P0口上拉电阻温度传感器第三章、源程序代码;************************************************* ;DS18B20的读写程序,数据脚P3.4 * ;显示数据通过P1口传输,P3.0控制小数位的显示 * ;P3.1控制个位的显示,P3.2控制十位的显示 * ;P3.3控制百位的显示,P3.1控制小数点的显示 * ;显示温度-55到+125度,显示精度为0.1度 *;显示采用4位LED共阴显示测温值 *;*************************************************TEMPER_L EQU 40H ;用于保存读出温度的低8位TEMPER_H EQU 41H ;用于保存读出温度的高8位FLAG1 EQU 38H ;是否检测到DS18B20标志位TEMPL EQU 30H ;用于保存读出正确温度值的低8位TEMPH EQU 31H ;用于保存读出正确温度值的高8位TEMPHC EQU 32H ;温度转换寄存器低8位TEMPLC EQU 33H ;温度转换寄存器高8位BUF1 EQU 34H ;显示缓冲寄存器小数位BUF2 EQU 35H ;显示缓冲寄存器个数位BUF3 EQU 36H ;显示缓冲寄存器十数位BUF4 EQU 37H ;显示缓冲寄存器百数位TEMPDIN BIT P3.4 ;数据脚定义DIN BIT P3.1 ;小数点控制;**********************************************ORG 0000H ;主程序入口地址AJMP MAIN ;转主程序ORG 0003H ;外中断0中断入口DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H;RETI ;跳至INTEX0执行中断服务程序 ORG 000BH ;定时器T0中断入口地址DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;RETI ;跳至定时器T0执行中断服务程序 ORG 0013H ;外中断1中断入口DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;RETI ;跳至INTEX1执行中断服务程序 ORG 001BH ;定时器T1中断入口地址DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;RETI ;中断返回（不开中断）ORG 0023H ;串行口中断入口地址DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;RETI ;中断返回（不开中断）;**********************************************;两位数码管来显示温度,显示范围00到99度,显示精度为1度;因为12位转化时每一位的精度为0.0625度,我们不要求显示小数所以可以抛弃29H 的低4位;将28H中的低4位移入29H中的高4位,这样获得一个新字节,这个字节就是实际测量获得的温度;无需乘于0.0625系数;**********************************************MAIN： MOV SP, #50H ;设置堆栈MOV P1, #0FFH ;LPTEMP:LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序LCALL CONVTEMP ;温度BCD码计算处理子程序LCALL DISPBCD ;显示区BCD码温度值刷新子程序MOV P0,TEMPLCMOV P2,TEMPHC;*************************************LCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序;*************************************AJMP LPTEMP ;循环;*************************************; 这是DS18B20复位初始化子程序;*************************************INIT_1820：SETB TEMPDINNOPCLR TEMPDIN ;主机发出延时537微秒的复位低脉冲MOV R1,#3TSR1： MOV R0,#107DJNZ R0,$DJNZ R1,TSR1SETB TEMPDIN ;然后拉高数据线NOPNOPNOPMOV R0,#25H ;延时TSR2： JNB TEMPDIN,TSR3 ;等待DS18B20回应DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ;DS1820不存在TSR3： SETB FLAG1 ;置标志位,表示DS1820存在CLR P3.7 ;检查到DS18B20就点亮P3.7LEDLJMP TSR5TSR4： CLR FLAG1 ;清标志位,表示DS1820不存在CLR P3.1LJMP TSR7TSR5： MOV R0,#117TSR6： DJNZ R0,TSR6 ;时序要求延时一段时间TSR7： SETB TEMPDIN ;结束RET;****************************************; 读出转换后的温度值;****************************************GET_TEMPER：SETB TEMPDIN ;LCALL INIT_1820 ;先复位DS18B20JB FLAG1,TSS2RET ;判断DS1820是否存在?若DS18B20不存在则返回TSS2： CLR P3.6 ;DS18B20已经被检测到!!MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ;发出温度转换命令LCALL WRITE_1820;*****************************************;这里通过调用显示子程序实现延时一段时间,等待AD转换结束,12位的话750微秒;*****************************************LCALL DISPLAY ;显示温度;*****************************************LCALL INIT_1820 ;准备读温度前先复位MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#0BEH ;发出读温度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200 ;将读出的温度数据保存到35H/36HRET;*******************************************;写DS18B20的子程序(有具体的时序要求);*******************************************WRITE_1820：MOV R2,#8 ;一共8位数据CLR C ;C清0SETB TEMPDIN ;/NOP ;/NOP ;/WR1： CLR TEMPDIN ;MOV R3,#6 ;延时DJNZ R3,$RRC A ;数据右移MOV TEMPDIN,C ;写入一位数据MOV R3,#23 ;延时DJNZ R3,$SETB TEMPDIN ;拉高数据端口NOPDJNZ R2,WR1 ;判断是否写完SETB TEMPDIN ;拉高数据端口RET;*************************************;处理温度BCD码子程序;*************************************CONVTEMP：MOV A,TEMPH ;ANL A,#80H ; 判断最高位JZ TEMPC1 ; 判断温度是否在零下？CLR C ; 温度值补码变成原码MOV A,TEMPL ;CPL AADD A,#01H ;MOV TEMPL,A ;MOV A, TEMPH ; -CPL A ;ADDC A,#00H ;MOV TEMPH,A ; TEMPHC HI=符号位MOV TEMPHC,#0BH ; 置"-"标志SJMP TEMPC11 ;TEMPC1: MOV TEMPHC,#0AH ; 置"+"标志不显示;**************************************TEMPC11: MOV A,TEMPHC ; 计算小数位温度BCD值SWAP AMOV TEMPHC,A ;MOV A,TEMPL ;ANL A,#0FH ; 乘0.0625MOV DPTR,#TEMPDOTTAB ;MOVC A,@A+DPTR ;MOV TEMPLC,A ; TEMPLC LOW= 小数部分 BCD ;**************************************MOV A,TEMPL ; 计算整数位温度BCD值ANL A,#0F0H ;SWAP A ;MOV TEMPL,A ;MOV A,TEMPH ;ANL A,#0FH ;SWAP A ;ORL A,TEMPL ;MOV TEMPER_L ,A ;//LCALL HEX2BCD1 ; 调用单字节十六进制转BCD子程序;************************************MOV TEMPL,A ;ANL A,#0F0H ;SWAP A ;ORL A,TEMPHC ; TEMPHC LOW = 十位数 BCDMOV TEMPHC,A ;MOV A,TEMPL ;ANL A,#0FH ;SWAP A ; TEMPLC HI = 个位数 BCDORL A,TEMPLC ;MOV TEMPLC,A ;MOV A,R7 ;JZ TEMPOUT ;ANL A,#0FH ;SWAP A ;MOV R7,A ;MOV A,TEMPHC ; TEMPHC HI = 百位数 BCDANL A,#0FH ;ORL A,R7 ;MOV TEMPHC,A ;TEMPOUT: RET ;;**************************************;小数部分分码表**************************************TEMPDOTTAB: DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06HDB 06H,07H,08H,08H,09H,09H ;*************************************;显示区 BCD 码温度值刷新子程序;**************************************;温度暂存器内的2字节中,高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一个字节, ;这个字节的二进制值转换为十进制后,就是温度值的百、十、个位值,而剩下的低字节化为;十进制后,就是温度值的小数部分.;**************************************DISPBCD:MOV A,TEMPLC ; 温度数据移入显示寄存器ANL A,#0FH ; 取低字节的低4位(小数部分)MOV BUF1,A ; 小数部分放入寄存器MOV A,TEMPLC ; 取低字节的高4位(个位数)SWAP A ;ANL A,#0FH ;MOV BUF2,A ; 个位数放入寄存器MOV A,TEMPHC ; 取高字节的低4位(十位数)ANL A,#0FH ;MOV BUF3,A ; 十位数放入寄存器MOV A,TEMPHC ; 取高字节的高4位(百位数)SWAP A ;ANL A,#0FH ;MOV BUF4,A ; 百位数放入寄存器MOV A,TEMPHC ;ANL A,#0F0H ;CJNE A,#10H,DISPBCD0 ; 百位数=0？SJMP DISPOUT ;;*************************************;最高位为0和正数的符号位都不显示;*************************************DISPBCD0： MOV A,TEMPHC ;ANL A,#0FH ;JNZ DISPOUT ; 十位数是0?MOV A,TEMPHC ;SWAP A ;ANL A,#0FH ;MOV BUF4,0AH ; 符号位不显示 MOV BUF3,A ; 十位数显示符号DISPOUT:：RET ;;*************************************;单字节十六进制转BCD;*************************************HEX2BCD1：MOV B,#100 ; 十六进制 ->BCD DIV AB ; B=A%100MOV R7,A ; R7=百位数MOV A,#10 ;XCH A,B ;DIV AB ; B=A%BSWAP A ;ORL A,B ;RET ;;*************************************;X8 表示第7位需要异或运算;X5 表示第4位需要异或运算;X4 表示第3位需要异或运算;1 表示第0位需要异或运算*************************************CRC8CAL： PUSH ACC ;MOV R7,#08H ;CRC8LOOP1： XRL A,B ;RRC A ;MOV A,B ;JNC CRC8LOOP2 ;XRL A,#18H ;CRC8LOOP： RRC A ;MOV B,A ;POP ACC ;RR A ;PUSH ACC ;DJNZ R7,CRC8LOOP1 ;POP ACC ;RET ;;******************************************;读DS18B20的程序,从DS18B20中读出9个字节数据;开始的两个字节为温度数据;******************************************READ_18200： MOV R4,#9 ; 将温度高位和低位从DS18B20中读出 MOV R1,#TEMPER_L ; 低位存入40H(TEMPER_L),高位存入41H(TEMPER_H) MOV B, #00H ;;************************************RE00： MOV R2,#8 ; 数据一共有8位RE01： CLR CSETB TEMPDIN ; 拉高数据端口NOPNOPCLR TEMPDIN ; 拉低数据端口NOPNOPNOPSETB TEMPDIN ;MOV R3,#9 ; 延时RE10： DJNZ R3,RE10 ;MOV C,TEMPDIN ; 读出数据MOV R3,#23 ; 延时RE20： DJNZ R3,RE20 ;RRC A ; 数据右移一位DJNZ R2,RE01 ; 是否读完一个字节?;************************************MOV @R1,A ;INC R1 ; 读下一字节LCALL CRC8CAL ; 数据验证DJNZ R4,RE00 ; 9字节数据是否读完?MOV A,B ; 验证数据放入A中JNZ READ_OUT ; 验证出错则不改变温度值MOV TEMPL,TEMPER_L ; 温度数据的低字节放入寄存器 MOV TEMPH,TEMPER_H ; 温度数据的高字节放入寄存器READ_OUT: RET;*****************************************;显示子程序;*****************************************DISPLAY:MOV DPTR,#NUMTAB ; 指定查表启始地址MOV R0,#4 ; 显示4位数据DP11: MOV R1,#20 ; 显示1000次DPLP:SETB P3.1 ; 小数点不亮MOV A,BUF4 ; 取百位数JZ LOOP0MOVC A,@A+DPTR ; 查百位数的7段代码 MOV P1,A ; 送出百位的7段代码 CLR P3.3 ; 开百位显示ACALL DL1ms ; 显示1msSETB P3.3 ; 关百位显示LOOP0: SETB P3.1 ; 小数点不亮 MOV A,BUF3 ; 取十位数MOVC A,@A+DPTR ; 查十位数的7段代码 MOV P1,A ; 送出十位的7段代码 CLR P3.2 ; 开十位显示ACALL DL1ms ; 显示1msSETB P3.2 ; 关十位显示MOV A,BUF2 ; 取个位数MOVC A,@A+DPTR ; 查个位数的7段代码 ADD A,#80HMOV P1,A ; 送出个位的7段代码 CLR P3.1 ; 小数点亮CLR P3.1 ; 开个位显示ACALL DL1ms ; 显示1msSETB P3.1 ; 关个位显示SETB P3.1 ; 小数点不亮MOV A,BUF1 ; 取小位数MOVC A,@A+DPTR ; 查小位数的7段代码 MOV P1,A ; 送出小位的7段代码 CLR P3.0 ; 开小位显示ACALL DL1ms ; 显示1msSETB P3.0 ; 关小数显示DJNZ R1,DPLP ; 250次没完循环DJNZ R0,DP11 ; 4个100次没完循环RET;****************************************;0.2MS延时(按12MHZ算);****************************************DL1MS: MOV R7,#100DJNZ R7,$RET;****************************************;7段数码管0～9数字的共阴显示代码;****************************************NUMTAB: DB 03FH,06H,05BH,04FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H,40H ;; "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-" ;****************************************END第四章、实验总结通过这次对数字式温度测量电路的设计分析，我了解了设计电路的程序，也让我了解数字式温度测量电路的原理与设计理念，也初步了解了温度控制电路的原理。