项目编号：大学生课外开放实验校级普通项目实验报告立项时间：项目名称：数显温度计的设计与制作学生姓名：指导教师：学院：完成时间：2014.5设备与实验室管理处制0. 引言单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛地应用于工业控制，智能仪器仪表，机电一体化产品，家用电器等各个领域。

“单片机原理与应用”在工科院校各专业中已作为一门重要的技术基础课而普遍开设。

学生在课程设计，毕业设计,科研项目中会广泛应用到单片机知识，而且，进入社会后也会广泛接触到单片机的工程项目。

鉴于此，提高“单片机原理及应用”课的教学效果，让学生参与课程设计实习甚为重要。

单片机应用技术涉及的内容十分广泛，如何使学生在有限的时间内掌握单片机应用的基本原理及方法，是一个很有价值的教学项目。

为此，我们进行了“单片机的学习与应用”方面的课程设计，锻炼学生的动脑动手以及协作能力。

单片机课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路，电路，单片机的原理及应用课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课设任务、软件设计，硬件设计，调试和编写课设报告等实践内容。

通过此次课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握单片机课程的试验、设计方法，即学生根据设计要求和性能约束，查阅文献资料，收集、分析类似的相关题目，并通过元器件的组装调试等实践环节，使最终硬件电路达到题目要求的性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础，毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。

第三，培养学生勤于思考乐于动手的习惯，同时通过设计并制作单片机类产品，使学生能够自己不断地学习接受新知识（如在本课设题目中存在智能测温器件DS18B20，就是课堂环节中不曾提及的“新器件”），通过多人的合作解决现实中存在的问题，从而不断地增强学生在该方面的自信心及兴趣，也提高了学生的动手能力，对学生以后步入社会参加工作打下一定良好的实践基础。

1.设计意义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：●硬件电路复杂；2●软件调试复杂；●制作成本高。

本数字温度计设计采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55～125℃，最高分辨率可达0.0625℃。

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热点。

2.实验目的了解DS18B20数字式温度传感器的工作原理。

利用DS18B20数字式温度传感器和微机实验平台实现数字温度计。

学习并掌握单片机编程原理。

设计并制作出数字温度计测温范围在-55～125℃，误差在±0.5℃以内，采用LED数码管直接读显示。

3.实验原理3.1 DS18B20测温原理3.1.1 DS18B20结构简介DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。

DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

温度测量范围为-55～+125 摄氏度，可编程为9位～12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。

被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

3.1.2 DS18B20性能特点●独特的单线接口方式，DS18B20在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；34 ●DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；●DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；●适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电;；●温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；●零待机功耗；●可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；●在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快；●用户可定义报警设置；●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；●测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；图 1 外部封装形式图 2 传感器电路图●负电压特性，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。

以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图 1 所示，DQ 为数据输入/输出引脚。

开漏单总线接口引脚。

当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。

当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

其电路图 2 所示。

3.1.3 DS18B20使用中注意事项较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20温度传感器与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格地保证读写时序，否则将无法读取测温结果。

在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS18B20操作部分最好采用汇编语言实现。

在DS18B20温度传感器的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。

连接DS18B20温度传感器的总线电缆是有长度限制的。

在采用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。

在DS18B20温度传感器测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。

测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一对线接VCC 和地线，屏蔽层在源端单点接地。

3.2 AT89S51简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k Bytes ISPIn-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

5图3 AT89S51引脚图AT89S51的引脚图如图3所示，其主要性能特点如下：1、4k Bytes Flash片内程序存储器；2、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；4、2个中断优先级、2层中断嵌套中断；5、5个中断源；6、2个16位可编程定时器/计数器；7、2个全双工串行通信口；8、看门狗（WDT）电路；9、片内振荡器和时钟电路；10、与MCS-51兼容；11、全静态工作：0Hz-33MHz；12、三级程序存储器保密锁定；13、可编程串行通道；14、低功耗的闲置和掉电模式。

AT89S51具有完整的输入输出、控制端口、以及内部程序存储空间。

与我们通常意义上的微机原理类似，可以通过外接A/D，D/A转换电路及运放芯片实现对传感器传送信息的采集，且能够提供以点阵或LCD液晶及外接按键实现人机交互，能对内部众多I/O端口连接6步进电机对外围设备进行精确操控，具有强大的工控能力。

4.实验内容本设计采用单片机对温度信息进行采集、处理并以数字形式显示，以其测量精度高，测温范围广，操作简单、运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量。

根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89S51为测温系统的核心来完成数据采集、处理、显示等功能。

硬件系统由DS18B20组成的测温模块、双电源供电的信号调理放大模块、A/D转换模块、AT89S51控制模块、液晶显示模块和供电模块组成。

实验原理图如图4。

图4 实验原理图该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20组成的测温电路把所测得的温度信息经过放大、模/数转换发送到AT89S51单片机上，经过51单片机处理，将把温度信息在显示电路上显示，本系统显示器为点阵字符LCD1602液晶模块。

检测范围—200.0摄氏度到+200.0摄氏度。

5.实验步骤5.1硬件设计与制作5.1.1硬件系统概述7本实验硬件系统由单片机最小系统，温度传感器，显示电路等组成，以AT89S51作为主控系统。

显示电路采用LCD1602液晶显示模块芯片组成，可进行多行显示。

温度传感器由DS18B20测温器件组成，该器件主要功能有：采用单线总技术；每只DS18B20具有独立的不可修改的64位序列号；低压供电，电压范围为3—5V，测温范围为-20℃-﹢125℃，误差为0.5℃。

复位电路是由10K电阻构成的上电自动复位。

5.1.2主控电路主控系统由AT89S51，晶振电路（如图5），复位电路（如图6）等组成。

其中AT89S51的21～28管脚连接1602液晶显示器的7～14管脚。

AT89S51的18,19管脚接晶振电路，管脚9接复位电路，管脚17接测温电路。

图5 晶振电路图6 复位电路5.1.3显示电路图7 液晶显示电路8本实验显示电路采用LCD1602液晶显示模块芯片，该芯片克实现16x2个字符，比以前的七段数码管LED显示器在显示字符上的数量要多得多，另外，由于1602芯片编程比较简单，界面直观，更加易于使用和观测。

5.1.4温度传感器本实验温度传感器采用的是DS18B20,DS18B20数字温度传感器接线方便，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。