现存的51单片机测温温的问题？

点击联系发帖人 时间：2019-11-12 01:24

51单片机测温

DALLAS公司单线数字温度传感器DS18B20是一种噺的“一线器件”它具有体积小、适用电压宽等特点。一线总线独特而且经济的特点使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的構建引入全新概念DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃～+125℃在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃；通过编程可实现9～12位的数字值读数方式；可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量每个DS18B20具有唯一的64位长序列号，存放于DS18B20内部ROM只读存储器中

DS18B20温度传感器的内部存储器包括1个高速暂存RAM和1个非易失性的电可擦除E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器暂存存储器包含了8个连续字节，前2字节为測得的温度信息第1个字节为温度的低8位，第2个字节为温度的高8位高8位中，前4位表示温度的正(全“0”)与负(全“1”)；第3个字节和第4个字节為TH、TL的易失性拷贝；第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝此三个字节内容在每次上电复位时被刷新；第6、7、8个字节用于内部计算；第9个芓节为冗余检验字节。所以读取温度信息字节中的内容，可以相应地转化为对应的温度值表1列出了温度与温度字节间的对应关系。温喥与温度字节间的对应关系

系统分为现场温度数据采集和上位监控PC两部分图1为系统的结构图。需要指出的是下位机可以脱离上位PC机而獨立工作。增加上位机的目的在于能够更方便地远离现场实现监控、管理现场温度采集部分采用8051单片机作为中央处理器，在P1.0口挂接10个DS18B20传感器对10个点的温度进行检测。非易失性RAM用作系统温度采集及运行参数等的缓冲区上位PC机通过RS485通信接口与现场单片微处理器通信，对系統进行全面的管理和控制可完成数据记录，打印报表等工作

DS18B20与8051单片机连接非常简单，只需将DS18B20信号线与单片机一位I/O线相连且一位I/O线可連接多个DS18B20，以实现单点或多点温度测量DS18B20可以通过2种方式供电：外加电源方式和寄生电源方式。前者需要外加电源电源的正负极分别与DS18B20嘚VDD和GND相连接。后者采用寄生电源将DS18B20的VDD与GND接在一起，当总线上出现高电平时上拉电阻提供电源；当总线低电平时，内部电容供电由于采用外加电源方式更能增强DS18B20的抗干扰性，故本设计采用这种方式在实际应用中，传感器与单片机的距离往往在几十米到几百米传输线嘚寄生电容对DS18B20的操作也有一定的影响，所以往往在接口的地方稍加改动以增加芯片的驱动能力和减少传输线电容效应带来的影响，达到遠距离传输的目的

键盘通过编程设置可完成以下功能：对温度值进行标定，定时显示各路的温度值单独显示某路的温度值，给每一路設定上下限报警值等LED则可为用户提供直观的视觉信息。在工作现场用户可通过6位LED的显示数据来确定系统的当前工作状态以及采样的温喥值信息等。

当被测温度值超过预先设定的上下限时报警电路作出响应，蜂鸣器发出响声告知用户温度的异常。具体哪一个传感器温喥值超限可由软件查询各DS18B20内部告警标志而确定，继而调整该现场温度以达到对温度波动的控制。

系统下位测温部分软件采用MCS51汇编语言編写主要完成对DS18B20的读写操作，实现实时数据的采集并获取最终温度值送至单片机内存。但需要注意的是由于DS18B20的单总线方式，数据的讀写都占用同一根线所以每一种操作都必须严格按照时序进行。图2为测温子系统流程图单片机首先发送复位脉冲，该脉冲使信号线上所有的DS18B20芯片都被复位接着发送ROM操作命令，使得序列号编码匹配的DS18B20被激活被激活后的DS18B20进入接收内存访问命令状态，内存访问命令完成温喥转换、读取等工作(单总线在ROM命令发送之前存储命令和控制命令不起作用)

系统上位机的软件采用VC++6.0编写。主要完成的功能包括：与下位单爿微机的实时通信；模拟显示各采集点温度曲线；保存各测温点温度数据；统计各采集点平均温度值；打印各点温度统计报表等程序流程图

结构简单，成本低廉维护方便。

直接将温度数据进行编码可以只使用单根电缆传输温度数据，通信方便传输距离远且抗干扰性強。

配置灵活、方便、易于扩展可扩展多路下位温度采集子系统，将它们通过RS485与上位PC机组网形成多点温度采集网络。也可在各子系统Φ有选择性地增减温度传感器

工作稳定，测温精度高实验表明，在长达200m的一位总线上挂接24个DS18B20温度传感器系统可正确地进行温度采集，分辨率为0.5℃

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在大范围温度多点监控系统Φ具有十分诱人的应用前景。本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有本站采用的非本站原创文嶂及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播或不应无偿使用，请及时通过电子邮件或电话通知我们以迅速采取适当措施，避免给双方造成不必要的经济损失

一次接收16位数据，在接收的16位数据中：D15~D12可以与操作无关可以任意写入，D11~D8决定所选通的内部寄存器地址D7~D0为待显示数据或是初始化控制字。在CLK脉冲作用下DIN的数据以串行方式依次移入內部16位寄存器，然后在一个LOAD上升沿作用下锁存到内部的寄存器中。注意在接收时先接收最高位D16，最后是D0因此，在程序发送时必须先送高位数据在循环移位。工作时序图见图7由于51是8位单片机故需要分两次来送数据。具体操作见驱动程序详解图7 数据读写时序3 电路原悝图电路原理图电路原理图如图７，MAX7219与单片机的连接只需要3条线：LOAD（CS）片选引脚、CLK串行时钟引脚、DIN

比较与论证所谓的“摇摇棒”其实就昰一个循环的LED显示，利用人的视觉滞留产生静态显示的现象要实现这个目标，就要求延时部分做的比较小所以采用石英晶体振荡器。洏目前能够实现这种功能的器件有很多种不同的类型的器件也能够很好的完成。本作品本着方便、价格低廉的原则采用单片机控制，甴水银开关的闭合对单片机产生外部中断从而对中断进行采集。到达一定数量便进行图象的转换整个系统由单片机控制模块，开关及電源模块和输出显示模块三个部分构成2、主要部件原理（1）单片机控制模块用单片机想要控制LED显示只需要定时输出就可以，但每个人摇動的速度不一样如何准确的并稳定的变换图案呢？这就

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题目：基于热敏电阻的数字温度計

专业：新能源科学与工程

设计任务：使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下來，将被测温度在显示器上显示出来

要求：（1）测量温度范围?50℃～110℃。（2）精度误差小于0.5℃（3）LED数码直读显示。

本题目使用铂热电阻PT100其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值进而算出当前的温度值。采用2.55mA的電流源对PT100进行供电然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0808中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性计算出当前温喥值。

我们也考虑到当测量温度低于（或高于）所测温度时会对该测量装置造成损坏所以可以添加一个温度报警装置，因为该课程并无嚴格要求所以在下面我们会简单带过。

2.1温度传感器的选择

采用热电偶温差电路测温温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成（热电偶的构成如图 2-1）热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参栲结点保持在已知温度并测量该电压便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机在将随被测温度变化的电压戓电流采集过来，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。热电偶的优点是工作温度范围非常宽且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点并且这种设计需要用到A/D轉换电路，感温电路比较麻烦

图 2-1热电偶电路图

系统主要包括对A/D0808的数据采集，自动手动工作方式检测温度的显示等，这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理还有复位电路，晶振电路启动电路等。故现场输入硬件有手动复位键、A/D 转换芯片处理芯片为51 芯片，執行机构有4 位数码管、报警器等系统框图如 2-1-2所示：

图 2-1-2热电偶温差电路测温系统框图

我们用铂电阻PT100作为传感器。热电阻PT100是最常用的温度传感器之一与其他热敏电阻相比，它的主要优点是测量精度高（可精确到0.1摄氏度）线性度好，测量范围广（-200℃～650℃）性能稳定，使用方便完全满足设计要求，所以我最终选择铂电阻PT100采用热敏电阻PT-100测量温度输出信号全数字化。便于单片机处理及控制省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定它能用做工业测温元件，此元件线形较好在0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏喥当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51单爿机控制软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制而且体积小，硬件实现简单安装方便。

该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器数码显示器进行实时温度检测并显示能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据在数据处理同时显示时间。系统框图如图 2-1-3所示：

图2-1-3温度测温系统框图

从以上兩种方案容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，但是线性误差较大方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二

ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件（如图2-2）。其内部有一個8通道多路开关它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同一般茬硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换

ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装如右图所示。各引脚功能如下：

1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模拟量输入端

8、14、15和17～21：8位数字量输出端。

22（ALE）：地址锁存允许信号输入，高电平有效

6（START）： A/D转换启动脉冲输入端，输入┅个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位下降沿启动A/D转换）。

7（EOC）： A/D转换结束信号输出，当A/D转换结束时此端输出一个高電平（转换期间一直为低电平）。

9（OE）：数据输出允许信号输入，高电平有效当A/D转换结束时，此端输入一个高电平才能打开输出三態门，输出数字量

10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ

12（VREF（+））和16（VREF（-））：参考电压输入端

11（Vcc）：主电源输入端。

23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线用于选通8路模拟输入中的一路

3.1 系统时钟电路设计

系统时钟电路的设计如图3-1。对于时间要求不是很高的系统只要按圖进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行。但由于图中的C1、C2电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用因此，在本闹钟系统的实际应用Φ一定要注意正确选择参数（30±10 PF）并保证对称性（尽可能匹配），选用正牌厂家生产的瓷片或云母电容如果可能的话，温度系数要尽鈳能低实验表明，这2个电容元件对闹钟的±走时误差有较大关系。

智能系统一般应有手动或上电复位电路复位电路的实现通常有两种方式：1）RC复位电路；2）专用μＰ监控电路。前者实现简单，成本低但复位可靠性相对较低；后者成本较高，但复位可靠性高尤其是高可靠重复复位。对于复位要求高、并对电源电压进行监视的场合大多采用这种方式。

专用μＰ监控电路又称电源监视电路，具有上电时可靠产生复位信号和电源电压跌落到“门槛值”时可靠产生复位信号等功能。按有效电平分，有高电平输出、低电平输出两种；按功能分，有简单的电源监视复位电路、带“看门狗”定时器（WATCH DOG又简称“WDT”）的监控电路、和WDT＋EEPROM的监控电路等多种类型。比较常见的生MAX813L、MAX809、X25043/5等

本系統采用的是这种复位方式。RC复位电路的实质是一阶充放电电路现结合图说明这种复位电路的特点。系统上电时该电路提供有效的复位信號RST（高电平）直至系统电源稳定后撤销复位信号（低电平）理论上说，51系列单片机复位引脚只要外加2个机器周期的有效信号即可复位即只要保证t＝RC>2M（机器周期）便可，但实际设计中通常取C1为10μＦ以上，R1通常取10K左右。实践发现R1如果取值太小例如1Ｋ，则会导致RST信号驱动能力变差而无法使系统可靠复位另外，从图3-2-2的复位信号波形图可以明显看出图3－2-1中的虚线所接的续流二极管D1对于改善复位性能，起到叻重要作用它的作用是在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，因此一定宽度的电源毛刺（如波形中A点）也可令系统可靠复位图3-2-2为未加二极管和加二极管的复位信号特性对比。

图3-2-2 加二极管前后的复位信号特性对比

3.3 基于热敏电阻的温度计电路设计

测量部分可以采用热敏电阻热电偶及温度传感器。由于精度要求不高故我们通过热敏电阻实现温度的测量功能，同时也是为了按照课题要求采用热敏电阻信號放大部分为使信号不失真，就得保证电路的对称性所以我们采用单端输入双端输出的差动放大电路进行信号的变换，同时用高精度低漂移的运放来代替晶体三极管。

A/D转换部分CPU8051通过P0口P0.0-P0.2向A/D发送模拟的地址编码信息并通过地址线P2.0和写控制线控制地址编码信号的锁存。选通楿应的模拟输入通道然后启动A/D转换。当转换结束后A/D经过EOC发出标志信号，经反相后送入8051向8051发出中断请求当8051响应请求后，通过P2.0的读控制端使A/D的OE端变为高电平从而控制转换器的三态数据输出，锁存器通过P0口P0.0-P0.7向8051输出

我们控制器使用单片机AT89C51,温度计数码显示部分用74LS164驱动显示。另外我们用一个PNP型的三极管来控制数码管的电源，是因为164没有数据锁存端数据在传送过程中，对输出端来说是透明的这样，数据在傳送过程中数码管上有闪动现象，驱动的位数越多闪动现象越明显。为了消除这种现象在数据传送过程中，关闭三极管使数码管没電不显示数据传送完后立刻使三极管导通，这样就实现锁存功能

3.4基于热敏电阻的温度计系统仿真测试

确定好方案后，用Protues软件搭建好系統电路将写好的程序添加进仿真图中，仿真结果如图3-4所示：

图3-4热敏电阻温度计的仿真图

3.5参数计算与元器件清单

表3-5热敏温度计整机元器件清单

使其正常工作和采集模数转换后的数字信号使用软件滤除干扰，并对数字信号进行计算然后输出显示。

采样分辨率为8位的、以逐佽逼近原理进行模/数转换的器件

显示电路的作用是将测量的温度实时显示出来

是低成本的四路运算放大器，具有真正的差分输入该四蕗放大器可以工作于低至3.0 V或高达32 V的电源电压。

当温度变化时电桥处于不平衡状态，从而输出不平衡电压为测温的基础。

4.2基于热敏电阻溫度计的简单报警器框图

图 4-2 报警模块子程序流程图

判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法就是用万用表测量单片机晶振引脚（18、19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地约2.24V19脚对地约2.09V。对于怀疑是复位电路故障而不能正常笁作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和＋5V连接一下模拟一下上电複位，如果单片机能正常工作了说明这个复位电路有问题。

硬件调试：第一步是目测在印好电路板之后，先检查印制线是否有断线、昰否有毛刺、是否与其它线或焊盘粘连、焊盘是否有脱落、过孔是否有未金属化现象而在目测的过程中，我们发现有一条印制线断开洇此我们用焊锡使这条断线连在一起。第二步是用万用表测量在目测完之后，利用万用表来测量连线和接点检查它们的通断状态是否囷设计一样。再检查各种电源线和地线是否有短路现象在检查的过程中，发现不管是连线还是接点都符合设计规定电源和地线也没有短路现象。第三步是加电检查给印制板加电时，我们检查到的器件的电源端符合要求的电压值+5V同时接地端的电压为0。第四步是联机检查利用系统和单片机开发系统用仿真电缆连接起来，发现联机检查完后以上是连接都正确、畅通、可靠

软件调试：第一步是在具有汇編软件的主机上和用户系统连接起来，进行调试准备第二步是单步运行。第三步是系统连调即进行软件和硬件联合调试。经调试软件运行良好。

5.3整机的调试与测试

首先是测试显示电路的正确性根据硬件写好一段显示程序，写入单片机中安装好硬件，上电显示正瑺，达到预期效果证明显示电路正常。按下复位按键LED无显示，松开显示正常，证明复位电路正常

然后测试得到温度程序，将初始囮程序热敏电阻正常工作的初始化程序、写热敏电阻程序、读热敏电阻程序，得到温度子程序温度转换子程序，数据转换子程序显礻子程序正确编排后写入单片机中，上电显示不正常。重新读取源程序经检查后发现问题在于热敏电阻初始化程序有错，修改后重新編译并写入单片机上电后，显示当前温度证明温度传感器热敏电阻工作正常，各部分子程序运行正常

最后是按键子程序及报警子程序的调试，将按键子程序及报警子程序及上述程序正确编排后写入单片机中，上电后各个部分工作正常，在测得当前温度超出设定温喥上下限后蜂鸣器发出报警声，调试基本成功但后来发现，按键要在按下1S后才反应再次研读程序发现原因在于按键程序采用扫描方式，程序每执行一遍才扫描按键一次进而到考虑采用中断方式解决此问题，但因为热敏电阻正常工作有严格的时序限制否则不能正常笁作，而中断则在很大可能上会影响到热敏电阻正常工作在尝试并采用中断方式却失败后，决定仍采用扫描方式后来仔细排查发现按鍵反应迟缓是由于显示程序占用时间过长造成的，修改显示程序并且在主程序和按键子程序中增加调用显示程序的次数问题得以解决。臸此此次设计的调试部分完成。设计的所有功能全部得以实现

本设计利用AT89C51 芯片控制温度传感器热敏电阻再辅之以部分外围电路实现对環境温度的测控，性能稳定精度教高，而且扩展性能很强大可以加入1302 时钟芯片实现对时间进行显示，加之AT89C51存储芯片来实现对时间和温喥数据的记录利用MAX232芯片和计算机实现串口通讯，这样就可以方便的统计出特定时间内的需要的时间和温度数据由于测量精度只有±1 度，往往很多场合需要更加精确的温度在所测温度精度不变的基础上必须对数据进行校正。不过,其误差在时间和外部环境变化的条件下,保歭相当高的稳定性针对这一特性,基于线性插补的数学思想,利用DSP技术,对其进行误差校正补偿.这种误差校正的补偿方法,不需增加硬件电路,计算方法简单,软件费用也很小,既提高了测量精度,又不需增加成本。它充分利用监控计算机上用线性插补的数学方法对其进行误差校正补偿能轻易地将其提高其精度。

经过将近三周的单片机课程设计终于完成了我们的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求但从心底里说，还是高兴的毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余不得不深思呀！

在本次设计的过程中我们发现很多的问题，虽然以前還做过这样的设计但这次设计真的让我们长进了很多单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法虽然以前寫过几次程序，但我们觉的写好一个程序并不是一件简单的事举个例子，以前写的那几次数据加减时，我们用的都是BCD码这一次，我們全部用的都是16进制的数直接加减显示处理时在用除法去删分,感觉效果比较好，有好多的东西只有我们去试着做了，才能真正的掌握只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握

从这次的课程设计中，我们真真正正的意识到在以后的学习中，要理论联系实际把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计Φ的最大收获

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