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数字温度计

来源：爱够旅游网

基于单片机的数字温度计设计

摘要

随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。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，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。

我们采用美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，温度范围为-55~125 ºC,最高分辨率可达0.0625 ºC。DS18B20可以直接读出北侧温度值，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特点。

本文介绍一种基于AT89C51单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围0℃-～+100℃，使用LED模块显示，能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器DS18B20的原理，AT89C51单片机功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、结构简单。

关键词：温度测量；DS18B20；AT89C51

Design of Digital Thermomer Based on SCM

Abstract

Along with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor and the control. Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity.

In daily life and industrial production process, often used in the detection and control of temperature, temperature is the production process and scientific experiments in general and one of the important physical parameter. In the production process, in order to efficiently carry out the production, to be its main parameters, such as temperature, pressure, flow control, etc... Temperature control in the production process of a large proportion. Temperature measurement is the basis of temperature-controlled, more mature technology.Traditional thermocouple and temperature components are the second resistor.The thermocouple and thermal resistance are generally measured voltage, and then replaced by the corresponding temperature, these methods are relatively complex, requiring a relatively large number of external hardware support. We use a relatively simple way to measure.

We use the United States following DALLAS Semiconductor DS1820 improved after the introduction of a smart temperature sensor DS18B20 as the detection element, a temperature range of -55 ~ 125 º C, up to a maximum resolution of 0.0625 º C. DS18B20 can be directly read out the temperature on the north side, and three-wire system with single-chip connected to a decrease of the external hardware circuit, with low-cost and easy use.

The introduction of a cost-based AT89C51 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision temperatur sensor, measuring scope 0℃-～+100℃,can set the warning limitation, the use of seven segments LED that can be display the current temperature. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced the theory of DS18B20, the founctions and applications of AT89C51 .This circuit design innovative, powerful, can be expansionary strong.

Keywords：Temperatur measurement； DS18B20; AT89C51

Temperatur measurement； DS18B20; LED不要删除行尾的分节符，此行不会被打印

摘要 ........................................................................................I

Abstract....................................................................................................................II

第1章绪论 5

1.1课题背景及研究意义 5 1.2国内外现状 5 1.3课题的设计目的 6 1.4课题的主要工作 6 1.5本文研究内容 6

第2章开发工具Proteus与Keil 8

2.1 Proteus软件 8 2.1.1 Proteus简介 8 2.1.2 4大功能模块 8

2.1.3 ISIS智能原理图输入系统 10 2.1.4 Proteus简单应用 10 2.2 Keil软件 11

2.2.1 Keil软件简介 11 2.2.2 Keil软件调试功能 11 2.3本章小结 12

第3章系统概述 13

3.1方案选择 13 3.1.1方案一 13 3.1.2方案二 14 3.2系统设计原理 14 3.3系统组成 14

3.4 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路 15 3.5本章小结 16

第4章系统硬件设计 17

4.1 80C51单片机的介绍 17

4.1.1 80C51单片机主要特性 18 4.1.2 80C51单片机管脚图 19 4.1.3 80C51单片机的中断系统 21 4.1.4 80C51单片机的定时/计数器 21 4.2 LCD液晶显示器简介 21 4.2.1液晶模块简介 22

4.2.2液晶显示部分与89C51的接口 23 4.3通讯模块 24

4.4 DS18B20介绍 25

4.4.1温度传感器工作原理 25 4.4.2 DS18B20相关介绍 27

4.4.3 DS18B20使用中的注意事项 28 4.5本章小结 28

第5章系统软件设计 30

5.1主程序设计 30 5.2 DS18B20初始化 31 5.3数据测试 32 5.4仿真结果 32 5.5本章小结 34

结论 35

致谢 36 参考文献 37 附录A 38 附录B 45 附录C 50 附录D 51

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第1章绪论

1.1课题背景及研究意义

随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在400～1000℃。静态控制精度为2.43℃。

本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。

1.2国内外现状

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用

专用的Windows和Linux操作系统。

1.3课题的设计目的

1. 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。

2. 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。

3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

1.4课题的主要工作

本课题的研究重点是设计一种基于单片机的数字温度计控制系统。利用数字温度传感器DS18B20，此传感器课读取被测量温度值，进行转换。

主要工作如下：

1. 温度测试基本范围0℃—100℃。 2. 精度误差小于1℃。 3. LED液晶显示。

4. 可以设定温度的上下限报警功能。 5. 实现报警提示。

1.5本文研究内容

数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。

本文是基于AT89S51单片机，采用数字温度传感器DS18B20，利用DS18B20不需要A/D转换，课直接进行温度采集显示，报警的数字温度计设计。包括传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等组成。

第2章开发工具Proteus与

Keil

2.1 Proteus软件 2.1.1 Proteus简介

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA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。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。该软件的特点是：

1. 实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、各种单片机(51系列、AVR、PIG等常用的MCU)及其外围电路(如LCD、RAM、ROM、键盘、LED、A/D、D/A……)组成的系统仿真。

2. 提供了多种虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，调试非常方便。

3. 提供软件调试功能，同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil等软件。

4. 具有强大的原理图绘制功能。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验．从某种意义上讲，是弥补了．实验和工程应用阉脱节的矛盾和现象。同时，当硬件调试成功后，利用Proteus ARES软件，很容易获得其PCB图，为今后的制造提供了方便。

2.1.2 4大功能模块

1. 智能原理图设计（ISIS）

丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件。智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件。

智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间。

支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰。可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。

2. 完善的电路仿真功能（Prospice）

ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真。

超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。

多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入。

丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等。

生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动

高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等。

3. 独特的单片机协同仿真功能（VSM）

支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器。

支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信。

实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。

编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试。

4. 实用的PCB设计平台

原理图到PCB的快速通道：原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计。

先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理。

完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览。

多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。

2.1.3 ISIS智能原理图输入系统

ISIS是PROTEUS系统的中心,它远不仅是一个图表库。它是具有控制原理图画图的外观的超强的设计环境。无论用户的要求是快速实现复杂设计的仿真以及PCB设计,还是设计精美的原理图以供出版,ISIS都可以很好的完成。

ISIS提供给用户图形外观包括线宽、填充类型、字符等的全部控制，使用户能够生成如杂志上看到一样精美的原理图，远胜过CAD软件绘制出的稀薄的线条。画完图可以以图形文件输出，或者拷贝到剪切板以便其他文件使用。这就使得ISIS成为制作技术文件，学术论文，项目报告的理想工具，也是PCB设计的一个出色的前端。画图的外形由风格模板定义。此外，此方案允许用户定制元件库提供的库部件的外观。

2.1.4 Proteus简单应用

图2-1 proteus界面图

1. 绘制原理图：绘制原理图要在原理图编辑窗口中的蓝色方框内完成。原理图编辑窗口的操作是不同于常用的WINDOWS应用程序的，正确的操作是：用左键放置元件；右键选择元件；双击右键删除元件；右键拖选多个元件；先右键后左键编辑元件属性；先右键后左键拖动元件；连线用左键，删除用右键；改连接线：先右击连线，再左键拖动；中键放缩原理图。

2. 定制自己的元件：有三个个实现途径，一是用PROTEUS VSM SDK开发仿真模型，并制作元件；另一个是在已有的元件基础上进行改造，比如把元件改为bus接口的；还有一个是利用已制作好(别人的)的元件，我们可以到网上下载一些新元件并把它们添加到自己的元件库里面。

3. Sub-Circuits应用：用一个子电路可以把部分电路封装起来，这样可以节省原理图窗口的空间。

2.2 Keil软件 2.2.1 Keil软件简介

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，

就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil C51软件是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为μVision(通常称为μV2)。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：μVision IDE集成开发环境C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及 Monitor-51、RTX51实时操作系统。

2.2.2 Keil软件调试功能

应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译/汇编、连接，产生目标文件—程序调试。Keil使用“工程”(Project)的概念，对工程(而不能对单一的源程序)进行编译/汇编、连接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。首先选择菜单File-New…，在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序(或选择File-Open…，直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档)并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm(.a51)或.c；然后选择菜单Project-New Project…，建立新工程并保存(保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2)；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页(Files)会出现“Target1”，将其前面+号展开，接着选择Source Group1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“Add File to Group „Source Group1‟”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件(在加入一个源文件后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其它文件)。加入文件后点close返回主界面，展开“Source Group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-Option for Target„Target1‟(或点右键弹出快捷菜单再选择该选项)，打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在Output选项卡中选中“Creat Hex Fi”；其它选项卡内容一般可取默认值。工程设置后按F7键(或点击编译工具栏上相应图标)进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。

成功编译/汇编、连接后，选择菜单Debug-Start/Stop Debug Session(或按Ctrl+F5键)进入程序调试状态，Keil提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。Keil能以单步执行(按F11或选择Debug-Step)、过程单步执行(按F10或选择Debug-Step Over)、全速执行等多种运行方式进行程序调试。如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改(Debug-Inline Assambly…)，不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足一定条件(如按键被按下等)才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理(Debug-Insert/Remove Breakpoint或Debug-Breakpoints…等)。在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。

2.3本章小结

本章主要简单介绍了研究本课题需要用到的仿真软件Proteus和编译软件Keil，了解了这两种软件发展，功能和初步用法，了解了proteus的四大功能模

块，以及keil的调试功能等，为以后设计打好基础。相信通过后面的学习会有更深体会。

第3章系统概述

3.1方案选择

该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。

3.1.1方案一

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。通过将参考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。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 转换电路，感温电路比较麻烦。

系统主要包括对A/D0809 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。此外还有复位电路，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，执行机构有4 位数码管、报警器等。【1】

系统框图如图 3-1所示。

图 3-1 热电偶温差电路测温系统框图

3.1.2方案二

采用数字温度芯片DS18B20 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 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字

信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51 单片机控制，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。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信上传数据，另外AT89S51 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。【1】

该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20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，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

从以上两种方案，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。

3.2系统设计原理

利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到LED中显示。

3.3系统组成

本课题以是80C51单片机为核心设计的一种数字温度控制系统，系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等组成。

系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。

系统框图如图3-2所示。

图3-2 系统基本方框图

1. 主控制器

单片机AT89C51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。

2. 显示电路

显示电路采用LED液晶显示数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。

3. 温度传感器

温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20温度传感器。DS18B20输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，在0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度，采用单总线的数据传输，可直接与计算机连接。

用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20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。获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

3.4 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路

DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图3-3 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。【2】

当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。

图3-3 DS18B20与单片机的接口电路

3.5本章小结

本章简述了数字温度控制系统的设计思路，设计方案选择，以及系统的组成、设计原理，详细介绍了主板电路和显示电路的结构，并简单介绍了数字温度传感器DS18B20的特点。并通过框图形式更直观、更形象地描述了系统的整体组成。

第4章系统硬件设计

4.1 80C51单片机的介绍

80C51单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的。

80C51有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。80C51的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。【3】

80C51单片机的基本组成框图见图4-1。【3】

图4-1 80C51单片机结

由图4-1可见，8051单片机主要由以下几部分组成：

1. cpu系统

8位cpu，含布尔处理器；时钟电路；

总线控制逻辑。

2. 存储器系统

4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64KB）； 128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KB）；特殊功能寄存器SFR。

3. I/O口和其他功能单元

4个并行I/O口；

2个16位定时计数器； 1个全双工异步串行口；

中断系统（5个中断源，2个优先级）。

4.1.1 80C51单片机主要特性

1. 一个8 位的微处理器(CPU)。

2. 片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。

3. 片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。

4. 四个8 位并行I／O 接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。

5. 两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。

6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。

7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。

8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。【3】

4.1.2 80C51单片机管脚图

图4-2 80C51单片机管脚图

部分引脚说明：

1. 时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2：

XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。

要检查8051/8031 的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。

XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。

2. 控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA：

RST/VPD(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将＋5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。

ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。

平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。

ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。

此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。

PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROM／ROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。

EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V～21V)的输入端。

3. 输入/输出端口P0/P1/P2/P3：

P0口(P0.0～P0.7，39~32 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。

P1口(P1.0～P1.7，1~8 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。

P2口(P2.0～P2.7，21~28 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。

P3口(P3.0～P3.7，10~17 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：

P3.0：(RXD)串行数据接收。 P3.1：(RXD)串行数据发送。 P3.2：(INT0#)外部中断0输入。 P3.3：(INT1#)外部中断1输入。

P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。 P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。 P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。 P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。

4.1.3 80C51单片机的中断系统

80C51系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应

中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。

4.1.4 80C51单片机的定时/计数器

在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。80C51单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。

4.2 LCD液晶显示器简介

显示器是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管(CRT/Cathode Ray Tube)显示器为主，但随着科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生，近来由于液晶(LCD)显示器具有轻薄短小、耗电量低、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，在近年来价格不断下跌的吸引下，逐渐取代CRT之主流地位，显示器明日之星架势十足。

液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物，它的透明程度和呈现的颜色受外加电场的影响，利用这特点便可做成字符显示器。

液晶显示器(LCD)英文全称为Liquid Crystal Display，它一种是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。和CRT显示器相比，LCD的优点是很明显的。由于通过控制是否透光来控制亮和暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。

显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是LCD液晶模块，采用一个16×1的字符型液晶显示模块。

点阵图形式液晶由 M 行×N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有64行，每行有 128列，每 8列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 16×8=128个点组成，屏上 64×16 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节的内容和屏上相应位置的亮暗对应。一个字符由 6×8 或 8×8点阵组成，即要找到和屏上某几个位置对应的显示 RAM区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为„1‟，其它的为„0‟，为„1‟的点亮，为„0‟的点暗，这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。

4.2.1液晶模块简介

LM016L的结构及功能：

LM016L液晶模块采用HD44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为1时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据，DDTAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码， CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种.8位字符编码和字符的对应关系，可以查看参考文献（30）中的表4. CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64

字节，可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符，AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址，如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM或CGRAM但愿，LM016L液晶模块的引脚图如图4-3所示。

图4-3 1601引脚图

LM016L引脚介绍：

Vss（1脚）：一般接地。 Vdd（2脚）：接电源。

Vee（3脚）：液晶显示器对比度调整端，接电源时对比度最弱，接地时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

RS（4脚）：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

R/W（5脚）：R/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。

E（6脚）：E(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。

DB0（7脚）：底4位三态、双向数据总线 0位（最低位）。 DB1（8脚）：底4位三态、双向数据总线 1位。 DB2（9脚）：底4位三态、双向数据总线 2位。 DB3（10脚）：底4位三态、双向数据总线 3位。 DB4（11脚）：高4位三态、双向数据总线 4位。 DB5（12脚）：高4位三态、双向数据总线 5位。 DB6（13脚）：高4位三态、双向数据总线 6位。 DB7（14脚）：高4位三态、双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flang）。寄存器选择控制如表4-1。

表4-1寄存器选择控制

RS 0 0 1

R/W 0 1 0

操作说明

写入指令寄存器（清除屏等）

读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0~DB6）值

写入数据寄存器（显示各字型等）

1 1 从数据寄存器读取数据

4.2.2液晶显示部分与89C51的接口

如图4-4所示。用89C51的P2口作为数据线，用P3.2、P3.1、P3.0分别作为LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号本模块设计要点如下：显示模块初始化：首先清屏，再设置接口数据位为8位，显示行数为1行，字型为5×7点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪烁,最后设置为正向增量方式且不移位。向LCD的显示缓冲区中送字符，程序中采用2个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显示的字符或数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示.首先取一个要显示的字符或数据送到LCD的显示缓冲区，程序延时2.5ms,判断是否够显示的个数，不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。

图4-4 液晶与89C51的接口

4.3通讯模块

80C51内部已集成通信接口URT，只需扩展一片MAX232芯片将输出信号转换成RS-232协议规定的电平标准, MAX232 是一种双组驱动器 / 接收器，每个接收器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5V TTL/CMOS电平。每个驱动器将TTL/CMOS输入电平转换为 EIA/TIA-232-E电平。即EIA接口，就是把5V转换为-8V到-15V电位0V转换为8V到15V再经RXD输出，接收

时由RXD输入，把-8V到-15V电位转换为5V，8V到15V转换为0V。MAX232的工作电压只需5V，内部有振荡电路产生正负9V电位。

MAX232引脚图如图4-5所示。

图4-5 MAX232引脚功能图

4.4 DS18B20介绍

DS18B20引脚如图4-6所示。

图4-6 DS18B20引脚图

DALLAS 最新单线数字温度传感器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。

4.4.1温度传感器工作原理

DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20

测温原理：低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。DS18B20功能特点：

1. 采用单总线技术，与单片机通信只需要一根I/O线，在一根线上可以挂接多个DS18B20。

2. 每只DS18B20具有一个独有的，不可修改的64位序列号，根据序列号访问地应的器件。

3. 低压供电，电源范围从3~5V，可以本地供电，也可以直接从数据线上窃取电源（寄生电源方式）。

4. 测温范围为-55℃~+125℃,在-10℃~85℃范围内误差为±0.5℃。 5. 可编辑数据为9~12位，转换12位温度时间为750ms（最大）。 6. 用户可自设定报警上下限温度。

7. 报警搜索命令可识别和寻址哪个器件的温度超出预定值。 8. DS18B20的分辩率由用户通过EEPROM设置为9~12位。

9. DS18B20可将检测到温度值直接转化为数字量，并通过串行通信的方式与主控制器进行数据通信。

DS18B20有4个主要的数据部件：

1. 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

2. DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

3. DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL和结构寄存器。

4. 配置寄存器。

DS18B20内部结构及功能：

DS18B20的内部结构如图4-7所示。主要包括：寄生电源，温度传感器，64位ROM和单总线接口，存放中间数据的高速暂存器RAM，用于存储用户设定温度上下限值的TH和TL触发器，存储与控制逻辑，8位循环冗余校验码（CRC）发生器等7部分

图4-7 DS18B20内部结构

4.4.2 DS18B20相关介绍

温度的读取：

DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。

DS18B20的初始化：

1. 先将数据线置高电平“1”。

2. 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）。 3. 数据线拉到低电平“0”。

4. 延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。 5.数据线拉到高电平“1”。

6. 延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制

7. 若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。

8.将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。 DS18B20的写操作：

1. 数据线先置低电平“0”。 2. 延时确定的时间为15微秒。

3. 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。 4. 延时时间为45微秒。 5. 将数据线拉到高电平。

6. 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。 7. 最后将数据线拉高。 DS18B20的读操作： 1. 将数据线拉高“1”。

2. 延时2微秒。

3. 将数据线拉低“0”。 4. 延时15微秒。 5. 将数据线拉高“1”。 6. 延时15微秒。

7. 读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。 8. 延时30微秒。

4.4.3 DS18B20使用中的注意事项

DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：

1. DS18B20 从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的，不然会出现转换错误的现象，使温度输出总是显示85。

2. 在实际使用中发现，应使电源电压保持在5V 左右，若电源电压过低，会使所测得的温度精度降低。

3. 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，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DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。

4. 在DS18B20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，当单总线上所挂DS18B20 超过8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。

5. 在DS18B20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，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。

4.5本章小结

本章重点分析了数字温度计控制系统的硬件电路设计，介绍了设计中所用到的芯片，包括单片机芯片80C51、液晶显示芯片LM016L、数字温度传感器芯片DS18B20等。介绍了80C51结构、特点、中断、定时/计数等。介绍了设计中所用到的芯片。通过本章的学习加深了51单片机的了解，熟悉了数字温度传感器DS18B20。

第5章系统软件设计

5.1主程序设计

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。主程序流程见图5-1。

图 5-1 主程序流程图

5.2 DS18B20初始化

18B20初始化流程图见图5-2。

图 5-2 DS18B20初始化流程图

5.3数据测试

将温度传感器与冰水混合物接触，经过充分搅拌达到热平衡后调节系统，使显示读数为0.00(标定0℃)；利用气压计读出当时当地的大气压强，并根据大气压强和当地重力加速度计算出当时的实际压强；根据沸点与压强的关系查出沸点温度。把温度传感器放入沸水中，待显示读数稳定后重新调节，使显示器显示读数等于当地当时沸点温度后工作结束。该温度计的量程为0℃～100℃，读数精度为0.1℃，实际使用一般在0℃～100℃。采用0℃～50℃和50℃～100℃的精密水银温度计作检验标准，对设计的温度计进行测试，其结果表明能达到该精度要求。

5.4仿真结果

设置温度上限为37度，温度下限为10度。

1.如图5-3所示。此时温度时43度，超出上限温度，黄灯亮，实现报警。

图5-3 仿真1

2.如图5-4所示。此时温度为5度，低于下限温度，绿灯亮，实现报警。

图5-4 仿真2

3.如图5-5所示。此时温度为20度，在所设范围内，两灯都没亮，说明温度正常。

图5-5 仿真3

5.5本章小结

本章对基于单片机的数字温度控制系统的软件程序进行了简要介绍，介绍了主程序设计及DS18B20的初始化，并给出设计流程图，更直观的把软件设计呈现出来作出了设计的仿真，设置上线限温度，并作3种情况分析。验证了设计的正确性。通过本章的介绍了解软件设计流程，熟悉51单片机的编程。

结论

本文介绍了基于80C51单片机的数字温度计控制系统的设计，对整个硬件电路和软件程序设计做了分析，文中介绍了数字温度计的现状及发展，介绍了仿真软件proteus及keil的基本知识，学习了proteus的仿真方法和步骤，介绍了数字温度计的设计方案选择及原理介绍，加深了51单片机的知识了解，介绍51单片机的结构、特点等。并学习了数字温度传感器DS18B20，设计软件仿真，更直观的反应设计的正确性。本文对其中的一些基本原理也做了简要的概述。其实写完了本篇论文，也仅仅是对数字温度计控制系统做出了一个简单的设计方案，数字温度计科利用在很多领域，在一些人不能直接进入的场所，利用单片机控制的数字温度计，可以设置并控制其中的温度，数字温度计还可以利用在温室中，这样就可以方便的控制温室中的温度，当温度超过所要求的温度时，可发生报警。总之数字温度计利用在很多领域。本课题只是单片机控制数字温度计系统得一种设计方法。

致谢

通过这一阶段的努力，我的毕业论文《基于单片机的数字温度计》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

在我写本论文的过程中，马建为老师给我提供了许多资料，并对实践中出现的问题给予耐心的解答，完稿之后在百忙之中仔细阅读，给出修改意见，在此对他表示感谢。

参考文献

1 杨素行著.模拟电子技术基础(第二版) .北京:高等教育出版

社,2006.

2 阎石著.数字电子技术基础(第五版) .北京:高等教育出版社,2006. 3 李全利，仲伟峰，徐军著.单片机原理及应用.北京:清华大学

社,2006.

4 何立民著．单片机高级教程．北京：北京航空航天大学出版社，

2000.

5 杨路明著．C语言程序设计教程(第2版) ．北京：北京邮电大学

出版社，2005.

6 马忠梅，籍顺心，张凯等著.单片机的C语言应用程序设计(第4

版) .北京:北京航天航空大学出版社,2007.

7 白驹珩，雷晓平著．单片计算机及其应用．成都：电子科技大学

出版社，1997.

8 谭浩强著．程序设计与开发技术．北京：清华大学出版社，1991. 9 钟富昭著.8051单片机典型模块设计与应用.北京：人民邮电出版，

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10 于永，戴佳，常江著.51单片机C语言常用模块与综合系统设计

实例精讲.北京：电子工业出版社，2007.

11 梁翎著．C语言程序设计实用技巧与程序实例.上海：上海科普

出版社，1998.

12 Li Wei-di,Guo Qiang. Application technology of LCD displays.China Publishing 13 14

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Su Kai,Liu Qing-guo, Chen Guo-ping. Principle and design of MCS-51 Single-chip microprocessor.Metallurgical Industry Press, 2003. Lou Jian‟an Liang Xiaolin Feng Changjiang etc. A Missile Storage Battery Charging Instrument based on 80C196KC Single Chip Microcomputer.The 5th International Symposium on Test and Measurement. Shenzhen, Guangdong China.2003.

15. omas C.Bartee.Computer Architecture and Logic

Design[J].McGraw-Hill Inc. 1991.9

15 G Jiang M Zhang, X Xie, S Li.Application on temperature control of DS18B2[J].Control Engineering of China, 2003

附录A 外文文献

The SCM and µVision2

一、Principle of MCU

Single-chip is an integrated on a single chip a complete computer system. Even though most of his features in a small chip, but it has a need to complete the majority of computer components: CPU, memory, internal and external bus system, most will have the Core. At the same time, such as integrated communication interfaces, timers, real-time clock and other peripheral equipment. And now the most powerful single-chip microcomputer system can even voice, image, networking, input and output complex system integration on a single chip.

Also known as single-chip MCU (Microcontroller), because it was first used in the field of industrial control. Only by the single-chip CPU chip developed from the dedicated processor. The design concept is the first by a large number of peripherals and CPU in a single chip, the computer system so that smaller, more easily integrated into the complex and demanding on the volume control devices. INTEL the Z80 is one of the first design in accordance with the idea of the processor, From then on, the MCU and the development of a dedicated processor parted ways.

Early single-chip 8-bit or all of the four. One of the most successful is INTEL's 8031, because the performance of a simple and reliable access to a lot of good praise. Since then in 8031 to develop a single-chip microcomputer system MCS51 series. Based on single-chip microcomputer system of the system is still widely used until now. As the field of industrial control requirements increase in the beginning of a 16-bit single-chip, but not ideal because the price has not been very widely used. After the 90's with the big consumer electronics product development, single-chip technology is a huge improvement. INTEL i960 Series with subsequent ARM in particular, a broad range of applications, quickly replaced by 32-bit single-chip 16-bit single-chip high-end status, and enter the mainstream market. Traditional 8-bit single-chip performance has been the rapid increase in processing power compared to the 80's to raise a few hundred times. At present, the high-end 32-bit single-chip frequency over 300MHz, the performance of the mid-90's close on the heels of a special processor, while the ordinary price of the model dropped to one U.S. dollars, the most high-end models, only 10 U.S. dollars. Contemporary single-chip microcomputer system is no longer only the bare-metal environment in the development and use of a large number of dedicated embedded operating system is widely used in the full range of single-chip microcomputer. In PDAs and cell phones as the core processing of high-end single-chip or even a dedicated direct access to Windows and Linux operating systems.

More than a dedicated single-chip processor suitable for embedded systems, so it was up to the application. In fact the number of single-chip is the world's largest computer. Modern human life used in almost every piece of electronic and mechanical products will have a single-chip integration. Phone, telephone, calculator, home appliances, electronic toys, handheld computers and computer accessories such as a mouse in the Department are equipped with 1-2 single chip. And personal computers also have a large number of single-chip microcomputer in the workplace. Vehicles equipped with more than 40 Department of the general single-chip, complex industrial control systems and even single-chip may have hundreds of work at the same time! SCM is not only far exceeds the number of PC and other integrated computing, even more than the number of human beings.

Hardwave introduction

The 8051 family of micro controllers is based on an architecture which is highly optimized for embedded control systems. It is used in a wide variety of applications from military equipment to automobiles to the keyboard on your PC. Second only to the Motorola 68HC11 in eight bit processors sales, the 8051 family of microcontrollers is available in a wide array of variations from manufacturers such as Intel, Philips, and Siemens. These manufacturers have added numerous features and peripherals to the 8051 such as I2C interfaces, analog to digital converters, watchdog timers, and pulse width modulated outputs. Variations of the 8051 with clock speeds up to 40MHz and voltage requirements down to 1.5 volts are available. This wide range of parts based on one core makes the 8051 family an excellent choice as the base architecture for a company's entire line of products since it can perform many functions and developers will only have to learn this one platform.

The basic architecture consists of the following features: · an eight bit ALU · 32 descrete I/O pins (4 groups of 8) which can be individually accessed · two 16 bit timer/counters · full duplex UART · 6 interrupt sources with 2 priority levels · 128 bytes of on board RAM · separate 64K byte address spaces for DATA and CODE memory

One 8051 processor cycle consists of twelve oscillator periods. Each of the twelve oscillator periods is used for a special function by the 8051 core such as op code fetches and samples of the interrupt daisy chain for pending interrupts. The time required for any 8051 instruction can be computed by dividing the clock frequency by 12, inverting that result and multiplying it by the number of processor cycles required by the instruction in question. Therefore, if you have a system which is using an 11.059MHz clock, you can compute the number of instructions per second by dividing this value by 12. This gives an instruction frequency of 921583 instructions per second. Inverting this will provide the amount of time taken by each instruction cycle (1.085 microseconds).

二、etting Started with µVision2

The Keil Software 8051 development tools listed below are programs you use to compile your C code, assemble your assembly source files, link and locate object modules and libraries, create HEX files, and debug your target program.

µVision2 for Windows™ is an Integrated Development Environment that combines project management, source code editing, and program debugging in one single, powerful environment.

The C51 ANSI Optimizing C Cross Compiler creates relocatable object modules from your C source code.

The A51 Macro Assembler creates relocatable object modules from your 8051 assembly source code.

The BL51 Linker/Locator combines relocatable object modules created by the C51 Compiler and the A51 Assembler into absolute object modules.

The LIB51 Library Manager combines object modules into libraries that may be used by the linker.

The OH51 Object-HEX Converter creates Intel HEX files from absolute object modules.

The RTX-51 Real-time Operating System simplifies the design of complex, time-critical software projects.

Software Development Cycle

When you use the Keil Software tools, the project development cycle is roughly the same as it is for any other software development project.

1. Create a project, select the target chip from the device database, and configure the tool settings.

2. Create source files in C or assembly.

3. Build your application with the project manager. 4. Correct errors in source files. 5. Test the linked application. µVision2 IDE The µVision2 IDE combines project management, a rich-featured editor with interactive error correction, option setup, make facility, and on-line help. Use µVision2 to create your source files and organize them into a project that defines your target application. µVision2 automatically compiles, assembles, and links your embedded application and provides a single focal point for your development efforts.

LIB51 Library Manager

The LIB51 library manager allows you to create object library from the object files created by the compiler and assembler. Libraries are specially formatted, ordered program collections of object modules that may be used by the linker at a later time. When the linker processes a library, only those object modules in the library that are necessary to create the program are used.

BL51 Linker/Locator

The BL51 linker creates an absolute object module using the object modules extracted from libraries and those created by the compiler and assembler. An absolute object file or module contains no relocatable code or data. All code and data reside at fixed memory locations. The absolute object file may be used:

To program an EPROM or other memory devices, With the µVision2 Debugger for simulation and target debugging, With an in-circuit emulator for the program testing. µVision2 Debugger The µVision2 symbolic, source-level debugger is ideally suited for fast, reliable program debugging. The debugger includes a high-speed simulator that let you simulate an entire 8051 system including on-chip peripherals and external hardware. The attributes of the chip you use are automatically configured when you select the device from the Device Database.

The µVision2 Debugger provides several ways for you to test your programs on real target hardware:

Install the MON51 Target Monitor on your target system and download your program using the Monitor-51 interface built-in to the µVision2 Debugger.

Use the Advanced GDI interface to attach use the µVision2 Debugger front end with your target system.

Monitor-51 The µVision2 Debugger supports target debugging using Monitor-51. The monitor program resides in the memory of your target hardware and communicates with the µVision2 Debugger using the serial port of the 8051 and a COM port of your PC. With Monitor-51, µVision2 lets you perform source-level, symbolic debugging on your target hardware.

RTX51 Real-Time Operating System

The RTX51 real-time operating system is a multitasking kernel for the 8051 microcontroller family. The RTX51 real-time kernel simplifies the system design, programming, and debugging of complex applications where fast reaction to time

critical events is essential. The kernel is fully integrated into the C51 Compiler and is easy to use. Task description tables and operating system consistency are automatically controlled by the BL51 linker/locator.

C51 Optimizing C Cross Compiler

The Keil C51 Cross Compiler is an ANSI C Compiler that was written

specifically to generate fast, compact code for the 8051 microcontroller family. The C51 Compiler generates object code that matches the efficiency and speed of assembly programming.

Using a high-level language like C has many advantages over assembly language programming:

Knowledge of the processor instruction set is not required. Rudimentary knowledge of the memory structure of the 8051 CPU is desirable (but not necessary).

Details like register allocation and addressing of the various memory types and data types is managed by the compiler.

Programs get a formal structure (which is imposed by the C programming language) and can be divided into separate functions. This contributes to source code reusability as well as better overall application structure.

The ability to combine variable selection with specific operations improves program readability.

Keywords and operational functions that more nearly resemble the human thought process may be used.

Programming and program test time is drastically reduced.

The C run-time library contains many standard routines such as: formatted output, numeric conversions, and floating-point arithmetic.

Existing program parts can be more easily included into new programs because of modular program construction techniques.

The language C is a very portable language (based on the ANSI standard) that enjoys wide popular support and is easily obtained for most systems.

Existing program investments can be quickly adapted to other processors as needed.

Code Optimizations

The C51 Compiler is an aggressive optimizing compiler that takes numerous steps to ensure that the code generated and output to the object file is the most efficient (smallest and/or fastest) code possible. The compiler analyzes the generated code to produce the most efficient instruction sequences. This ensures that your C program runs as quickly and effectively as possible in the least amount of code space.

The C51 Compiler provides nine different levels of optimizing. Each increasing level includes the optimizations of levels below it. The following is a list of all optimizations currently performed by the C51 Compiler.

General Optimizations

Constant Folding: Constant values occurring in an expression or address calculation are combined as a single constant.

Jump Optimizing: Jumps are inverted or extended to the final target address when the program efficiency is thereby increased.

Dead Code Elimination: Code that cannot be reached (dead code) is removed from the program.

Register Variables: Automatic variables and function arguments are located in registers whenever possible. No data memory space is reserved for these variables.

Parameter Passing Via Registers: A maximum of three function arguments may be passed in registers.

Global Common Subexpression Elimination: Identical subexpressions or address calculations that occur multiple times in a function are recognized and calculated only once whenever possible.

Common Tail Merging: Common instruction blocks are merged together using jump instructions.

Re-use Common Entry Code: Common instruction sequences are moved in front of a function to reduce code size.

二、Principle of MCU

industrial control systems and even single-chip may have hundreds of work at the same time! SCM is not only far exceeds the number of PC and other integrated computing, even more than the number of human beings.

Hardwave introduction

附录B 中文译文

单片机和keil

一、单片机原理

早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。

单片机硬件介绍：

8051系列微控制器是建立在一个高度优化的嵌入式控制系统的结构上。它的运用范围比较广，从军事装备到汽车再到你的PC机的键盘。仅次于摩托罗拉68HC11在8位处理器销售，8051家庭的微控制器, 在制造商上有各种各样的变化,如因特尔公司、西门子、飞利浦。这些厂家已经增加了许多功能及外设，如总线接口,模拟到数字转换器,看门狗定时器、脉冲宽度调制的输出。8051的变化,达到40MHz时钟频率下降到150伏电压条件是可得到的。这种广泛的部分基于一个核心使8051系列的一个很好的选择作为基础架构的一个公司产品,因为它可以执行许多功能和开发者只会有这样的一个平台。

基本结构由以下特点: 一个8为的算术逻辑单元

32个离散输入输出端口（4组8位）可单独访问二16位•定时器/计数器

全双工通用异步接收/发送装置 6个中断源与2个优先级别 128字节的随机存储器

64K分开字节地址空间的数据和代码的记忆

一个数字处理器周期共有十二振荡器的时期。他本是十二门徒里的每一个阶段是用于振荡器的特殊功能的核心,如凤凰社代码的数字和样品中的全部中断菊花链未决的中断。所需的时间任何8051指令可以除以12例,时钟频率通过反演结果和增殖它的数字处理器周期所指示的问题。因此,如果你有一个系统,使用一个11.059MHz时钟,可以计算出的指令数除以这个值每秒12分。这给出了921583指令每秒指令频率。反相这将提供每个指令周期（1.085微秒）采取的时间。

二、 Keil C 简介

Keil Software 的8051开发工具提供以下程序，你可以用它们来编译你的C源码，汇编你的汇编源程序，连接和重定位你的目标文件和库文件，创建HEX文件，调试你的目标程序。

Windows应用程序uVision2是一个集成开发环境，它把项目管理，源代码编辑，程序调试等集成到一个功能强大的环境中。

C51美国标准优化C交叉编译器从你的C源代码产生可重定位的目标文件。 A51宏汇编器从你的8051汇编源代码产生可重定位的目标文件。

BL51连接/重定位器组合你的由C51和A51产生的可重定位的目标文件，生成绝对目标文件。

LIB51库管理器组合你的目标文件，生成可以被连接器使用的库文件。 OH51目标文件到HEX格式的转换器从绝对目标文件创建Intel HEX 格式的文件。

RTX-51实时操作系统简化了复杂和对时间要求敏感的软件项目。软件开发流程

当你使用Keil Software工具时，你的项目开发流程和其它软件开发项目的流程极其相似。

1. 创建一个项目，从器件库中选择目标器件，配置工具设置。 2. 用C语言或汇编语言创建源程序。 3. 用项目管理器实现你的应用。 4. 修改源程序中的错误。 5. 测试，连接应用。 uVision2 IDE

uVision2 集成开发环境集成了一个项目管理器，一个功能丰富、有错误提示的编辑器，以及设置选项，生成工具，在线帮助。利用uVision2创建你的源代码并把它们组织到一个能确定你的目标应用的项目中去。uVision2自动编译，汇编，连接你的嵌入式应用，并为你的开发提供一个单一的焦点。

C51编译器和A51汇编器

源代码由uVision2 IDE创建，并被C51编译或A51汇编。编译器和汇编器从源代码生成可重定位的目标文件。Keil C51编译器完全遵照ANSI C语言标准，支持C语言的所有标准特性。另外，直接支持8051结构的几个特性被添加到里面。Keil A51宏汇编器支持8051及其派生系列的全部指令集。

LIB51 库管理器

LIB51库管理器允许你从由编译器或汇编器生成的目标文件创建目标库。库是一种被特别地组织过并在以后可以被连接重用的对象模块。当连接器处理一个库时，仅仅那些被使用的目标模块才被真正使用。

BL51 连接器/定位器

BL51 连接器/定位器利用从库中提取的目标模块和由编译器或汇编器生成的目标模块创建一个绝对地址的目标模块。一个绝对地址目标模块或文件包含不可重定位的代码和数据。所有的代码和数据被安置在固定的存储器单元中。此绝对地址目标文件可以用来：

写入EPROM或其它存储器件。

由uVision2调试器使用来模拟和调试。由仿真器用来测试程序。 uVision2 调试器

uVision2源代码级调试器是一个理想地快速，可靠的程序调试器。此调试器包含一个高速模拟器，能够让你模拟整个8051系统，包括片上外围器件和外部硬件。当你从器件库中选择器件时，这个器件的特性将自动配置。

uVision2调试器为你在实际目标板上测试你的程序提供了几种方法：

安装MON51目标监控器到你的目标系统并且通过Monitor-51接口下载你的程序。

利用高级的GDI（AGDI）接口，把uVision2调试器绑定到你的目标系统。 Monitor-51

uVision2调试器支持用Monitor-51进行目标板调试。此监控程序驻留在你的目标板的存储器里，它利用串口和uVision2调试器进行通信。利用Monitor-51，uVision2调试器可以对你的目标硬件实行源代码级的调试。

RTX51实时操作系统

RTX51实时操作系统是一个针对8051系列的多任务核。RTX51实时内核从本质上简化了对实时事件反应速度要求高的复杂应用系统的设计，编程和调试。RTX51实时内核是完全集成到C51编译器中的，从而方便使用。任务描述表和操作系统的连接由BL51连接器/定位器自动控制。

C51优化的C语言交叉编译器

Keil C51交叉编译器是一个基于ANSI C标准的针对8051系列MCU的C编译器，生成的可执行代码快速、紧凑，在运行效率和速度上可以和汇编程序得到的代码相媲美。

和汇编语言相比，用C语言这样的高级语言有很多优势，比如：

对处理器的指令集不必了解，8051 CPU的基本结构可以了解，但不是必须的。

寄存器的分配以及各种变量和数据的寻址都由编译器完成。

程序拥有了正式的结构（由C语言带来的），并且能被分成多个单独的子函数。这使整个应用系统的结构变得清晰，同时让源代码变得可重复使用。

选择特定的操作符来操作变量的能力提高了源代码的可读性。可以运用和人的思维很接近的词汇和算法表达式。编写程序和调试程序的时间得到很大程度的缩短。

C运行连接库包含一些标准的子程序，如:格式化输出，数字转换，浮点运算。

由于程序的模块结构技术，使得现有的程序段可以很容易的包含到新的程序中去。

ANSI 标准的C语言是一种丰常方便的，获得广泛应用的，在绝大部分系统中都能够很容易得到的语言。

因此，如果需要，现有的程序可以很快地移植到其他的处理器上，节省投资。代码优化

C51是一个杰出的优化编译器，它通过很多步骤以确保产生的代码是最有效率的（最小和/或最快）。编译器通过分析初步的代码产生最终的最有效率的代码序列，以此来保证你的C语言程序占用最少空间的同时运行的快而有效。

C51编译器提供9个优化级别。每个高一级的优化级别都包括比它低的所有优化级别的优化内容。以下列出的是目前C51编译器提供的所有优化级别的内容：

常量折叠：在表达式及寻址过程中出现的常量被综合为一个单个的常量。跳转优化：采用反转跳转或直接指向最终目的的跳转，从而提升了程序的效率。

哑码消除：永远不可能执行到的代码将自动从程序中剔除。

寄存器变量：只要可能，局部变量和函数参数被放在CPU寄存器中，不需要为这些变量再分配存储器空间。

通过寄存器传递参数：最多三个参数通过寄存器传递。

消除全局公用的子表达式：只要可能，程序中多次出现的相同的子表达式或地址计算表达式将只计算一次。

合并相同代码：利用跳转指令，相同的代码块被合并。

重复使用入口代码：需要多次使用的共同代码被移到子程序的前面以缩减代码长度。

公共块子程序：需要重复使用的多条指令被提取组成子程序。指令被重新安排以最大化一个共用子程序的长度。

附录C 系统整体电路

附录D 全部程序清单

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar i;

sbit lcdrs=P3^0; sbit lcdrw=P3^1; sbit lcden=P3^2; sbit d1=P1^0; sbit d2=P1^1;

uchar code t0[]=\"the temperature \"; uchar code t1[]=\" is \";

uchar code wendu[]=\"0123456789\"; 乱码

sbit DQ = P3^7;//定义ds18B20总线IO

//液晶显示模块 void delay(uint z) {

uint x,y;

for(x=100;x>1;x--) for(y=z;y>1;y--); }

void write_com(uchar com) {

lcdrs=0; P2=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; }

void write_date(uchar date) {

lcdrs=1; P2=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; }

void init_lcd() {

lcden=0; lcdrw=0;

write_com(0x38); write_com(0x01); write_com(0x0c);

//利用一个温度表解决温度显示

write_com(0x06);

write_com(0x80); for(i=0;i<16;i++) { write_date(t0[i]); delay(0); }

write_com(0x80+0x40); for(i=0;i<16;i++) { write_date(t1[i]); delay(0); } }

//温度采集模块

void tmpDelay(int num)//延时函数 {

while(num--) ; }

/******************************************************************************/

void Init_DS18B20()//初始化ds1820 {

unsigned char x=0; DQ = 1; //DQ复位 tmpDelay(8); //稍做延时

DQ = 0; //单片机将DQ拉低

tmpDelay(80); //精确延时大于 480us DQ = 1; //拉高总线 tmpDelay(14);

x=DQ; //稍做延时后如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 tmpDelay(20); }

unsigned char ReadOneChar()//读一个字节 {

unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i--) { DQ = 0; // 给脉冲信号 dat>>=1; DQ = 1; // 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; tmpDelay(4); }

return(dat);

}

void WriteOneChar(unsigned char dat)//写一个字节 {

unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i--) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; tmpDelay(5); DQ = 1; dat>>=1; } }

unsigned int Readtemp()//读取温度 {

unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float tt=0; Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换 Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器

a=ReadOneChar(); //连续读两个字节数据 //读低8位 b=ReadOneChar(); //读高8位 t=b; t<<=8;

t=t|a; //两字节合成一个整型变量。

tt=t*0.0625; //得到真实十进制温度值，因为DS18B20可以精确到0.0625度，所以读回数据的最低位代表的是0.0625度

t= tt*10+0.5; //放大十倍，这样做的目的将小数点后第一位也转换为可显示数字，同时进行一个四舍五入操作。

return(t); }

void display() {

unsigned int num,num1; //定义的时候用uchar宏定义就会出错

unsigned int shi,ge,xiaoshu; //这里的num,shi,ge,xiaoshu 必须用unsigned int无符号整数来表示，用unshigned char 字符型则显示错误

num=Readtemp(); num1=num/10;

if(num1>37)

{d1=0;d2=1;delay(500);} if(num1<10)

{d1=1;d2=0;delay(500);} else

{d1=1;d2=1;} shi=num/100; ge=num/10%10; xiaoshu=num%10;

write_com(0x80+0x40+5); write_date(wendu[shi]);

write_com(0x80+0x40+6); write_date(wendu[ge]);

write_com(0x80+0x40+7); write_date(0x2e);

write_com(0x80+0x40+8); write_date(wendu[xiaoshu]); }

void main() {

init_lcd(); while(1) { display(); delay(10); } }

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