DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

1、Tianjin University of Technology and Education專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) 學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 班 級(jí)： 應(yīng)電1112 學(xué)生姓名： 馮杰 史嬌娜 于海旭 胡玉納 指導(dǎo)教師： 張健 倪曉昌 2015年7月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 電子工程學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)系 1112 班 學(xué)生 馮杰 課程設(shè)計(jì)課題：DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 一、課程設(shè)計(jì)工作日自 2015 年 7 月 6 日至 2015 年 7 月 24 日二、同組學(xué)生： 史嬌娜 、于海旭 、胡玉納 三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求（包括課題來源、類型、目的和意義、基本要求、完成時(shí)間、主要

2、參考資料等）：1、課題來源：老師和學(xué)生共同擬訂。2、類型：實(shí)做。3、目的和意義：掌握單片機(jī)微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4、基本要求： 設(shè)計(jì)以8952單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)DS18B20數(shù)字溫度計(jì)，數(shù)字式溫度計(jì)測(cè)量范圍554125°C，誤差在±0.5°C，采用四位LED數(shù)碼管只讀顯示。5、完成時(shí)間：2015年7月24日6、主要參考資料： 李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)M.北京航空航天大學(xué)出版社，2000年. 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京航空航天大學(xué)出版社，1993年. 張洪潤(rùn),藍(lán)清華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程M.清華大學(xué)出版社，1998年. 馬家辰,孫玉德,張穎.MCS51單片

3、機(jī)原理及接口技術(shù)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998年.李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京航空大學(xué)出版社,1994年6月.4、 設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容要求：（每組1份）1、題目4、系統(tǒng)組成框圖7、電路仿真10、參考文獻(xiàn)2、主要技術(shù)指標(biāo)5、總體電路圖8、調(diào)試過程及測(cè)試結(jié)果11、總結(jié)（每人一份）3、方案論證及選擇6、單元電路設(shè)計(jì)9、主要元件清單指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字： 目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)22方案論證及選擇22.1單片機(jī)的論證與選擇22.2溫度傳感器的論證與選擇22.3系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)方案33電路原理圖與程序設(shè)計(jì)33.1系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì)33.1.1 單片機(jī)主控電路原理圖33.1.2溫度傳感器電路原理圖43.1.3 顯示

4、電路原理圖53.1.4電源63.2程序的設(shè)計(jì)63.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路63.2.2程序流程圖74測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果74.1測(cè)試方案74.2 測(cè)試條件與儀器84.3 軟件仿真85元件清單96參考文獻(xiàn)9個(gè)人課程設(shè)計(jì)總結(jié)10DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)器1設(shè)計(jì)任務(wù)基本要求： 設(shè)計(jì)以8952單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)DS18B20數(shù)字溫度計(jì)，數(shù)字式溫度計(jì)測(cè)量范圍554125°C，誤差在±0.5°C，采用四位LED數(shù)碼管只讀顯示。 2方案論證及選擇2.1單片機(jī)的論證與選擇方案一.采用89C51芯片作為硬件核心，利用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲(chǔ)空間,能于

5、3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。方案二:采用STC89C52單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)相比有兩大優(yōu)勢(shì)：第一，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用閃存，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個(gè)硬件電路的體積更小，且管腳數(shù)目為20個(gè)，與MCS-51相比減少一倍，使理解更容易。綜上所述：本課設(shè)中單片機(jī)芯片采用STC89C51。2.2溫度傳感器的論證與選擇方案一：采用熱敏電阻傳感器。利用熱敏電阻隨溫度變化而顯著

6、變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化，進(jìn)而制成溫度計(jì)。但是其測(cè)溫傳感器比較復(fù)雜，而且不易通過編制程序來控制測(cè)溫精度，增大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。 方案二：采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20的內(nèi)部3腳（或8腳）封裝；使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號(hào)；3.05.5V的電源供電方式和寄生電源供電方式；ROM由64位二進(jìn)制數(shù)字組成，共分為8個(gè)字節(jié)；RAM由9個(gè)字節(jié)的高速暫存器和非易失性電擦寫ROM組成。綜上所述：溫度傳感器選取智能測(cè)溫器件DS18B20。2.3系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)方案綜上各方案所述,本課程方案選定為: 采用STC89C52作為主控制系統(tǒng)；四位LED數(shù)碼管只讀顯示顯示作為溫

7、度數(shù)據(jù)顯示裝置；而智能溫度傳感器DS18B20器件作為測(cè)溫電路主要組成部分。至此，系統(tǒng)最終方案確定。3電路原理圖與程序設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì)溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖所示，控制器采用單片機(jī)STC89C52，溫度傳感器采用DS18B20，用四位LED數(shù)碼管只讀顯示實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 單片機(jī)芯片STC89C52復(fù)位電路晶振控制LED數(shù)碼管只讀顯示溫度檢測(cè)電路DS18B20報(bào)警溫度調(diào)整鍵蜂鳴器，指示燈 圖3-1 系統(tǒng)總體框圖3.1.1 單片機(jī)主控電路原理圖單片機(jī)STC89C52 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二

8、節(jié)電池供電。晶振采用12MHZ。復(fù)位電路采用上電加自動(dòng)復(fù)位。圖3-2單片機(jī)主控電路原理圖3.1.2溫度傳感器電路原理圖DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20 的數(shù)據(jù)I/O 均由同一條線來完成。DS18B20 的電源供電方式有2 種: 外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí), VDD 和GND 均接地, 它在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用, 原理是當(dāng)1 W ire 總線的信號(hào)線DQ 為高電平時(shí), 竊取信號(hào)能量給DS18B20 供電, 同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電, 當(dāng)DQ為低電平時(shí)釋放能量為DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路, 軟件控制

9、變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM 時(shí)) , 同時(shí)芯片的性能也有所降低。外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設(shè)計(jì)采用外部供電方式。如下圖所示：圖3-3溫度傳感器原理圖3.1.3 顯示電路原理圖本設(shè)計(jì)顯示電路采用四位共陰極LED數(shù)碼管來顯示測(cè)量得到的溫度值。LED數(shù)碼管能在低電壓下工作，而且體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)，因次本設(shè)計(jì)選用此數(shù)碼管作為顯示器件。 一個(gè)LED數(shù)碼管只能顯示一位的字符，如果字符位數(shù)不止一位，可以用幾個(gè)數(shù)碼管組成，但要控制多位的顯示電路需要有字段控制和字

10、位控制，字段控制是指控制所要顯示的字符是什么，控制電路應(yīng)將字符的七段碼通過輸出口連接到LED的ag引腳，是某些段點(diǎn)亮，某些段處于熄滅狀態(tài)。字位控制是指控制在多位顯示器中，哪幾位發(fā)光或那幾位不發(fā)光，字位控制則需要通過字位碼作用于LED數(shù)碼管的公共引腳，是某一位或某幾位的數(shù)碼管可以發(fā)光。數(shù)碼管顯示電路分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示方式是指每一個(gè)數(shù)碼管的字段控制是獨(dú)立的，每一個(gè)數(shù)碼管都需要配置一個(gè)8位輸出口來輸出該字位的七段碼。因此需要顯示多位時(shí)需要多個(gè)輸出口，通常片內(nèi)并口不夠用，需要在片外擴(kuò)展。 動(dòng)態(tài)顯示又稱為掃描顯示方式，也就是在某一時(shí)刻只能讓一個(gè)字位處于選通狀態(tài)，其他字位一律斷開，同時(shí)在字

11、段線上發(fā)出該位要顯示的字段碼，這樣在某一時(shí)刻某一位數(shù)碼管就會(huì)被點(diǎn)亮，并顯示出相應(yīng)的字符。下一時(shí)刻改變所顯示的字位和字段碼，點(diǎn)亮另一個(gè)數(shù)碼管，顯示另一個(gè)字符。繞后一次掃描輪流點(diǎn)亮其他數(shù)碼管，只要掃描速度快，利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，會(huì)使人感覺到幾位數(shù)碼管都在穩(wěn)定的顯示。本設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，電路如下圖所示：圖3-4 數(shù)碼管顯示電路原理圖3.1.4電源根據(jù)以上設(shè)計(jì)的前置放大電路和功率放大電路的要求，需要穩(wěn)壓電源輸出直流電壓。本系統(tǒng)采用直流電源供電，確保電路的正常穩(wěn)定工作。3.2程序的設(shè)計(jì)3.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路程序設(shè)計(jì)思路：本設(shè)計(jì)采用的CPU是51系列單片機(jī)中的STC89C52芯片，ST

12、C89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程的Flash 存儲(chǔ)器。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。3.2.2程序流程圖設(shè)置堆棧

13、指針將溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼發(fā)讀存儲(chǔ)器命令讀溫度數(shù)據(jù)復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令顯示緩沖區(qū)初始化更新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)延時(shí)發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令開始圖 3-9主程序流程圖4測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果4.1測(cè)試方案1、硬件測(cè)試：檢查元器件好壞、檢查電路板焊接完整，無虛焊，漏焊。2、硬件軟件聯(lián)調(diào)：接通電路，進(jìn)行 實(shí)際測(cè)量。4.2 測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測(cè)試儀器：測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表5.1.1 所示。表5.1.1 測(cè)試使用的儀器設(shè)備序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量1UNI-T UT56 數(shù)字萬用表12SP

14、D3303D 直流電源14.3 軟件仿真測(cè)試前先檢測(cè)系統(tǒng)各部分功能，排除硬件連接故障電路具有各模塊功能，然后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，確保各模塊連接無誤，按題目要求可實(shí)現(xiàn)數(shù)字式溫度計(jì)測(cè)量范圍-554125°C，誤差在±0.5°C，采用四位LED數(shù)碼管只讀顯示。綜上所述，本設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。5元件清單表4-1系統(tǒng)元件清單6參考文獻(xiàn)1.李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)M.北京航空航天大學(xué)出版社，2000年.2.何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京航空航天大學(xué)出版社，1993年.3.張洪潤(rùn),藍(lán)清華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程M.清華大學(xué)出版社，1998年.4.馬家辰,孫玉德,張穎.MCS5

15、1單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998年.5.李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京航空大學(xué)出版社,1994年6月.12個(gè)人課程設(shè)計(jì)總結(jié)該基于DS18B20的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、價(jià)格低廉、測(cè)量值精確和易于操作等許多優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況進(jìn)行更多點(diǎn)的擴(kuò)展和對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行控制。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，基于DS18B20的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于控制、化工等諸多領(lǐng)域。總之，本次課程設(shè)計(jì)順利完成，基本達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的要求。本文在深入分析多點(diǎn)智能測(cè)溫系統(tǒng)的工作原理基礎(chǔ)上，完成了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試任務(wù)，并且系統(tǒng)的性能誤差達(dá)到了任務(wù)書的要求，

16、使之能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行水平。總結(jié)這一星期以來的工作，得到以下結(jié)論:1.針對(duì)現(xiàn)有測(cè)溫系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一套應(yīng)用數(shù)字式溫度傳感器DS81B20組建溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)新型方案，該方案的突出特點(diǎn)是系統(tǒng)的數(shù)字化、快速化及其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。2.以單總線為基本結(jié)構(gòu)，采用ATMEL公司的 STC89S52單片機(jī)為總線命令，實(shí)現(xiàn)與DSl8B20的總線接口，并提供具體電路設(shè)計(jì)。3.軟件編程采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，易于修改和維護(hù)。由于時(shí)間和精力的限制，對(duì)后續(xù)的研究還應(yīng)在以下方面逐步完善: 1.應(yīng)用軟件的完善。溫度采集方面，一次命令全部單總線上的DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，減少系統(tǒng)所需時(shí)間。2.進(jìn)一步完善系統(tǒng)的可靠性。由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)

17、的欠缺，設(shè)計(jì)上難免有考慮不周之處。當(dāng)某一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，雖然系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)該測(cè)溫點(diǎn)故障，但是更換傳感器時(shí)涉及到其序列號(hào)的修改和應(yīng)用程序的修改，這些還需要在今后應(yīng)用時(shí)加以完善。3.可以增加控制部分，以后在該部分進(jìn)行PID算法控制，以提高控制精度。 總之 ，本論文在新型數(shù)字溫度測(cè)控系統(tǒng)方面做了一定的研究工作。該系統(tǒng)初步完成了溫度測(cè)控方案的預(yù)定目標(biāo)，為今后實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的溫度測(cè)控系統(tǒng)工程提供了一種參考。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析溫度測(cè)控系統(tǒng)可以產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。在工農(nóng)業(yè)許多場(chǎng)合，溫度測(cè)量和控制對(duì)生產(chǎn)起著非常重要的作用，通過溫度測(cè)控，可以更好的提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量和效率。 本設(shè)計(jì)利用數(shù)字化的溫

18、度傳感器作為載體，以STC89S52單片機(jī)為控制核心，通過對(duì)所測(cè)量的溫度值進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)上傳，將數(shù)字信息上傳給上位機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而可以實(shí)現(xiàn)這套系統(tǒng)的商品化和技術(shù)服務(wù)的穩(wěn)定性。這套系統(tǒng)可以產(chǎn)生的功能強(qiáng)大，擴(kuò)展溫度傳感器端口后，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)傳感器進(jìn)行測(cè)量和控制，并且只需添加DS18B20的初始化程序和與本設(shè)計(jì)兩點(diǎn)測(cè)控類似的程序即可以實(shí)現(xiàn)，所以程序修改上也比較方便。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的專業(yè)化和工廠化大生產(chǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，例如，可以對(duì)小區(qū)內(nèi)的供暖系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)溫度監(jiān)控，實(shí)時(shí)處理DS18B20溫度傳感器上傳的數(shù)據(jù)；可以在對(duì)溫度要求比較嚴(yán)格的車間內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)控，以保持室內(nèi)的精準(zhǔn)溫度；可以在化學(xué)反