基于單片機的DS18B20設計實驗報告

引言在日常生活及工農業(yè)生產中經常要涉及到溫度的檢測及控制，傳統的測溫元件有熱點偶，熱敏電阻還有一些輸出模擬信號得溫度傳感器，而這些測溫元件一般都需要比擬多的外部硬件支持。其硬件電路復雜，軟件調試繁瑣，制作本錢高，阻礙了其使用性。因此美國DALLAS半導體公司又推出了一款改良型智能溫度傳感器——DS18B20。本設計就是用DS18B20數字溫度傳感器作為測溫元件來設計數字溫度計。本設計所介紹的數字溫度計與傳統溫度計相比，具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數字顯示，主要用于測溫比擬準確得場所，或科研實驗室使用。該設計控制器使用單片機STC89C51，測溫傳感器使用DS18B20,顯示器使用LED.任務與要求2.1測量范圍-50~110°C，精確到0.5°C；2.2利用數字溫度傳感器DS18B20測量溫度信號；2.3所測得溫度采用數字顯示，計算后在液晶顯示器上顯示相應得溫度值；方案設計及論證3.1溫度檢測模塊的設計及論證由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應值的計算，感溫電路比擬麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現較大的偏差。進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現，而且使用單片機的接口便于系統的再擴展，滿足設計要求。3.2顯示模塊的設計及論證LED是發(fā)光二極管Light

Emitting

Diode

的英文縮寫。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅動，具有如下優(yōu)點：1、耗電省、2、使用壽命長、3、本錢低、4、亮度高、5、視角大、6、可視距離遠、7、規(guī)格品種多。3.3控制器模塊的設計及論證單片機是指一個集成在一塊電路芯片上的完整計算機系統。盡管他的大局部功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大局部部件：中央處理單元CPU、存儲器/RAMROM和各種/IO接口，目前大局部還會具有外部存儲擴展。采用STC89C52單片機。它是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器技術制造，與工業(yè)標準51MCS指令集和輸出管腳相兼容。屬于51單片機系列，是C51單片機向下完全兼容51全部系列產品。該款單片機片內含8k

Bytes

ISP(I-system

programmable)可反復擦寫1000次的Flash只讀存儲器，可以通過串口進行程序的燒寫，內帶2k

Bytes

EEPROM存儲空間，4個8位的可編程并行I/O口〔P0口，P1口，P2口，P3口〕，一個全雙工串口，5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權，3個16位的定時器/計數器〕，具有四種工作方式以及特殊功能存放器〔SFR〕等。3.4數字溫度計總體設計硬件設計4.1主控制器模塊電路

STC89C52主要功能及引腳介紹單片機STC89C52具有低電壓供電高性能COMS8位單片機，片內含有8K

bytes

的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes

的隨機存取數據存儲器，在單芯片上，擁有靈巧的8

位CPU

和在線系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標準功能：

8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，

32位I/O

口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU

停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8位微控制器8K字節(jié)在系統可編程

Flash。圖4-1為STC89C52的引腳圖：其各引腳介紹如下：P0

口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1〞時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，

P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1

口：P1

口是一個具有內部上拉電阻的8

位雙向I/O

口，p1

輸出緩沖器能驅動4

個

TTL

邏輯電平。對P1

端口寫“1〞時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入〔P1.0/T2〕和時器/計數器2

的觸發(fā)輸入〔P1.1/T2EX〕，具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能：

P1.0

T2〔定時器/計數器T2的外部計數輸入〕，時鐘輸出P1.1

T2EX〔定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制〕P1.5

MOSI〔在線系統編程用〕P1.6

MISO〔在線系統編程用〕P1.7

SCK〔在線系統編程用〕P2

口：P2

口是一個具有內部上拉電阻的8

位雙向I/O

口，P2

輸出緩沖器能驅動4

個

TTL邏輯電平。對P2

端口寫“1〞時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器〔例如執(zhí)行MOVX

@DPTR〕時，P2

口送出高八位地址。在這種應用中，P2

口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用

8位地址〔如MOVX

@RI〕訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3

口：P3

口是一個具有內部上拉電阻的8

位雙向I/O

口，p2

輸出緩沖器能驅動4

個

TTL

邏輯電平。對P3

端口寫“1〞時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。

P3口亦作為STC89C52特殊功能〔第二功能〕使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能：

P3.0

RXD(串行輸入口)

P3.1

TXD(串行輸出口)

P3.2

INTO(外中斷0)

P3.3

INT1(外中斷1)

P3.4

TO(定時/計數器0)

P3.5

T1(定時/計數器1)

P3.6

WR(外部數據存儲器寫選通)

P3.7

RD(外部數據存儲器讀選通)

RST——復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平，那么單片機復位。STC89C52最小系統的根本電路最小系統是指能進行正常工作的最簡單電路。STC89C52最小應用系統它包含五個電路局部：電源電路、時鐘電路、復位電路、片內外程序存儲器選擇電路、輸入輸出接口電路。其中電源電路、時鐘電路、復位電路是保證單片機系統能夠正常工作的最根本的三局部電路，缺一不可?！?〕電源電路芯片引腳VCC一般接上直流穩(wěn)壓電源+5V，引腳GND接電源+5V的負極，電源電壓范圍在4—5.5之間，可保證單片機系統能正常工作。為提高電路的抗干擾性能，通常在引腳VCC和GND直接接上一個10μF的電解電容和一個0.1μF陶片電容，這樣可以抑制雜波串擾，從而有效確保電路穩(wěn)定性。〔2〕時鐘電路STC89C52內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產生或外部方式產生。在RXD和TXD引腳上外接定時元件，內部振蕩器就產生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.2～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調的作用。在本設計中時鐘采用內部方式產生，晶振振蕩頻率使用12MHZ。

STC89C52與各局部功能塊電路的連接其中接串口輸入輸出端，PI.0接DS18B20的DQ端，XTAL2,XYAL1接晶振，P0口還接上拉電阻：EA*接電源.4.2顯示電路模塊MT05011AR的引腳圖4.3DS18B20溫度顯示模塊DS18B20的功能和引腳介紹DS18B20的性能特點如下:●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；●多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；●無須外部器件；●可通過數據線供電，電壓范圍為Ｖ；●溫度以9或12位數字讀數；●零待機功耗；●用戶可定義報警設置；●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度〔溫度報警條件〕的器件；●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；

DS18B20詳細引腳功能描述如下表所示DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門翻開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應的一個基數分別置入減法計數器1、溫度存放器中，計數器1和溫度存放器被預置在－55℃所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時，溫度存放器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器計數到0時，停止溫度存放器的累加，此時溫度存放器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度存放器值大致被測溫度值。DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。軟件設計5.1主程序流程圖主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度在一定時間間隔下進行一次。這樣可以在一定時間之內測量一次被測溫度，其程序流程如下列圖所示：5.2讀出溫度子程序流程圖讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數據的改寫。其程序流程圖如下列圖所示：5.3溫度轉換命令子流程圖溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，開始執(zhí)行如下。溫度轉換命令子程序流程圖如下列圖所示：5.4

溫度計算子流程圖將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其流程圖如下所示：系統調試與結果6.1調試系統的調試以程序為主。硬件調試比擬簡單，首先檢查電路的焊接是否正確，然后可用萬用表測試或通電檢測。軟件調試那么可以先編寫顯示程序并進行硬件的正確行檢驗，然后分別進行