基于DS18B20的溫度計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、信息學(xué)院信息學(xué)院 單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告 專業(yè)班級(jí)： 課題名稱： 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 完成日期：完成日期：2012/6/15 目目 錄錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo).1 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù).1 1.2 性能指標(biāo).1 二、設(shè)計(jì)方案.1 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).3 3.1 主控制器 AT89C52. .3 3.2 溫度采集裝置 DS18B20 .4 3.3 顯示電路的設(shè)計(jì).7 3.4 溫度調(diào)節(jié)設(shè)置按鍵電路.8 3.5 復(fù)位電路.8 3.6 時(shí)鐘電路.8 3.7 報(bào)警電路.9 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).10 4.1 主程序設(shè)計(jì).10 4.2 溫度檢測裝置設(shè)計(jì).11 4.

2、3 中斷設(shè)定子程序設(shè)計(jì).14 4.4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì).15 五、調(diào)試及性能分析.15 5.1 調(diào)試步驟.15 5.2 性能分析.16 六、心得體會(huì).17 參考文獻(xiàn).18 附錄 1 程序清單 .19 附錄 2 系統(tǒng)硬件電路圖 .23 附錄 3 實(shí)物圖 24 附錄 4 元器件清單25 一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo) 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)以智能集成溫度傳感器 DS18B20，89S52 單片機(jī)為控制器構(gòu)成數(shù)字溫 度測量裝置，它與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確， 輸出溫度采用數(shù)字顯示。 要求用 Protel 畫出系統(tǒng)的電路原理圖（要求以最少組件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所 要求

3、的功能） ，印刷電路板（要求布局合理，線路清晰） ，繪出程序流程圖，并 給出程序清單（要求思路清晰，盡量簡潔，主程序和子程序分開，使程序有較 強(qiáng)的可讀性） 。 1.2 性能指標(biāo) (1)實(shí)時(shí)顯示環(huán)境溫度值 (2)通過按鍵可以設(shè)定報(bào)警溫度的上下限值 (3)當(dāng)環(huán)境溫度大于報(bào)警溫度上限值，通過紅燈閃爍和蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)環(huán)境溫度 小于報(bào)警溫度下限值，通過綠燈閃爍和蜂鳴器報(bào)警。 二二.設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采 集兩部分電路組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 1.1 所示。方案采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，

4、省去傳統(tǒng)的 測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫 元件，此元件線形較好。在 0100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 和 微控制器 AT89S52 構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與 計(jì)算機(jī)連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大。采用 51 單片機(jī)控 制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制， 而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多 DS18B20 控制工作， 還可以與 PC 機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外 AT

5、89S52 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用， 編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。該系統(tǒng)利用 AT89S52 芯片控制 溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度， 并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。 圖 2.1 DS18B20 溫度測溫系 統(tǒng)框圖 獨(dú)立 鍵盤輸入 DS18 B20 溫度 采集 警示 電路部分 AT89S52 單片機(jī) 數(shù) 碼顯示 時(shí)間 復(fù)位電路 顯示模塊采用采用了四位數(shù)碼管，通過溫度傳感器和單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，把當(dāng) 前環(huán)境下的溫度數(shù)據(jù)適時(shí)傳輸給數(shù)碼管。鍵盤采用線性連接，連接方式相對(duì)簡 單，使用查詢法實(shí)現(xiàn)調(diào)整功能。 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)三、系統(tǒng)硬件設(shè)

6、計(jì) 3.1 單片機(jī)單片機(jī)的選擇的選擇 采用 AT89C52 單片機(jī)為中心控制芯片。AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的 PEROM 和 256bytes 的 RAM 以及通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元。AT89C52 功能強(qiáng) 大，可充分滿足該控制器存儲(chǔ)等各方面的需求。 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器，一個(gè) 6 位向量級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一 個(gè)全雙工串通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。

7、同時(shí)，AT89C52 可降至的 靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選節(jié)電工作方式：空閑方式停止的 工作，但允許 RAM 的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下 一個(gè)硬件復(fù)位。 圖 3.1 AT89C52 引腳圖 AT89C52AT89C52 的參數(shù)了解：的參數(shù)了解： 工作溫度 55125 儲(chǔ)藏溫度 65150 任一引腳對(duì)地電壓 17 最高工作電壓 6.6 直流輸出電流 15 3.2 溫度采集裝置 由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫 度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對(duì)較高。這里 采用 DALLAS 公司的數(shù)字溫度傳感器 DS18B

8、20 作為測溫元件。 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的“一線器件”， 其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS 半導(dǎo)體公 司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度 傳感器。溫度測量范圍為-55+125 攝氏度，可編程為 9 位12 位轉(zhuǎn)換精度， 測溫分辨率可達(dá) 0.0625 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ) 在 EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行 輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)

9、到 3 根或 2 根線上，CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來 組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫 度計(jì)，十分方便。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條 口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊; DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三 線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫; DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電 路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi); 適應(yīng)電

10、壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可 由數(shù)據(jù)線供電; 溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5; 零待機(jī)功耗; 可編程的分辨率為 912 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、 0.25、0.125和 0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫; 在 9 位分辨率時(shí)最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨 率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快; 用戶可定義報(bào)警設(shè)置; 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的 器件; 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力; 負(fù)

11、電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不 能正常工作 11 以上特點(diǎn)使 DS18B20 非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測系統(tǒng)。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮 發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的管腳排列、各種封裝形 式如圖 3-2 所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著 在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND 為地信號(hào)；VDD 為可選擇的 VDD 引 腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 圖 3.2 外部封裝形式圖 圖 3.3 所示圖為引腳圖 64 位 RO M 單 片

12、 機(jī) 存儲(chǔ)器和控制邏 輯 高 速 緩 存 溫度傳 感器 高溫觸發(fā) TH 低溫觸發(fā) TL 配置寄存 器 8 位 CRC 發(fā)生器 圖 3.4 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 3.3 顯示電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)顯示電路采用四位七段共陽極數(shù)碼管來顯示測量得到的溫度值。LED 數(shù)碼管能在低電壓工作，而且體積小、重量輕、使用壽命長，因此本次設(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 的引腳，

13、是某些段點(diǎn)亮，某些段處于熄 滅狀態(tài)。數(shù)碼光顯示電路分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 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。下一刻該改變所 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。DS18B20 采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)分析在該數(shù) 碼管上顯示。 圖 3.5 四位七段共陽極數(shù)碼管 3.4 溫度調(diào)節(jié)設(shè)置按鍵電路 通過四個(gè)外圍按鍵與單片

14、機(jī) AT89C52 直接相連，用戶可根據(jù)需要設(shè)置自己 想要控制的正常范圍內(nèi)任意想要溫度。 圖 3.6 溫度調(diào)節(jié)設(shè)置按鍵圖 3.5 復(fù)位電路 進(jìn)行復(fù)位工作是單片機(jī)進(jìn)入工作的狀態(tài)的初始化操作，是 CPU 和系統(tǒng)中的 其它部件都處于一個(gè)確定初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。另外當(dāng)程序運(yùn)行 錯(cuò)誤或由于錯(cuò)誤操作而是單片機(jī)進(jìn)入鎖死狀態(tài)的時(shí)侯。也可以通過復(fù)位操作進(jìn) 行的從新啟動(dòng)的操作。等到復(fù)位以后，單片機(jī)的計(jì)算機(jī)初始值被初始化。 圖 3.7 復(fù)位電路 3.6 時(shí)鐘電路 對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)工程的時(shí)鐘電路，都是用于單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)， 單片機(jī)只有在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，其各部件之間才能協(xié)調(diào)一致工作，時(shí)鐘信號(hào) 控制著

15、計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 在單片機(jī)的 TXAL1、TXAL12、之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，可以 喝單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。 這種方式稱之為內(nèi)部的時(shí)鐘源方式。電容 C4 和 C5 的主要作用是幫助振蕩器起 振，且振蕩器大小對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，在 80C51 系列中電容的大小 20 微法。 另外，振蕩器的頻率只要由石英晶振的頻率來決定本次設(shè)計(jì)選用 12MHz。 圖 3.8 時(shí)鐘電路 3.7 溫度報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電。 當(dāng)所測溫度超過獲低于所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警輸出。報(bào) 警電路硬件連接見

16、圖 3.7。 圖 3.9 蜂鳴器電路連接圖 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 主程序設(shè)計(jì) 主程序模塊主程序需要調(diào)用 4 個(gè)子程序，分別為數(shù)碼管顯示程序，溫 度測試及處理子程序，報(bào)警子程序，中斷設(shè)定子程序。各模塊程序功能如下： 數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。 溫度測試及處理程序：對(duì)溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷 和顯示。 報(bào)警子程序：進(jìn)行溫度上下限判斷及報(bào)警輸出。 中斷設(shè)定程序：實(shí)現(xiàn)設(shè)定上下限報(bào)警功能。 主程序流程圖見圖 4.1。 圖 4.2 DS18B20 初始化流程圖 圖 4.1 主程序流程圖 4.2 溫度檢測裝置設(shè)計(jì) 溫度檢測流程 DS18B20 在

17、單片機(jī)控制下分三個(gè)階段: 18B20 初始化：初始化流程圖見 4.2 讀 18B20 時(shí)序：讀 DS18B20 流程見圖 4.3 寫 18B20 時(shí)序：寫 18B20 流程見圖 4.4 圖 4.3 讀 DS18B20 流程圖 發(fā)出 DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過 ROM 命 令 發(fā)出度溫度命令 讀取操作，CRC 命令 9 字節(jié)完？ CRC 效驗(yàn)，正確 移入溫度暫存器 結(jié)束 DS18B20 寫開始 設(shè)置串行位數(shù)為 8 DQ 清零，將 DQ 總線電平拉低 延時(shí) 15us 寫入一位數(shù)據(jù) 延時(shí) 15us DQ 置 1 設(shè)置為恢復(fù)狀態(tài) 8 為數(shù)據(jù)送完否 DS18B20 寫入結(jié)束 圖 4.4 寫 DS1

18、8B20 流程圖 4.3 中斷設(shè)定子程序設(shè)計(jì) 中斷模塊采用了外中斷和內(nèi)中斷套用方法。當(dāng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)上下限報(bào) 警時(shí)，利用 INT0 口進(jìn)行中斷，set 鍵進(jìn)行上下限報(bào)警溫度設(shè)定，進(jìn)入溫度設(shè)定 狀態(tài)后（按一下溫度設(shè)定鍵），首先會(huì)提示顯示“UP”字母，表示要用戶設(shè)定 高溫報(bào)警溫度，按 S3 鍵 ，表示本位數(shù)字+1，按 S4 表示移向下一位，如 果 4 位高溫設(shè)定完畢，則顯示“DO”，表示要用戶設(shè)定低溫報(bào)警溫度。4 位低溫設(shè) 定完畢，如果用戶設(shè)置的高溫比設(shè)定的低溫高的話則顯示“ERRO”表示錯(cuò)誤提 示，同時(shí)會(huì)有蜂鳴器及時(shí)報(bào)警提示，然后自動(dòng)顯示“UP”，讓用戶重新進(jìn)行溫 度設(shè)定。中斷設(shè)定子程序流程圖見下

19、圖 圖 4.5 中斷設(shè)定子程序流程圖 4.4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 報(bào)報(bào)警警程程序序 讀讀取取出出溫溫度度值值C 清清除除報(bào)報(bào)警警標(biāo)標(biāo)志志位位 CMAX？ C0;x-) for(y=110;y0;y-); void dsinit()/ds18b20 初始化 uint i; ds=0; i=100; while(i0)i-; ds=1; i=4; while(i0)i-; void dswait() uint i; while(ds); while(ds); i=4; while(i0)i-; bit readbit()/讀一位 uint i; bit b; ds=0; i+; ds=1; i+; i+

20、; b=ds; i=8; while(i0)i-; return b; uchar readbyte()/讀一個(gè)字節(jié) uint i; uchar j,k; for(i=0;i8;i+) j=readbit(); k=(j1); return k; void writebyte(uchar dat)/寫一個(gè)字節(jié) uint i; uchar j; bit b; for(j=0;j1; if(b) ds=0; i+; i+; ds=1; i=8; while(i0)i-; else ds=0; i=8; while(i0)i-; ds=1; i+; i+; void sendchangcmd()/發(fā)

21、送溫度轉(zhuǎn)換命 令 dsinit(); dswait(); delay(5); writebyte(0 xcc); writebyte(0 x44); void sendreadcmd()/發(fā)送讀溫度命令 dsinit(); dswait(); delay(5); writebyte(0 xcc); writebyte(0 xbe); uint gettemvalue()/得到當(dāng)前溫度值 uint temvalue; uchar low,high; uint value; float t; sendreadcmd(); low=readbyte(); high=readbyte(); temva

22、lue=high; temvalue=temvalue0?0.5:-0.5); return value; void display(uint v)/四位數(shù)碼管顯示 uchar dates=0,0,0,0; dates0=v/1000; dates1=v%1000/100; dates2=v%100/10; dates3=v%10; P0=tabledates0; /送段數(shù)據(jù) wela4=0; delay(5); wela4=1; P0=0 xff; P0=tabledates1; wela3=0; delay(5); wela3=1; P0=0 xff; P0=tablewidthdotdates2; wela2=0; delay(5); wela2=1; P0=0 xff; P0=tabledates3; wela1=0; delay(5); wela1=1; P0=0 xff; void baojing()/報(bào)警 uchar