基于DS18B20的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 2012 2013 學(xué)年 第 2 學(xué)期 單片機(jī)原理與應(yīng)用課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 題 目：基于DS18B20的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè): 自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣工程系2013年5月3日任務(wù)書 課題名稱基于DS18B20的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師（職稱）林開司設(shè)計(jì)目的 (1)學(xué)會(huì)LED數(shù)碼管的顯示方法；(2)學(xué)會(huì)使用pertues仿真軟件進(jìn)行電路仿真；(3)熟悉DS18B20的相關(guān)知識(shí)，并學(xué)會(huì)使用該傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)的編程方法。(4)通過基于數(shù)碼管的DS18B20溫度傳感器的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 實(shí)踐，從而加強(qiáng)我們對(duì)單片機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和興趣，培養(yǎng)我們 綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決

2、實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力。設(shè)計(jì)要求要求：設(shè)計(jì)一個(gè)基于DS18B20的溫度控制系統(tǒng)，其可實(shí)現(xiàn)的功能為：（1）使用DS18B20溫度傳感器采集當(dāng)前的溫度，并采集的溫度值送數(shù)碼管顯示。（2）設(shè)計(jì)溫度的上下界限，超過溫度上限或下限時(shí)，蜂鳴器報(bào)警同時(shí)一個(gè)發(fā)光二極管閃爍報(bào)警 摘 要 通過系統(tǒng)的分析和總結(jié) ,得出溫室大氣溫度信號(hào)的采集傳感器件所需的測(cè)量程小 ,精確度不高 ,抗干擾性較強(qiáng) ,經(jīng)濟(jì)性較好的結(jié)論。并以此為依據(jù) ,選用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器為溫度采集器件 ,進(jìn)行了溫度采集系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì) ,實(shí)現(xiàn)了采集系統(tǒng)分布式采集溫度信號(hào)的功能。同時(shí) ,通過串行總線完成了采集系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)的連接 ,實(shí)現(xiàn)

3、了采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控功能。關(guān)鍵詞 溫度采集；DS18B20溫度傳感器；仿真；單片機(jī) 基于DS18B20的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄摘 要II第一章 DS18B20溫度傳感器21.1 DS18B20的工作原理21.2 DS18B20的使用方法4第二章 單片機(jī)AT89C5172.1 AT89C51簡(jiǎn)介72.2 AT89C51功能72.3 AT89C51引腳7第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)103.1測(cè)溫控制電路原理圖103.2 上電復(fù)位電路103.3 時(shí)鐘電路103.4數(shù)碼管顯示電路113.5 溫度報(bào)警電路13第四章 程序設(shè)計(jì)144.1 DS18B20復(fù)位檢測(cè)子程序流程圖144.2 溫度轉(zhuǎn)換子程序圖144.3

4、 寫DS18B20子程序圖145.4 讀DS18B20子程序圖154.5 溫度計(jì)算子程序圖16第五章 調(diào)試與仿真16第六章 結(jié)論與體會(huì)18參考文獻(xiàn)19附 錄：19答辯記錄及評(píng)分表23 第一章 DS18B20溫度傳感器1.1 DS18B20的工作原理DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和

5、溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 圖1-1DS18B20數(shù)字溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （1）光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻R

6、OM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。（2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。 表1-1: DS18B20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位

7、為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。 表1-2: DS18B20溫度數(shù)據(jù)表（3）DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。（4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下：TMR1R011111 表1-3： 配置寄存器結(jié)

8、構(gòu)低五位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms 表1-4： 溫度分辨率設(shè)置表序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ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。3VDD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。 表1-5 引腳功能 1.2 DS18B20的使用

9、方法 由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì)DS18B20芯片的訪問。 由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)

10、讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20的初始化 （1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。 （2） 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） （3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。 （4） 延時(shí)750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480到960微秒）。 （5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。 （6） 延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。 （7） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的

11、高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。 （8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。 DS18B20的寫操作 （1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。 （2） 延時(shí)確定的時(shí)間為15微秒。 （3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 （4） 延時(shí)時(shí)間為45微秒。 （5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 （6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 （7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 DS18B20的讀操作 （1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 （2）延時(shí)2微秒。 （3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。 （4）延時(shí)3微秒。 （5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 （6）延時(shí)5微秒。 （7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到

12、1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 （8）延時(shí)60微秒。 ROM指令表1-6 ： 指 令 約定代碼功 能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址） 符合 ROM 55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS1820 的讀寫作準(zhǔn)備。 搜索 ROM 0FOH用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。 跳過 ROM 0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。 告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只

13、有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。 RAM指令表1-7： 指 令 約定代碼功 能溫度變換44H啟動(dòng)DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 復(fù)制暫存器 48H 將RAM中第3 、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。 重調(diào) EEPROM 0B8H 將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3 、4字節(jié)。 讀供電方式 0B4H 讀DS1820的供電模式。寄生供電時(shí)DS182

14、0發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 DS1820發(fā)送“ 1 ”。 第二章 單片機(jī)AT89C51 2.1 AT89C51簡(jiǎn)介AT89S51美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K BytesISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及AT89C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元。單片機(jī)AT89S51強(qiáng)大的功能可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。2.2 AT89C51功能 AT8

15、9S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：40個(gè)引腳、4K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、128 Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷、2個(gè)數(shù)據(jù)指針、2個(gè)16位可編 程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、2個(gè)全雙工串行通信口、看門狗（WDT）電路、片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。此外，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式,空閑模式，CPU暫停工作，而RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PL

16、CC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。2.3 AT89C51引腳P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口:P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)

17、可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(I)。P2口:P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口, P2口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(I)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVXDPTR指令)時(shí),P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)寄存器(例如執(zhí)行MOVXRi指令)時(shí),P2口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中P2寄存

18、器的內(nèi)容),在整個(gè)訪問期間不改變。P3口: P3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向8位I/O口, P3口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫“1”時(shí),它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入口使用時(shí),被外部信號(hào)拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(I)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)間將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平,設(shè)置SFR AUXR的DISRTO位(地址8EH)可打開或關(guān)閉該功能。 DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸

19、出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部寄存器,ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。值得注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要,可通過對(duì)特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的D0位置位,可禁止ALE操作。該位置位后,只要一條MOVX和MOVC指令才會(huì)激活A(yù)LE。此外,該引腳會(huì)被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),應(yīng)設(shè)置ALE無效。：程序存儲(chǔ)允許()輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩

20、次有效,即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),沒有兩次有效的信號(hào)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平(接地)。需要注意的是:如果加密位LB1被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端保持高電平(接VCC端)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 AT89C51與DS18B20連接的Proteus電路原理圖2-1第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1測(cè)溫控制電路原理圖51單片機(jī)是此硬件電路設(shè)計(jì)的核心，單片機(jī)和DS18B20的電路連接如第二章圖2-1所示。 3.2 上電復(fù)位電路圖3-1 上電復(fù)位電路本設(shè)計(jì)中AT89C51是采

21、用上電自動(dòng)復(fù)位，如圖4-2所示。上電瞬間，RC電路充電，RST引線端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。3.3 時(shí)鐘電路此處選用內(nèi)部時(shí)鐘方式。即利用其內(nèi)部的振蕩電路在XTAL1和XTAL2引線上外接定時(shí)組件，內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩。最常用的是在 XTAL1和XTAL2之間接晶體振蕩器與電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖3-2電路.圖3-2 時(shí)鐘電路3.4數(shù)碼管顯示電路發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。它使用了8個(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)顯示字符，1個(gè)顯示小數(shù)點(diǎn)，故通常稱之為7段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器，如圖4-5所示。

22、 為了顯示字符，要為 LED顯示器提供段碼（或稱字形代碼），組成一個(gè)“8”字形的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED顯示的段碼為1個(gè)字節(jié)。各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：段碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp g f e d c b a 表格3-1 各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接+5 V, 每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入低電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)則不點(diǎn)亮。 共陽極 顯示段碼圖3-3 LED數(shù)碼顯示器的顯示段碼本設(shè)計(jì)采用LED數(shù)碼管顯示電路，該顯示電路由7段

23、共陽數(shù)碼管，限流電阻，三極管，基極電阻，P0口，P2口等組成。P0口通過與電阻排與數(shù)碼管的8個(gè)數(shù)據(jù)位相連，送顯示數(shù)碼。電阻即可起到限流作用，又可起到上拉電阻的作用。P2口的P2.0P2.3通過4個(gè)10k的電阻和4個(gè)三極管與4個(gè)7段數(shù)碼管相連，起位選的作用。數(shù)碼管顯示電路的原理圖如圖4-6 。圖3-4數(shù)碼管顯示電路圖3.5 溫度報(bào)警電路溫度報(bào)警電路是檢測(cè)當(dāng)前溫度的值并與預(yù)置的溫度上下限進(jìn)行比較，當(dāng)當(dāng)前溫度超出預(yù)置的溫度上下限時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警電路是由聲光報(bào)警電路組成，用到了蜂鳴器和LED發(fā)光二極管。原理圖如圖4-7：圖3-5溫度報(bào)警電路第四章 程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的程序編

24、寫主要是對(duì)DS18B20溫度傳感器的程序設(shè)計(jì)，下面主要對(duì)DS18B20的程序編寫進(jìn)行說明。4.1 DS18B20復(fù)位檢測(cè)子程序流程圖主機(jī)控制DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平)，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測(cè)到I/O引腳上的上升沿之后，等待15-60us然后發(fā)出存在脈沖(60-240us的低電平)。如圖5-3所示。圖4-1 初始化程序DS18B20復(fù)位檢測(cè)子程序的主要功能為檢測(cè)DS18B20是否存在。若存在則將標(biāo)志位FLAG1置1，反則置0.后續(xù)程序可以通過判斷標(biāo)志位來決定進(jìn)行何種操作。流程圖如圖5-2:開始發(fā)跳過rom

25、命令寫入子程序發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令返回圖4-2 溫度轉(zhuǎn)換子程序4.2 溫度轉(zhuǎn)換子程序圖溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，流程圖如圖4-2：4.3 寫DS18B20子程序圖寫時(shí)間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。在15us之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)在線，在15us到60us之間對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平，寫0就發(fā)生。在開始另一個(gè)寫周期前必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。其寫時(shí)序圖4-3，流程圖如圖4-5：圖4-3 寫時(shí)序YN開始R2=8寫之前復(fù)位CLR DQ延時(shí)16us以上RRC A延時(shí)100us DQ=1R2=0

26、返回SETB DQ圖4-4寫入DS18B20子程序圖CLR CYN開始發(fā)DS18B20復(fù)位命令跳過rom命令發(fā)讀溫度命令8位元組完返回存入溫度緩存器圖4-5讀溫度子程序圖讀操作5.4 讀DS18B20子程序圖 讀時(shí)間片:主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后15us內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為60us,各個(gè)讀周期之間也必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。如圖5-8.讀溫度子程序只讀出DS18B20緩存器前4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)：溫度值LSB溫度值MSB、溫度報(bào)警值TH和TL，并將它們分別存入25H28H單元中。如圖4-6：圖4-

27、6讀時(shí)序4.5 溫度計(jì)算子程序圖溫度計(jì)算子程序首先判斷溫度值MSB的符號(hào)位，當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正，可以直接將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。計(jì)算時(shí)先將溫度值LSB的低四位取出，進(jìn)行小數(shù)部分?jǐn)?shù)據(jù)處理。再將溫度值LSB的高四位和溫度值MSB的低四位取出，重新組合后進(jìn)行整數(shù)部分?jǐn)?shù)據(jù)處理。如圖5-9：NY溫度零下溫度值取補(bǔ)碼置“-”標(biāo)志置“+”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)字BCD值計(jì)算整數(shù)字元BCD值返回開始圖4-7計(jì)算溫度BCD碼子程序第五章 調(diào)試與仿真本設(shè)計(jì)的程序編輯完成以后，通過keil編程軟件來調(diào)試，經(jīng)過多次的修改調(diào)試。軟件的仿

28、真是用的Proteus ISIS，是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。將設(shè)計(jì)的電路圖連接好，將程序加入到AT89C51中，進(jìn)行仿真，和多次的修改，最終得到預(yù)測(cè)的結(jié)果。仿真電路完整圖如下：正溫度仿真 Proteus仿真總電路圖-1 5-1負(fù)溫度仿真 Proteus仿真總電路圖-2 5-2 第六章 結(jié)論與體會(huì) 傳統(tǒng)的檢測(cè)大氣溫度的手段大多采用模擬溫度傳感器采集數(shù)據(jù) ,并且需要經(jīng)過一系的 A /D轉(zhuǎn)換、 信號(hào)放大和濾波等過程。由于在電路設(shè)計(jì)、元件選擇和軟件設(shè)計(jì)等方面存在諸多因素的影響 ,往往容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定 ,并且擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)化程度也非常差。筆者系統(tǒng)地分析并歸納了溫室大氣的溫

29、度數(shù)據(jù)特征 ,并采用 DS18B20溫度傳感器設(shè)計(jì)了溫室溫度采集系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)踐論證 ,該系統(tǒng)可在 10 85 實(shí)現(xiàn) 0. 5 的采集精度。同時(shí) ,基于 51單片機(jī)和 DS18B20數(shù)字傳感器的采集系統(tǒng)具有硬件接線簡(jiǎn)單、 測(cè)量精度高、 穩(wěn)定性好和抗干擾性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。溫室溫度采集系統(tǒng)通過串行總線實(shí)現(xiàn)與上位監(jiān)控機(jī)的連接 ,使系統(tǒng)具備了遠(yuǎn)程監(jiān)控能力 ,從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控溫室內(nèi)大氣溫度數(shù)據(jù)的功能。該系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域和其他工業(yè)領(lǐng)域均具備了良好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。 一周的課程設(shè)計(jì)，使我們有了很多的心得體會(huì)一開始接觸這個(gè)課題時(shí)我還不知道該從何下手，很多東西不知該如何實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過一星期的努力，在圖書館和網(wǎng)上查

30、資料，小組討論，終于是完成了任務(wù)。通過這次設(shè)計(jì)加深了我們對(duì)這門課程的了解，以前總是覺得理論結(jié)合不了實(shí)際，但通過這次設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識(shí)到了理論結(jié)合實(shí)際的重要性。但由于我們知識(shí)的限制，設(shè)計(jì)還有很多不足之處，希望老師指出并教導(dǎo)。 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。很感激學(xué)校給了我們這次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓我們學(xué)生有了一個(gè)共同學(xué)習(xí)，增長(zhǎng)見識(shí)，開拓視野的機(jī)會(huì)。也感謝老師對(duì)我們的指導(dǎo)，我們會(huì)以這次課程設(shè)計(jì)作為對(duì)自己的激勵(lì)，繼續(xù)學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)1 彭桂蘭,張學(xué)軍,張新東.溫室環(huán)境計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) J

31、.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2001.2 彭里.溫室大棚檢測(cè)控制系統(tǒng)的研究 J .計(jì)算機(jī)工程,2000.3 何鵬,袁其,丁春欣.傳感器在溫室大棚環(huán)境控制中的應(yīng)用 J .計(jì)算機(jī)與農(nóng)業(yè),2002.4 崔志富,趙亭荃,李建國(guó).溫度傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 J .現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2002.5 周月霞,孫傳友. DS1820傳感器及其測(cè)溫方法的改進(jìn) J .石油儀器,2002.6 蘇麟祥. DS1820數(shù)字溫度傳感器的功能特性及其設(shè)計(jì) J .世界采礦快報(bào),2000.7 JAN AXELS ON.串行端口大全 M .精英科技,譯.北京:中國(guó)電力出版社,2001.附 錄：#include#include#define ucha

32、r unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P24;unsigned char flag,presence; /負(fù)數(shù)標(biāo)志uchar code scan8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;uchar code table13=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x39,0x00;uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;uchar dispbuf8;uchar te