畢業(yè)論文DS18B20數(shù)字溫度計的設計

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1、 數(shù)字溫度計的設計 目 錄 第一節(jié) 引言............................................3 1.1 DS18B20引腳功能....................................................4 第二節(jié) DS18B20數(shù)字溫度計的硬件結構設計.................5 2.1 總體設計框圖.......................................................5 2.1.1 主控制器............................

2、..........................5 2.1.2 顯示電路...................................................5 2.1.3 溫度傳感器..............................................5 2.2 DS18B20溫度傳感器與單片機的借口電路................................6 2.3 系統(tǒng)整體硬件電路....................................................7 2.3.1 主板電路.......

3、................................................7 2.3.2 系統(tǒng)板上硬件連接...........................................7 第三節(jié) 軟件設計.........................................8 3.1 主程序..............................................................8 3.2 讀出溫度子程序...............................................

4、.......8 3.3 溫度轉換命令子程序..................................................9 3.4 計算溫度子程序......................................................9 3.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序.................................................10 第四節(jié) 總結與體會.....................................10 致謝....................................

5、...............10 參考文獻...............................................11 附錄 匯編源程序代碼...................................12 DS18B20數(shù)字溫度計的設計 摘 要 ： 本論文介紹了一種以單片機為主要控制器件，以DS18B20為溫度傳感器的新型數(shù)字溫度計。主要包括硬件電路的設計和系統(tǒng)程序的設計。硬件電路主要包括主控制器，測溫電路和顯示電路等，主控制器采用單片機AT89C2051，溫度傳感器采用美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20，

6、顯示電路采用4位共陽極LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法直讀顯示。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。此外，還介紹了系統(tǒng)的調試和性能分析。 由于采用了改進型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，與傳統(tǒng)的溫度計相比，本數(shù)字溫度計減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。DS18B20溫度計還可以在高溫報警、遠距離多點測溫控制等方面進行應用開發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。 關鍵詞：單片機，主控制器，溫度傳感器，DS18B20，AT89C51, 顯示電路,數(shù)字溫度計 第一節(jié) 引言 隨著電子技術的迅速發(fā)展，計算機已深入的滲透到我

7、們的生活中，就51系列而言，由于Intel公司將其內核使用權以專利互換或出售的形式轉給世界許多著名IC制造商，隨著計算機技術的不斷發(fā)展，在工業(yè)測量控制領域內單片機的應用越來越廣泛。同時，隨著超大規(guī)模集成電路工藝和集成制造技術的不斷完善，單片機的硬件集成度也不斷提高，已經(jīng)出現(xiàn)了能滿足各種不同需求、具有各種特殊功能的單片機，這類單片機具有集成度高、性能價格比優(yōu)越、貨源充足等優(yōu)點，在工業(yè)測量領域內獲得了極為廣泛的應用價值。 溫度是一個十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極

8、其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進了溫度傳感器的發(fā)展。 本應用系統(tǒng)設計的目的是通過在“單片機原理及應用”課堂上學習的知識，以及查閱資料，培養(yǎng)一種自學的能力。并且引導一種創(chuàng)新的思維，把學到的知識應用到日常生活當中。在設計的過程中，不斷的學習，思考和同學間的相互討論，運用科學的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學會對常見問題的處理方法，積累設計系統(tǒng)的經(jīng)驗，充分發(fā)揮教學與實踐的結合。全能提高個人系統(tǒng)開發(fā)的綜

9、合能力，開拓了思維，為今后能在相應工作崗位上的工作打下了堅實的基礎。 本課題研究的內容就是以單片機為主要控制元件，通過溫度傳感器實現(xiàn)對溫度的測量，并通過數(shù)碼管直接顯示所測溫度。由于本人所學知識有限，設計過程中難免出現(xiàn)錯誤，還請各位老師批評指正。 1.1 DS18B20引腳功能 　　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見圖1，其引腳功能描述見表1。 （底視圖）圖1 　 表1　DS18B20詳細引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3

10、 VDD 可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 第2節(jié) DS18B20數(shù)字溫度計的硬件結構設計 2.1 總體設計框圖 溫度計電路設計總體設計方框圖如圖2所示，控制器采用單片機AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20,用LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。 圖2 總體設計方框圖 2.1.1 主控制器 單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 2.

11、1.2 顯示電路 顯示電路采用共陽LED數(shù)碼管，從P1.0—P1.7串口輸出段碼。 2.1.3 溫度傳感器 DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9--12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下： （1）、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信； （2）、在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號； （3）、實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫； （4）、測量溫度范圍在－55。C到＋125。C之間； （5）、數(shù)字

12、溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇； （6）、內部有溫度上、下限告警設置； DS18B20采用3腳PR--35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖3所示。 圖3 DS18B20內部結構 2.2 DS18B20溫度傳感器與單片機的借口電路 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腳座位信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4所示單片機端口接單線總線，為保證在有效地DS18B20時鐘周期內提供足夠的電源，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。 當DS18B

13、20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。 圖4 DS18B20與單片機的接口電路 2.3 系統(tǒng)整體硬件電路 2.3.1 主板電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括：傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，單片機主板電路等，如圖5所示。 2.3.2 系統(tǒng)板上硬件連接 （1） .把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0--P0.7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端子上。 （2） .把“單片機系

14、統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0--P2.7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的 S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。 （3） .把DS18B20芯片插入“四路單總線”區(qū)域中的任一個插座中，注意電源與地信號不要接反。 （4） .把“四路單總線”區(qū)域中的對應的DQ端子連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.7/RD端子上。 第3節(jié) 軟件 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 3.1 主程序 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，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度

15、，其程序流程見圖6所示。 圖6 主程序流程圖 圖7 讀溫度流程圖 3.2 讀出溫度子程序 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(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖7所示。 圖8 溫度轉換流程圖 3.3 溫度轉換命令子程序 溫度轉換命令子程序主要是溫度轉換開始命令，當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms，在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程圖如上圖8所示。 3.4 計算溫度子程序 計算溫度子程序將R

16、AM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖9所示。 圖9 計算溫度流程圖 圖10 顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖 3.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對現(xiàn)實緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖10所示。 第4節(jié) 總結與體會 經(jīng)過這段時間的努力，終于完成了我的DS18B20數(shù)字溫度計的設計，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底里說，還是非常開心的，高興之余不得不深思呀！ 在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多問題，雖然以前也做過這樣類似的設計但

17、這次設計真的讓我長進了很多，單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙地程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺得寫好一個程序并不是一件簡單的事。舉個例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時我用的都是BCD碼，這一次，我全部用的都是16進制的數(shù)直接加減，顯示處理時在用除法去刪分，感覺效果比較好，有好多的東西，只要我們去試著做了，才能真正的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更說不上掌握。 從這次的設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單片機更應該這樣，程序只有在經(jīng)常地寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次設計中的最大收獲。

18、參考文獻 [1] 李朝青.單片機原理及接口技術（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學出版社，1998 [2] 李廣弟.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994 [3] 閻石.數(shù)字電子技術基礎（第三版）.北京：高等教育出版社，1989 [4] 廖常初.現(xiàn)場總線概述[J].電工技術，1999 [5] 張靖武，周靈彬.單片機原理、應用與PROTEUS仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2007 附錄 匯編源程序代碼 ORG 00H TMPL EQU 29H ;用于保存讀出溫度的低8位

19、 TMPH EQU 28H ;用于保存讀出溫度的高8位 FLAG1 EQU 38H ;是否檢測到DS18B20標志位27H.0 DATAIN BIT P3.7 MAIN: LCALL GET_TEMPER ;調用讀溫度子程序 LCALL CVTTMP LCALL DISP1 AJMP MAIN ;DS18B20復位初始化子程序 INIT_1820: SETB DATA

20、IN NOP CLR DATAIN ;主機發(fā)出延時537ms的復位低脈沖 MOV R1,#3 TSR1: MOV R0,#107 DJNZ R0,$ DJNZ R1,TSR1 SETB DATAIN ;然后拉高數(shù)據(jù)線 NOP NOP NOP MOV R0,#25H TSR2

21、: JNB DATAIN,TSR3 ;等待DS18B20回應 DJNZ R0,TSR2 CLR FLAG1 ;清標志位，表示DS18B20不存在 SJMP TSR7 TSR3: SETB FLAG1 ;置標志位，表示DS18B20存在 CLR P1.7 ;檢測到DS18B20就點亮P1.7LED MOV R0,#117 TSR6: DJN

22、Z R0,$ ;時序要求延時一段時間 TSR7: SETB DATAIN RET ;讀出轉換后的溫度值 GET_TEMPER:SETB DATAIN LCALL INIT_1820 ;先復位DS18B20 JB FLAG1,TSS2 NOP RET ;判斷DS18B20是否存在？若DS18B20不存在，則返回 TSS2:

23、 MOV A,#0CCH ;跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ;發(fā)出溫度轉換命令 LCALL WRITE_1820 ACALL DISP1 LCALL INIT_1820 ;準備讀溫度前先復位 MOV A,#0CCH ;跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV

24、 A,#0BEH ;發(fā)出溫度轉換命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 ;將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35H/36H RET ;寫DS18B20的子程序（有具體的時序要求） WRITE_1820:MOV R2,#8 ;一共8位數(shù)據(jù) CLR C WR1: CLR DATAIN MOV R3,#6

25、DJNZ R3,$ RRC A MOV DATAIN,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB DATAIN NOP DJNZ R2,WR1 SETB DATAIN RET ;讀DS18B20的程序，從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù) READ_18200:MOV R4,#2

26、 ;將溫度高位和低位從DS18B20中讀出 MOV R1,#29H ;低位存入29H(TEMP_L)中，高位存入28H(TEMPH)中 RE00: MOV R2,#8 ;數(shù)據(jù)一共有8位 RE01: CLR C SETB DATAIN NOP NOP CLR DATAIN NOP NOP NOP

27、 SETB DATAIN MOV R3,#9 RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,DATAIN MOV R3,#23 RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV @R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET CVTTMP:

28、 MOV A,TMPH ANL A,#80H JZ TMPC1 CLR C MOV A,TMPL CPL A ADD A,#1 MOV TMPL,A MOV A,TMPH CPL A ADDC A,#0 MOV TMPH,A MOV

29、73H,#0BH ;顯示負號”-“ SJMP TMPC11 TMPC1: MOV 73H,#0AH ;正數(shù)符號不顯示 TMPC11: MOV A,TMPL ANL A,#0FH MOV DPTR,#TMPTAB MOVC A,@A+DPTR MOV 70H,A ;小數(shù)部分 MOV A,TMPL ANL A,#0

30、F0H SWAP A MOV TMPL,A MOV A,TMPH ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TMPL H2BCD: MOV B,#100 DIV AB JZ B2BCD1 MOV 73H,A ;百位不等于0時，保存 B2BCD1: MOV A,#10

31、 XCH A,B DIV AB MOV 72H,A ;十位 MOV 71H,B ;個位 TMPC12: NOP DISBCD: MOV A,73H ANL A,#0FH CJNE A,#1,DISBCD0 SJMP DISBCD1 ;百位為1，個位、十位不管是不是0，都要顯示 DISBCD0: MOV A,72H

32、 ;百位不為1，就是0A不顯示，0B為負號 ANL A,#0FH ;十位是0時，正數(shù)只顯示個位 JNZ DISBCD1 ;十位是0時，負數(shù)的負號移到十位的位置上 MOV A,73H ;此時百位不顯示，為0BH MOV 72H,A MOV 73H,#0AH DISBCD1: RET TMPTAB: DB 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9 DIS

33、P1: MOV R1,#70H MOV R5,#0FEH PLAY: MOV P1,#0FFH MOV A,R5 MOV P2,A MOV A,@R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A MOV A,R5 JB ACC.1,LOOP1

34、 CLR P1.7 ;顯示小數(shù)點 LOOP1: LCALL DL1MS INC R1 MOV A,R5 JNB ACC.3,ENDOUT RL A MOV R5,A SJMP PLAY ENDOUT: MOV P1,#0FFH ;關顯示，消串影 MOV P2,#0FFH RET TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH DL1MS: MOV R6,#14H DL1: MOV R7,#100 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL1 RET END