基于DS18B20設(shè)計(jì)的溫度顯示器

1、山東理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2011）單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)用LED數(shù)碼管和DS18B20設(shè)計(jì)的溫度顯示器目 錄1.概述11.1課題研究背景和意義11.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容12.課程方案設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求22.2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證22.2.1方案一22.2.2方案二23.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1總體設(shè)計(jì)53.2單片機(jī)最小運(yùn)行系統(tǒng)53.3溫度傳感器(DS18B20)電路63.3.1 DS18B20基本介紹63.3.2 DS18B20控制方法73.3.3 DS18B20供電方式73.4七段數(shù)碼管顯示電路73.5驅(qū)動(dòng)電路84.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)94.1程序結(jié)構(gòu)分析94.2系統(tǒng)程序流圖95.軟硬件聯(lián)調(diào)135.1

2、軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施135.2實(shí)物圖135.3調(diào)試結(jié)果13結(jié)束語(yǔ)14參考文獻(xiàn)15附 錄16附錄1：基于單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖17附錄2：基于單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB圖18附錄3：proteus仿真圖19附錄4：基于單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)C語(yǔ)言程序清單20附錄5: 基于單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件目錄表241.概述1.1課題研究背景和意義溫度控制是工業(yè)自動(dòng)控制的重要組成部分，在工業(yè)、電子、化工精度實(shí)驗(yàn)等諸多領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，而溫度測(cè)量又是溫度控制當(dāng)中重要的一環(huán)。將現(xiàn)場(chǎng)溫度控制在一定范圍內(nèi)，是在各種實(shí)際應(yīng)用的重要保證和前提。因此溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中十分重要。

3、由于現(xiàn)代工藝越來(lái)越多的需要對(duì)實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，而且需要的精度越來(lái)越高。所以溫度控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外許多有關(guān)人員的重視，得到了十分廣泛的應(yīng)用。溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，而且成果顯著。由于單片微處理器的性能日益提高、價(jià)格又不斷降低，使其性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)非常明顯?！坝肔ED數(shù)碼管和DS18B20設(shè)計(jì)的溫度顯示器”課程設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)以一個(gè)單片機(jī)為控制核心的溫度自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)， 本課題的研究意義如下：(1）它是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，對(duì)它的設(shè)計(jì)和制作可以靈活運(yùn)用在單片機(jī)課程中所學(xué)的知識(shí)，并使之得到鞏固和提高。 (2)它的測(cè)溫部分采用了美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的DS18B20一線式數(shù)字式溫度傳感器，DS18B20是最

4、新一代的測(cè)溫器件，具有許多優(yōu)點(diǎn)，它正在逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)溫元件熱敏電阻和熱電偶。它的最主要的優(yōu)點(diǎn)是把溫度轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的串行通訊集成為一體，而且它的體積很小，非常便于構(gòu)成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。 1.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容本課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)并制作用LED數(shù)碼管和DS18B20設(shè)計(jì)的溫度顯示器，即根據(jù)溫度傳感器感受室溫，通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。它能感受微小的溫度誤差，靈敏度為0.1攝氏度。靈活方便，用途廣泛。設(shè)計(jì)溫度顯示器的硬件電路與軟件控制程序，對(duì)硬件電路與軟件程序分別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的實(shí)物。2.課程方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求 該系統(tǒng)組要有STC89C51為核心的主控電路測(cè)

5、溫電路（DS18B20）、LED顯示電路。2.2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證2.2.1方案一用鉑電阻測(cè)溫的非線性校正方法，采用橋式電路將熱敏電阻的感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，再加上放大器將信號(hào)放大，并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器，在通過(guò)顯示電路，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。圖2-1鉑電阻橋式測(cè)溫電路2.2.2方案二考慮使用數(shù)字溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只DS18B20溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。圖2-2 DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)框圖2.2.3方案比較 方案一采用模擬溫度傳感器，數(shù)據(jù)處理麻煩，且容易產(chǎn)生信號(hào)失真. DS18B20可以直接溫度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)

6、，供單片機(jī)進(jìn)行處理，具有低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖2-3所示。STC89C52CPUDS18B20溫度芯片LED顯示報(bào)警電路電源圖2-3 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案 DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（按9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片，它具有三引腳TO-92小體積封裝形式，溫度測(cè)

7、量范圍55125，可編程為912位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，業(yè)可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到三根或者兩根線上，CPU只需一根端口線就能與多個(gè)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。從而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。圖2-4 溫度芯片DS18B203.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)根據(jù)第2節(jié)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體電路如附錄1所示，下面具體介紹每一部分的設(shè)計(jì)。3.2單片機(jī)最小運(yùn)行系統(tǒng)a)晶振晶振為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)

8、XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中間再并個(gè)12MHZ的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路。圖3-1 晶振電路b)復(fù)位電路單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。 圖3-2 復(fù)位電路 ALE引腳懸空，復(fù)位引腳接到復(fù)位電路、VCC接電源、VSS接地、EA接電源3.3溫度傳感器(DS18B20

9、)電路3.3.1 DS18B20基本介紹DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)處理器處理。DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè)DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，只靠4.7K上拉電阻就無(wú)法提供足夠的能量，會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。因此，下圖電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保

10、證在5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。圖3-3溫度傳感器電路引腳圖如圖3-2，P3.6引腳接繼電器電路的4.7K的限流電阻上。3.3.2 DS18B20控制方法DS18B20有六條控制命令：溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容 寫(xiě)暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、TL字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU 3.3.3

11、 DS18B20供電方式DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.1所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)三極管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式， P2.2口接單線總線為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)上拉電阻和STC89C52的P2.2來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10 s。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端

12、均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：l 初始化。l ROM操作指令。l 存儲(chǔ)器操作指令。3.4七段數(shù)碼管顯示電路 當(dāng)位選打開(kāi)時(shí)，送入相應(yīng)的段碼，則相應(yīng)的數(shù)碼管打開(kāi)，關(guān)掉位選，打開(kāi)另一個(gè)位選，送入相應(yīng)的段碼，則數(shù)碼管打開(kāi)，而每次打開(kāi)關(guān)掉相應(yīng)的位選時(shí)，時(shí)間間隔低于20ms，從人類視覺(jué)的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時(shí)顯示的一樣。圖3-4 數(shù)碼管引腳圖考慮到實(shí)際室溫的溫度范圍，顯示需用五位，硬件中用了2個(gè)四位數(shù)碼管，共8個(gè)位選，接到P2口。4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序結(jié)構(gòu)分析主程序調(diào)用了2個(gè)子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、溫度信

13、號(hào)處理程序。溫度信號(hào)處理程序：對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。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。4.2系統(tǒng)程序流圖系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，寫(xiě)入子程序等，按鍵子程序，串口通信程序，顯示子程序。主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖4.2所示。通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分開(kāi)分存放在不的的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)。圖4-1 DS18B20溫度流程圖5.軟硬件聯(lián)調(diào)5.1軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題

14、及解決措施問(wèn)題1：溫度傳感器1、3引腳接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致數(shù)碼管無(wú)顯示解決措施：將溫度傳感器1腳接地，3腳接Vcc。問(wèn)題2：數(shù)碼管顯示亂碼，甚至無(wú)顯示解決措施：檢驗(yàn)出數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管，上網(wǎng)查找共陰極數(shù)碼管的引腳圖，認(rèn)真連線，將位選和段選連接正確。問(wèn)題3：程序、引腳間的連接都沒(méi)問(wèn)題，數(shù)碼管還沒(méi)有顯示解決措施：用萬(wàn)用表檢查各個(gè)引腳之間是否導(dǎo)通，是否出現(xiàn)空焊現(xiàn)象。5.2實(shí)物圖 5.3調(diào)試結(jié)果2626結(jié)束語(yǔ)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(wèn)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(guò)程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍

15、的領(lǐng)域， 在生活中可以說(shuō)是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的。通過(guò)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，第一，我加深了對(duì)單片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，我花了近三天的時(shí)間做實(shí)物，焊板子是一項(xiàng)很考驗(yàn)技術(shù)的活，我們組焊好后有人成功有人失敗。接下來(lái)我們面對(duì)的是查錯(cuò)，先看看是不是電路原理圖接錯(cuò)了，然后再看是不是虛焊，我拿著萬(wàn)用表一個(gè)一個(gè)焊點(diǎn)檢查，著實(shí)不易。最苦惱的是發(fā)現(xiàn)不存在虛焊、短路時(shí)，可能是有元器件燒掉了，我們又去網(wǎng)上買。在做實(shí)物的過(guò)程中，提高了分析和解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)。在此期間，張?zhí)m紅老師對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行了

16、耐心的修改和指導(dǎo)，我十分感激。參考文獻(xiàn)1曹巧媛主編. 單片機(jī)原理及應(yīng)用(第二版). 北京:電子工業(yè)出版社,20022全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)編.第五屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編(2001), 北京:北京理工大學(xué)出版社，20033何力民編. 單片機(jī)高級(jí)教程. 北京:北京航空大學(xué)出版社,20004金發(fā)慶等編. 傳感器技術(shù)與應(yīng)用.北京機(jī)械工業(yè)出版社,20025劉坤、宋戈、趙洪波、張憲棟編51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)大全，北京：人民郵電出版社，20086譚浩強(qiáng)著C程序設(shè)計(jì)北京：清華大學(xué)出版社，2007；7王忠飛，胥芳MCS-51 單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2

17、007P268-2738 Peter Van Der Linden著，徐波譯.C專家編程，人民郵電出版社，2003附 錄附錄1：基于單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖附錄2：基于單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件圖附錄3：proteus仿真圖附錄4：基于單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)C語(yǔ)言程序清單#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P36; uchar code DSY_CODE=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00;u

18、char code df_Table=0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;uchar CurrentT=0;uchar Temp_Value=0x00,0x00;uchar Display_Digit=0,0,0,0;bit DS18B20_IS_OK=1;void Delay(uint x) while (-x);uchar Init_DS18B20() uchar status; DQ=1;Delay(8); DQ=0;Delay(90); DQ=1;Delay(8); status=DQ; Delay(100); DQ=1; return status; uc

19、har ReadOneByte() uchar i,dat=0; DQ=1;_nop_(); for(i=0;i=1;DQ=1;_nop_();_nop_(); if (DQ) dat |=0x80; Delay(30); DQ=1; return dat;void WriteOneByte(uchar dat) uchar i; for(i=0;i=1; void Read_Temperature() if( Init_DS18B20()=1) DS18B20_IS_OK=0;else WriteOneByte(0xCC); WriteOneByte(0x44); Init_DS18B20(

20、); WriteOneByte(0xCC); WriteOneByte(0xBE); Temp_Value0=ReadOneByte(); Temp_Value1=ReadOneByte(); DS18B20_IS_OK=1; void Display_Temperature() uchar i; uchar t=150; uchar ng=0, np=0; char Signed_Current_Temp; if(Temp_Value1 & 0xF8)=0xF8) Temp_Value1=Temp_Value1; Temp_Value0=Temp_Value0+1; if (Temp_Val

21、ue0 = 0x01) Temp_Value1+; ng=1;np=0xFD; Display_Digit0=df_TableTemp_Value0&0x0F; CurrentT=(Temp_Value0 & 0xF0)4)|(Temp_Value1 & 0x07)4); Display_Digit3=CurrentT /100; Display_Digit2=CurrentT %100/10; Display_Digit1=CurrentT %10; if(Display_Digit3=0) Display_Digit3=10; np=0xFB; if(Display_Digit2=0) Display_Digit2=10; np=0x