基于DS18B20的智能調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)題報(bào)告

1、中北大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告 項(xiàng)目名稱： 基于ds18b20的智能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 學(xué)院名稱（蓋章）： 儀器與電子學(xué)院 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 呼延 中北大學(xué)教務(wù)處制摘 要 隨著科技的進(jìn)步，人類物質(zhì)生活的提高，人們對(duì)自動(dòng)化、智能化的要求越來(lái)越高，各種自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，逐漸代替耗時(shí)、耗力、效率低的人工操作，溫控系統(tǒng)便是其中一種。在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類設(shè)備中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，比如熱反應(yīng)爐，農(nóng)業(yè)中的蔬菜大棚，大型糧倉(cāng).溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制，有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。 本

2、項(xiàng)目采用51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。使用ds18b20溫度傳感器，由于它具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)環(huán)境溫度，傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)分析、比較，發(fā)出相應(yīng)的指令，進(jìn)行報(bào)警 并做相關(guān)處理；當(dāng)環(huán)境溫度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)啟制冷設(shè)備(風(fēng)扇模擬），同理，環(huán)境溫度低于預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)啟制熱設(shè)備（模擬），當(dāng)溫度一段時(shí)間仍為達(dá)到理想值，可以加大功率。用串口將采集到的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至上位機(jī)（進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控）。 本項(xiàng)目不僅可以應(yīng)用到實(shí)際中提高

3、生產(chǎn)效率，減少損失、增加產(chǎn)量，更重要的是可以拓展我們大學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域，增強(qiáng)我們的動(dòng)手能力，將所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，更好的達(dá)到書(shū)本知識(shí)與實(shí)際生活接軌，增強(qiáng)大學(xué)生的個(gè)人素質(zhì)！關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；溫度控制系統(tǒng)；ds18b20溫度傳感器 目錄1 引言11.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義11.2 溫度控制系統(tǒng)的目的11.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能12 總體設(shè)計(jì)方案12.1 方案一12.2 方案二23 ds18b20溫度傳感器簡(jiǎn)介63.1 溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介63.2 ds18b20的工作原理63.2.1 ds18b20工作時(shí)序63.2.2 rom操作命令83.3 ds18b20的測(cè)溫原理

4、83.3.1 ds18b20的測(cè)溫原理:83.3.2 ds18b20的測(cè)溫流程104 單片機(jī)接口設(shè)計(jì)104.1 設(shè)計(jì)原則104.2 引腳連接114.2.1 晶振電路114.2.2 串口引腳114.2.3 其它引腳115 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)115.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)115.1.1 主板電路設(shè)計(jì)115.1.2 各部分電路115.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)145.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路145.2.2 系統(tǒng)程序流圖145.3 調(diào)試186 總結(jié)19附錄20參考文獻(xiàn)271 引言1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 溫度是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)，隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測(cè)溫儀器

5、在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來(lái)，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但溫度控制一直是一個(gè)未開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。溫度是一個(gè)重要的物理量，它反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過(guò)程相聯(lián)系。在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度緊密相聯(lián)，溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)及控制占據(jù)著極其重要地位。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過(guò)程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行等。沒(méi)有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉(cāng)的儲(chǔ)糧就會(huì)

6、變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒(méi)有保障。可見(jiàn)，溫度的測(cè)量和控制是非常重要的。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。利用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制的技術(shù)也隨之而生，并日益發(fā)展和完善，且越來(lái)越顯示出它的優(yōu)越性。1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測(cè)試控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場(chǎng)所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實(shí)在很多場(chǎng)所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對(duì)此問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實(shí)

7、用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：通過(guò)檢測(cè)環(huán)境溫度，傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)分析、比較，發(fā)出相應(yīng)的指令，進(jìn)行報(bào)警 并做相關(guān)處理；當(dāng)環(huán)境溫度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)啟制冷設(shè)備(風(fēng)扇模擬），同理，環(huán)境溫度低于預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)啟制熱設(shè)備（模擬），當(dāng)溫度一段時(shí)間仍為達(dá)到理想值，可以加大功率。液晶lcd1602即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1 方案一測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電

8、路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。2.2 方案二考慮使用溫度傳感器，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。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1.1所示，它由三部分組成:控制部分主芯片采用單片機(jī)at89s52；顯示部分采用液晶lcd1602實(shí)現(xiàn)溫度顯示；溫度采集部分采用ds18b20溫度傳感器。加熱降溫單 片 機(jī)ds18b20led顯示指示燈 圖21 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案1. 控制部分單

9、片機(jī)at89s52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。2. 顯示部分顯示電路采用lcd1602液晶顯示。3. 溫度采集部分ds18b20溫度傳感器是美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由ds18b20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器ds18b20把采集到的溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的p2.0口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到ds18b20和單片機(jī)，硬件

10、很簡(jiǎn)單1) ds18b20的性能特點(diǎn)如下9：1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；2) 多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；3) 無(wú)須外部器件； 4) 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5v；5) 零待機(jī)功耗；6) 溫度以3位數(shù)字顯示；7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置；8) 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；9) 負(fù)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。 (2) ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20采用3腳pr35封裝，如圖1.2所示；ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖22 ds18b20封裝(3)

11、ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成5：1) 64位光刻rom。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的crc校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)ds18b20可以采用一線進(jìn)行通信的原因10。64位閃速rom的結(jié)構(gòu)如下.表21 rom結(jié)構(gòu)8b檢驗(yàn)crc48b序列號(hào)8b工廠代碼（10h） msb lsb msb lsb msb lsb圖23 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值。3) 高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的精度。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ram和一個(gè)非易失性的

12、可電擦除的e2pram。高速暫存ram的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)th和tl的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖1.3所示。低5位一直為，tm是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測(cè)試模式。 表22 ds18b20內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)byte0溫度測(cè)量值lsb（50h）byte1溫度測(cè)量值msb（50h）e2prombyte2th高溫寄存器ß-à

13、th高溫寄存器byte3tl低溫寄存器ß-àtl 低溫寄存器byte4配位寄存器ß-à配位寄存器byte5預(yù)留（ffh）byte6預(yù)留（0ch）byte7預(yù)留（ioh）byte8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（crc）2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值。3) 高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的精度。ds18b20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，r1和r0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率,如圖1.4。圖23 ds18b20字節(jié)定義tm r1r0 1 1 1 1 1由表1.1可見(jiàn)，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越

14、長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存ram的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的crc碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號(hào)位s0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位s1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。 表1.2是一部分

15、溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)6。表24 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表r1r0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750表25一部分溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111

16、0000fff8h續(xù)表25-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h4) crc的產(chǎn)生 在64 b rom的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc）。主機(jī)根據(jù)rom的前56位來(lái)計(jì)算crc值，并和存入ds18b20中的crc值做比較，以判斷主機(jī)收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)ds18b20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能

17、命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)3 ds18b20溫度傳感器簡(jiǎn)介3.1 溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介溫度的測(cè)量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開(kāi)始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。可是它的缺點(diǎn)是只能近距離觀測(cè)，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒(méi)有毒性，但測(cè)量精度很低，只能作為一個(gè)概略指示。不過(guò)在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測(cè)方法，常用的有電阻式、熱電偶式、pn結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢(shì)等)的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出

18、現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。3.2 ds18b20的工作原理3.2.1 ds18b20工作時(shí)序根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：1. 每一次讀寫(xiě)之前都必須要對(duì)ds18b20進(jìn)行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條rom指令；3. 最后發(fā)送ram指令，這樣才能對(duì)ds18b20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主cpu將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，ds18b20收到信號(hào)后等待1560微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖2.1，2.2，2.3所示。(1) 初始化時(shí)序

19、 圖31 初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開(kāi)始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7k上拉電阻將總線拉高，延時(shí)1560us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us12。(2) 寫(xiě)時(shí)序圖32 寫(xiě)時(shí)序 寫(xiě)時(shí)序包括寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序。所有寫(xiě)時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開(kāi)始。寫(xiě)1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫(xiě)0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總

20、線，延時(shí)2us8。(3) 讀時(shí)序 圖33 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us43.2.2 rom操作命令當(dāng)主機(jī)收到dsl8b20 的響應(yīng)信號(hào)后，便可以發(fā)出rom 操作命令之一，這些命令如表2.2：rom操作命令。3

21、.3 ds18b20的測(cè)溫原理3.3.1 ds18b20的測(cè)溫原理:每一片dsl8b20在其rom中都存有其唯一的48位序列號(hào)，在出廠前已寫(xiě)入片內(nèi)rom 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀rom(33h)命令將該dsl8b20的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過(guò)rom，啟動(dòng)所有dsl8b20進(jìn)行溫度變換，之后通過(guò)匹配rom，再逐一地讀回每個(gè)dsl8b20的溫度數(shù)據(jù)。ds18b20的測(cè)溫原理如圖2.4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門

22、打開(kāi)時(shí)，ds18b20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(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)減法計(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，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)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)直到減法計(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2.3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)

23、程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值. 指令約定代碼功 能讀rom33h讀ds18b20 rom中的編碼符合rom55h發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位rom編碼，訪問(wèn)單線總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的ds18b20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該ds18b20的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備搜索rom0f0h用于確定掛接在同一總線上ds18b20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(guò)rom0cch忽略64位rom地址，直接向ds18b20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。續(xù)表31告警搜索命 令0ech執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或者下

24、限的片子才做出響應(yīng)溫度變換44h啟動(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500ms，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(xiě)暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的第3，4字節(jié)寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48h將e2pram中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到e2pram中重調(diào)e2pram0bbh將e2pram中內(nèi)容恢復(fù)到ram中的第3，4字節(jié)讀 供 電方 式0b4h讀ds18b20的供電模式，寄生供電時(shí)ds18b20發(fā)送“0”，外接電源供電ds18b20發(fā)送“1” 另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此

25、讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)ds18b20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。減法計(jì)數(shù)器斜坡累加器減到0減法計(jì)數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0圖34 測(cè)溫原理內(nèi)部裝置3.3.2 ds18b20的測(cè)溫流程初始化ds18b20跳過(guò)rom匹配溫度變換延時(shí)1s跳過(guò)rom匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖35 ds18b20測(cè)溫流程.4 單片機(jī)接口設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)原則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

26、。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)mosfet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， p1.1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)mosfet管和89s52的p2.0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 ro

27、m操作指令；l 存儲(chǔ)器操作指令。4.2 引腳連接4.2.1 晶振電路單片機(jī)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。4.2.2 串口引腳 p0口接9個(gè)2.2k的排阻然后接到顯示電路上。p2.0溫度傳感器ds18b20如圖3.1所示。18b20單 片 機(jī)p2.0vccgnd 圖41 ds18b20與單片機(jī)的接口電路p1口連接液晶的數(shù)據(jù)傳輸引腳。p2口中p2.5接蜂鳴器電路，其他引腳懸空p3口中p3.4、p3.6接液晶的使能端。4.2.3 其它引腳 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5 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)5.1

28、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5.1.1 主板電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的p2.0接ds18b20的2號(hào)引腳，p1口送液晶顯示，p2.1、p2.2控制加熱器和電風(fēng)扇。如附錄2。5.1.2 各部分電路(1) 顯示電路顯示電路采用了液晶lcd1602顯示，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序的編寫(xiě)。圖51 顯示電路圖(2) 單片機(jī)電路圖52 單片機(jī)電路引腳圖 (3) ds18b20溫度傳感器電路圖5-3 溫度傳感器電路引腳圖(4) 晶振控制電路圖5-5 晶振控制電路圖 (5) 復(fù)位電路圖5-6復(fù)位電路圖5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相

29、應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與s51系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的c語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂”的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不

30、必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語(yǔ)言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語(yǔ)言可以不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問(wèn)題。mcs51指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短，它在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合。而且mcs51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可以形成一個(gè)

31、相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是mcs51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對(duì)于要求反應(yīng)靈敏與控制及時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫(xiě)入子程序、以及有關(guān)ds18b20的程序（初始化子程序、寫(xiě)程序和讀程序）5.2.2 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，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫(xiě)入子程序等。1）主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

32、序流程見(jiàn)圖19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)部分分開(kāi)存放在不同的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)圖5-7 主程序流程圖ds18b20復(fù)位、應(yīng)答子程序跳過(guò)rom匹配命令寫(xiě)入子程序溫度轉(zhuǎn)換命令寫(xiě)入子程序顯示子程序(延時(shí))ds18b20復(fù)位、應(yīng)答子程序跳過(guò)rom匹配命令寫(xiě)入子程序讀溫度命令子程序終 止 圖5-8 讀出溫度子程序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(shí)需進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。 ds18b20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)的是高

33、位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號(hào)位。3）復(fù)位、應(yīng)答子程序p2.0口清0開(kāi)始延時(shí)537usp2.0口置1否50us是否有低電平是標(biāo)志位置1p2.0口置1有234us低電平標(biāo)志位置1終止圖5-9復(fù)位、應(yīng)答子程序4）寫(xiě)入子程序開(kāi)始進(jìn)位c清0終止r2是否為0p2.0置 0延時(shí)46us帶進(jìn)位右移延時(shí)12usp2.0清0圖5-10寫(xiě)入子程序5)系統(tǒng)總的流程圖開(kāi) 始初始化ds18b20顯示當(dāng)前溫度判斷當(dāng)前溫度值超過(guò)設(shè)定溫度上限啟動(dòng)風(fēng)扇降低溫度紅燈亮設(shè)定溫度上、下限啟動(dòng)電熱爐升高溫度是否低于設(shè)定溫度下限是白燈亮否圖5-11系統(tǒng)總的流程圖5.3 調(diào)試主程序的功能是：?jiǎn)?dòng)ds18b2

34、0測(cè)量溫度，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，若測(cè)得溫度小于設(shè)定值，則進(jìn)入加熱階段，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，等待下一次的啟動(dòng)命令。當(dāng)測(cè)得溫度大于設(shè)定值，則進(jìn)入降溫階段，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，關(guān)閉風(fēng)扇，等待下一次的啟動(dòng)命令。參數(shù)測(cè)試：6 總結(jié)本設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該智能溫度控制器只是ds18b20在溫度控制領(lǐng)域的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測(cè)得的溫度通過(guò)單片機(jī)與通訊模塊相連接，以手機(jī)短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉(cāng)儲(chǔ)

35、等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。附錄程序源代碼：#include <reg52.h>#include <stdio.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ds=p22; /溫度傳感器信號(hào)線sbit beep=p21; /蜂鳴器sbit lcden=p36;sbit lcdrs=p34;uint temp=0;float f_temp=0.0;uint warn_l1=180;uint warn_l2=

36、170;uint warn_h1=270;uint warn_h2=260;sbit led0=p03;sbit led1=p07;/*延時(shí)函數(shù)*/void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);/*18b20初始化*/void dsreset(void) uint i; ds=0; i=103; while(i>0)i-; ds=1; i=4; while(i>0)i-;/*讀一位函數(shù)*/bit tempreadbit(void) uint i; bit dat; ds=0;i+; /i+ 起延時(shí)

37、作用 ds=1;i+;i+; dat=ds; i=8;while(i>0)i-; return (dat);/*讀一個(gè)字節(jié)函數(shù)*/uchar tempread(void) uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+) j=tempreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); /讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在dat里 return(dat);/*向18b20寫(xiě)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)*/void tempwritebyte(uchar dat) uint i; uchar j; bit testb; for(

38、j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) /寫(xiě) 1 ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while(i>0)i-; else ds=0; /寫(xiě) 0 i=8;while(i>0)i-; ds=1; i+;i+; /*獲取轉(zhuǎn)換溫度函數(shù)*/void tempchange(void) /ds18b20 開(kāi)始獲取溫度并轉(zhuǎn)換 dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0xcc); / 寫(xiě)跳過(guò)讀rom指令 tempwritebyte(0x44); / 寫(xiě)溫度轉(zhuǎn)換指令/*讀取

39、溫度函數(shù)*/uint get_temp() /讀取寄存器中存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù) uchar a,b; dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0xcc); tempwritebyte(0xbe); a=tempread(); /讀低8位 b=tempread(); /讀高8位 temp=b; temp<<=8; /兩個(gè)字節(jié)組合為1個(gè)字 temp=temp|a; f_temp=temp*0.0625; /溫度在寄存器中為12位 分辨率位0.0625° temp=f_temp*10+0.5; /乘以10表示小數(shù)點(diǎn)后面只取1位，加0.5是四舍五入 f_t

40、emp=f_temp+0.05; return temp; /temp是整型/*液晶顯示函數(shù)*/void write_com(uchar com)lcdrs=0; /寫(xiě)液晶命令函數(shù)p1=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1; /寫(xiě)液晶數(shù)據(jù)函數(shù)p1=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init_lcd() /初始化函數(shù)/dula=0;/wela=0;lcden=0;write_com(0x38);/設(shè)置16x2顯示,5x7點(diǎn)陣,8位數(shù)據(jù)接

41、口write_com(0x0c);/設(shè)置開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06);/寫(xiě)一個(gè)字符后地址指針加1write_com(0x01);/顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零/*顯示溫度函數(shù)*/void display(uint t) uint i; / init_lcd();/初始化液晶 write_com(0x80+5); i=t/100; write_data(0x30+i); / delay(1); write_com(0x80+6); i=t%100/10; write_data(0x30+i); / delay(1); write_com(0x80+7); write_data(&#

42、39;.'); / delay(1); i=t%100%10; write_com(0x80+8); write_data(0x30+i); / delay(5);void display_2(uint j,uint t) uint i; write_com(0x80+0x40+j); i=t/100; write_data(0x30+i); write_com(0x80+0x40+j+1); i=t%100/10; write_data(0x30+i); write_com(0x80+0x40+j+2); write_data('.'); i=t%100%10; write_com(0x80+0x40+j+3); write_data(0x30+i);/*蜂鳴器報(bào)警函數(shù)*/*溫度處理函數(shù)*/void deal(uint t) if(t>warn_h2) beep=0; led1=led1; else if(t<warn_l1) beep=0;led0=led0; else beep=1;led0=led1=1; /*串口發(fā)送數(shù)據(jù)*/void i