B溫度傳感器課程設計報告

1、單片機課程設計報告設計題目：DS18B20溫度傳感器班 級：09電信（2）班姓名: XXX學號： XXX指導教師：XXX調(diào)試地點：XXX目錄一、概述2009年 6月14日隨著時代的進步和發(fā)展， 單片機技術已經(jīng)普及到我們生活、 工作、 科研、各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術。本文主要介紹了一個基于 89S51 單片機的測溫系統(tǒng)，詳細描述了利用液晶顯示器 件傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件 編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，特別是數(shù)字溫度傳感DS18B20的數(shù)據(jù)采集過程。對各部分的電路也一一進行了介紹 , 該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯

2、示，并可根據(jù)需要任意設定上下限報警溫度，它使用起來相當方便，具有精度高、量 程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的 溫度測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。 DS18B20與 AT89C51結合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構簡單，抗干擾能力強，適 合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應用前景。關鍵詞： 單片機AT89C51 DS18B2C溫度傳感器、液晶顯示 LCD1602二、內(nèi)容1 、課程設計題目基于DS18B20勺溫度傳感器2、課程設計目的通過基于MCS-51系列單片機AT89C51和 DS18B20溫度傳感器檢測

3、溫度，熟悉芯 片的使用，溫度傳感器的功能，數(shù)碼顯示管的使用，匯編語言的設計；并且把我們 這一年所學的數(shù)字和模擬電子技術、檢測技術、單片機應用等知識，通過理論聯(lián)系 實際，從題目分析、電路設計調(diào)試、程序編制調(diào)試到傳感器的選定等這一完整的實 驗過程，培養(yǎng)了學生正確的設計思想，使學生充分發(fā)揮主觀能動性，去獨立解決實 際問題，以達到提升學生的綜合能力、動手能力、文獻資料查閱能力的作用，為畢 業(yè)設計和以后工作打下一個良好的基礎。3 、設計任務和要求以MCS-51系列單片機為核心器件，組成一個數(shù)字溫度計，采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20為檢測器件，進行單點溫度檢測，檢測精度為土攝氏度。溫度顯示采用 LCD

4、1602顯示，兩位整數(shù)，一位小數(shù)。系統(tǒng)總體仿真圖板上實現(xiàn)效果圖4 、正文（一）、方案選擇與論證 根據(jù)設計任務的總體要求，本系統(tǒng)可以劃分為以下幾個基本模塊，針對各個模塊的 功能要求，分別有以下一些不同的設計方案：（1）、溫度傳感模塊方案一 ：采用熱敏電阻，熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差，對于檢測 1 攝氏度 的信號是不適用的，也不能滿足測量范圍。在溫度測量系統(tǒng)中，也常采用單片溫度傳 感器，比如AD590 LM35等。但這些芯片輸出的都是模擬信號，必須經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換后 才能送給計算機，這樣就使測溫系統(tǒng)的硬件結構較復雜。另外，這種測溫系統(tǒng)難以實 現(xiàn)多點測溫，也要用到復雜的算法，一定程度上也增加了

5、軟件實現(xiàn)的難度。方案二：采用單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20測量溫度，直接輸出數(shù)字信號。便 于單片機處理及控制，節(jié)省硬件電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，此元件線形性 能好，在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采 用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B2C和微控制器AT89C51構成的溫度裝置， 它直接輸出溫度的數(shù)字信號到微控制器。每只 DS18B2C具有一個獨有的不可修改的64 位序列號，根據(jù)序列號可訪問不同的器件。這樣一條總線上可掛接多個DS18B20專感器，實現(xiàn)多點溫度測量，輕松的組建傳感網(wǎng)絡。綜上分析，我們選用第二種方案。溫度傳感模塊仿真

6、圖（2）、顯示模塊方案一： 采用 8位段數(shù)碼管，將單片機得到的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示出來。該方案簡 單易行，但所需的元件較多，且不容易進行操作，可讀性差，一旦設定后很難再加入 其他的功能，顯示格式受限制，且大耗電量大，不宜用電池給系統(tǒng)供電。方案二： 采用液晶顯示器件，液晶顯示平穩(wěn)、省電、美觀，更容易實現(xiàn)題目要求， 對后續(xù)的園藝通兼容性高，只需將軟件作修改即可，可操作性強，也易于讀數(shù)，采用 RT1602兩行十六個字符的顯示，能同時顯示其它的信息如日期、時間、星期、溫度。 綜上分析，我們采用了第二個方案 顯示模塊仿真圖三、系統(tǒng)的具體設計與實現(xiàn)（1）、系統(tǒng)的總體設計方案采用AT89S52單片機作為控制核

7、心對溫度傳感器 DS18B20空制，讀取溫度信號并進 行計算處理，并送到液晶顯示器 LCD1602顯示。按照系統(tǒng)設計功能的要求，確定系統(tǒng) 由 3 個模塊組成：主控制器、測溫電路和顯示電路。數(shù)字溫度計總體電路結構框圖如 圖下所示。（2）、硬件電路設計a單片機控制模塊該模塊由AT89C51單片機組成在設計方面，AT89C51的 EA接高電平，其外圍電路 提供能使之工作的晶振脈沖、復位按鍵，四個 I/O 分別接 8路的單列 IP 座方便與外圍 設備連接。當AT89C51芯片接到來自溫度傳感器的信號時，其內(nèi)部程序?qū)⒏鶕?jù)信號的 類型進行處理，并且將處理的結果送到顯示模塊，發(fā)送控制信號控制各模塊。b、溫度

8、傳感器模塊DS18B2C相目關資料1、DS18B2C原理與分析DS18B2是美國DALLAS導體公司繼DS182C之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感 器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠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)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12 位的數(shù)字量，并且從DS18B20賣出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單 線接口)讀寫 ,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B2C可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。他 在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離

9、、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。以下是DS18B20的特點：(1)獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處 理器與DS18B20勺雙向通訊。( 2)在使用中不需要任何外圍元件。(3) 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： + + V。(4) 測溫范圍：-55 - +125 C。固有測溫分辨率為 C。(5) 通過編程可實現(xiàn) 9-12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。(6) 用戶可自設定非易失性的報警上下限值。(7) 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B2C可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。(8) 負壓特性，電源極性接反時，溫度

10、計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2、DS18B20勺測溫原理DS18B20勺測溫原理上圖所示，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送給減法計數(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)生的信號作為減法計數(shù)器 2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當 計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完 成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 -55 C所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄 存器被預置在-55 C所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對

11、低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的 脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1 的預置值減到 0時溫度寄存器的值將加 1， 減法計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入， 減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的 脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累 加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫 過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復 上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B2C單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重 要。系統(tǒng)對DS

12、18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20(發(fā) 復位脈沖)一發(fā)ROM功能命令一發(fā)存儲器操作命令一處理數(shù)據(jù)。DS18B20工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化一一ROM操作命令一一存儲器操作命令一一處理數(shù)據(jù) 初始化單總線上的所有處理均從初始化序列開始。 初始化序列包括總線主機發(fā)出一復位脈沖， 接著由從屬器件送出存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道 DS1820 在總線上且已準 備好操作。 ROM操作命令一旦總線主機檢測到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件ROM操作命令之一。所有ROM操作命令均為8位長。這些命令如下：Read ROM讀 ROM)33h此命令允許總線主機讀DS1

13、8B20勺8位產(chǎn)品系列編碼，唯一的48位序列號，以及8 位的CRC此命令只能在總線上僅有一個 DS18B20勺情況下可以使用。如果總線上存在 多于一個的從屬器件，那么當所有從片企圖同時發(fā)送時將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象（漏極 開路會產(chǎn)生線與的結果）。Match ROM（ 符合 ROM）55h此命令后繼以64位的R0嗷據(jù)序列，允許總線主機對多點總線上特定的 DS1尋址。只 有與64位ROM序列嚴格相符的DS18B2C才能對后繼的存貯器操作命令作出響應。所有與64位ROM?列不符的從片將等待復位脈沖。此命令在總線上有單個或多個器件的情 況下均可使用。Skip ROM（ 跳過 ROM ）CCh在單點總線系統(tǒng)

14、中，此命令通過允許總線主機不提供64位ROM編碼而訪問存儲器操作來節(jié)省時間。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在Skip ROM命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個從片同時發(fā)送數(shù)據(jù)，會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開 路下拉會產(chǎn)生線與的效果）。Search ROM（ 搜索 ROM）F0h當系統(tǒng)開始工作時，總線主機可能不知道單線總線上的器件個數(shù)或者不知道其 64 位ROM®碼。搜索ROM命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的64位編碼。Alarm Search（ 告警搜索 ）ECh此命令的流程與搜索ROM命令相同。但是，僅在最近一次溫度測量出現(xiàn)告警的情況 下，DS18B20才對此

15、命令作出響應。告警的條件定義為溫度高于TH或低于TL。只要DS18B2C一上電，告警條件就保持在設置狀態(tài)，直到另一次溫度測量顯示出非告警值或 者改變TH或TL的設置，使得測量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)。貯存在EEPROI內(nèi)的觸發(fā)器值用于告警。 存儲器操作命令Write Scratchpad （寫暫存存儲器） 4Eh這個命令向DS18B20勺暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址 2。接下來寫入的兩個 字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置 2和 3?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復位命令來中止寫入。Read Scratchpad （讀暫存存儲器） BEh 這個命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié) 0開始，一直進行下去，直

16、到第 9（字 節(jié)8, CRC字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復位命令 來中止讀取。Copy Scratchpad （復制暫存存儲器） 48h這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20的E2存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)字節(jié) 存入非易失性存儲器里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而 DS18B20又正在忙于把暫存器拷貝到 E2存儲器，DS18B20就會輸出一個“ 0”如果拷 貝結束的話，DS18B20則輸出“ 1”如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令 發(fā)出后立即起動強上拉并最少保持 10ms。Convert T （溫度變換） 44h這條命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)

17、換而無需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后 DS18B20 保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而 DS18B20又忙 于做時間轉(zhuǎn)換的話，DS18B20各在總線上輸出“ 0”若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出“1”。如 果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動強上拉，并保持 500ms。 Recall E2 （重新調(diào)整 E2）B8h這條命令把貯存在E2中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至暫存存儲器。這種重新調(diào)出的操 作在對DS18B20上電時也自動發(fā)生，因此只要器件一上電，暫存存儲器內(nèi)就有了有效 的數(shù)據(jù)。在這條命令發(fā)出之后，對于所發(fā)出的第一個讀數(shù)據(jù)時間片，器件會輸出溫度 轉(zhuǎn)換忙的

18、標識：“0” =忙，“ 1” =準備就緒。Read Power Supply （讀電源）B4h對于在此命令發(fā)送至DS18B20之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時間片， 器件都會給出其 電源方式的信號：“ 0” =寄生電源供電，“ 1” =外部電源供電。 處理數(shù)據(jù)DS18B20勺高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如圖3所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布 后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。DS18B2C溫度數(shù)據(jù)表上表是DS18B2C溫度采集轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20勺兩個8比特的RAM 中，二進

19、制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于或等于0,這5位為0,只要將測到的數(shù)值乘于即可得到實際溫度；如果溫度小于0,這5位為1,測到的數(shù)值需要取反加1再乘于即可得到實際溫度。溫度轉(zhuǎn)換計算方法舉例：例如當DS18B20采集到+125C的實際溫度后，輸出為 07D0H貝U：實際溫度=07D0&< =2000X=12500 例如當DS18B20采集到-55 C的實際溫度后，輸出為 FC90H則應先 將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370H（符號位不變，也不作為計算），貝實際溫度=370H X=880X =550C2、顯示模塊LCD1602資料（這里主要介紹下指令說明及時序）1602液晶模塊內(nèi)

20、部的控制器共有11條控制指令，如表10-14所示：序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)至U CGRA或DDRA）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從 CGRAI或 DDRA讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表10-14 :控制命令表1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都

21、是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1:清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2:光標復位，光標返回到地址 00H。指令3:光標和顯示模式設置I/D :光標移動方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4:顯示開關控制。D:控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表 示關顯示C :控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標B :控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5:光標或顯示移位S/C :高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6:功能設置命令DL:高電平時為4位總

22、線，低電平時為8位總線N :低電平時 為單行顯示，高電平時雙行顯示 F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示 5x10的點陣字符。指令7:字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8: DDRA地址設置。指令9:讀忙信號和光標地址BF:為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命 令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10:寫數(shù)據(jù)。指令11:讀數(shù)據(jù)。與HD4478C相兼容的芯片時序表如下：讀狀態(tài)輸入RS=L R/W=H E=H輸出D0- D7= 犬態(tài)字寫指令輸入RS=L R/W=L D0- D7=f 令碼，E=W 脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H R/W=H E=H輸出D0- D7=t 據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H R/W=L D0- D7=數(shù)據(jù)，E=高脈 沖輸出無表10-15 :基本操作時序表讀寫操作時序如圖10-55和10-56所示：圖10-