DS18B20溫度檢測(cè)儀表復(fù)習(xí)進(jìn)程

1、目錄第 1 章 緒論 11.1 選題目的 11.2 設(shè)計(jì)要求 1第 2章 電路結(jié)構(gòu)及工作原理 22.1 電路方框圖 22.1.1 電路圖 22.1.2 系統(tǒng)流程 32.2 芯片介紹 52.2.1 DS18B20 52.2.1.1 DS18B20 的工作原理 52.2.1.2 DS18B20 的使用方法 62.2.2 AT89C51 82.2.2.1 AT89C51 簡(jiǎn)介 8第 3 章 整機(jī)工作原理 10第 4章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 124.1 系統(tǒng)的調(diào)試 124.2 系統(tǒng)的分析 12結(jié)論 13收獲和體會(huì) 14致謝 15參考文獻(xiàn) 16附錄一元件清單 17課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目DS18B20溫度檢

2、測(cè)儀表（數(shù)碼管顯示）功能 技術(shù)指標(biāo)測(cè)量溫度范圍為0-100 C。并通過(guò)數(shù)碼管顯示工作量任務(wù)書(shū)圖紙焊接實(shí)物程序編寫電路仿真工作計(jì)劃第一周查找資料設(shè)計(jì)電路 編寫程序軟件仿真 第二周焊接電路實(shí)物驗(yàn)收 第三周書(shū)寫論文課設(shè)答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)年 月 日精品文檔第 1 章 緒論1.1 選題目的隨著人們生活水平的不斷提高 , 單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們 生活，工作，科研等各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目 標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就 是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工 作、科研、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù) 入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化

3、控制方向發(fā)展。本文利用單 片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，把傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用 有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用溫度傳感器 DS18B2C測(cè)量環(huán)境溫度, 設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)是，可以報(bào)警。同時(shí) 51 單片機(jī)在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用以及其技術(shù)已經(jīng)非常成熟， DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用一線制與單片機(jī)相 連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。1.2 設(shè)計(jì)要求(1) 設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)指標(biāo)測(cè)量溫度范圍為0-100 C。并通過(guò)數(shù)碼管顯示(2) 設(shè)計(jì)功能利用DS18B2C實(shí)現(xiàn)溫度采集，并用數(shù)碼管顯示第2章電路結(jié)構(gòu)及工作原理2.1電路方框圖DS18B2AT89C

4、51 匚二 74LS245 斗 數(shù)碼管_0_ 圖2-1電路方框圖電路圖C222pFC1HF22pFI_I 12MCRYSTALU119 7T18U3R1 *r10 kP0.1/AD1J383P0 2/AD2374XTAL2P0 3/AD3365P0.4/AD4 356P0 5/AD5347P0 6/AD6RSTP0.7/AD-329 3929PSENP1.0P1.1 P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.73031ALE EAP3.0/RX【豈；P3.1/TXDP3.2/INTP3.37INTP3.4/T（二4P3.5/TP3.6/Wf -P3.7/RD 17 2125 26P2.6/

5、A1 10U2P2.2/A10 P2.3/A1P2.4/A1P2.5/A1R24.7k27P2.7/A1；28P2.0/A8P2.1/AS；12 13 141516A0B0A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5A6B6A7B7CEAB/BA181174LS245141312=1615AT89C513 21|DS18B20VCCDQGND柿輕圖2-2電路圖系統(tǒng)流程總線置0并延時(shí)16關(guān)讀1位數(shù)據(jù)延時(shí)lOOgs血線置I并延時(shí)60ps返冋?qǐng)D2-3讀DS18B20的子程序圖2-4讀轉(zhuǎn)換溫度子程序2.2芯片介紹221 DS18B202.2.1.1 DS18B20 的工作原理當(dāng)DS18B2C接收到溫度轉(zhuǎn)換

6、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)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)， 讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0.062 5 C /LSB形式表 示。溫度值格式如表2-1所示。表2-1溫度值格式21212121202“2-12-1MSBLSBSSSSSSSSMSBLSB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

7、.0625即可得到實(shí)際溫度。圖中，S表示位。對(duì)應(yīng)的溫度 計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度植為正值，直接將二進(jìn) 制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度植為負(fù)值，先將 補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。例如+125C的數(shù)字輸出為07D0H +25.0625 C的數(shù)字輸出為 0191H, 25.0625 C的數(shù)字輸 出為FF6FH 55C的數(shù)字輸出為FC90HDS18B20溫度傳感器主要用于對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)可用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，并以 0.0625 C/LSB形 式表示。表2-2是部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。表2-2部分溫度值溫度二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+

8、125000001111101000007D0H+25.062500000001100100010191H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H0.51111111111111000FFF8H25.06251111111001101111FE6FH551111110010010000FC90HDS18B20 的使用方法由于DS18B20采用的是1 Wire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(lái)說(shuō)，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(lái)模擬單總 線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì) DS18B2C

9、芯片的訪問(wèn)。由于DS18B2C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(lái)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(kāi)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)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勺初始化(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 ）

10、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DS18B2C所返回的低電平“ 0”據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確 定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)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賣到了數(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

11、）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 1 個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（8）延時(shí) 60 微秒。2.2.2 AT89C512.2.2.1 AT89C51 簡(jiǎn)介AT89S51美國(guó)ATME公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS位單 片

12、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。2.2.2.2 AT89C5 功能AT89S51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

13、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（ WD）T 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、TQFF和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn) 品的需求。第3章整機(jī)工作原理當(dāng)DS18B2Q接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)

14、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)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)， 讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0.062 5 C /LSB形式表 示。溫度值格式如下：對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為 十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。表 2 是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。DS18B2C完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 TH, TL作比 較，若TTH或 TTL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā) 出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B2C同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。CRC的

15、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勺前56位來(lái)計(jì)算CRCS，并和存 入DS18B2C中的CRCfi做比較，以判斷主機(jī)收到的 RO贓據(jù)是否 正確。DS18B2 0的測(cè)溫原理所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率 受溫度的影響很小1，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 C

16、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 器彼預(yù)宜在-55 C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。第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試與分析4.1 系統(tǒng)的調(diào)試根據(jù)DS18調(diào)試顯示程序的開(kāi)始，接線后顯85.0 ,更改DS18B20 的溫度現(xiàn)實(shí)，數(shù)碼管就會(huì)現(xiàn)實(shí)相應(yīng)的溫度，溫度上下限為-15128。

17、4.2 系統(tǒng)的分析(1) B20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：每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù) 位成功后發(fā)送一條ROM!指令，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1660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。( 2)動(dòng)態(tài)顯示方式，在某一瞬時(shí)顯示一位，依次循環(huán)掃描， 輪流顯示，由于人的視覺(jué)滯留效應(yīng)，人們看到的是多位同時(shí)穩(wěn)定 顯示結(jié)論隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線技術(shù)越來(lái)越多地走進(jìn)人們的 生活和工作中

18、。采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸信道即通過(guò)有線連接傳輸采 集的數(shù)據(jù)，已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)男枰瑹o(wú)線數(shù)據(jù)傳輸 顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景十分光明。收獲和體會(huì)為期 3 周的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，在完成設(shè)計(jì)的同時(shí)，我 還在不斷的學(xué)習(xí)新知識(shí)和鞏固已有的知識(shí)。事實(shí)上，我們所學(xué)的 課本上的知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中與理論還有所差別，不可能解決遇到 的所有問(wèn)題，我們只能借助一切可利用的資源，詢問(wèn)老師，與同 學(xué)探討，上網(wǎng)查找資料等方式，盡量解決問(wèn)題。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)預(yù)先完成的 任務(wù)進(jìn)入深入的分析，明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)、功能要求、技術(shù)指 標(biāo)。然后，要對(duì)系統(tǒng)的硬件資源和人工作環(huán)境進(jìn)行分析和熟悉。 經(jīng)過(guò)分析、研究和明確規(guī)定后，利用數(shù)學(xué)方法或數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)其 進(jìn)行描述，從而把一個(gè)實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化成由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處