基于DS18B20的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 基于DS18B20溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 課 程 名 稱 單片機原理及應(yīng)用 學(xué) 生 姓 名 尹彬濤 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 電子信息工程 指 導(dǎo) 教 師 江世民 2015年 6 月 12 日摘要隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個基于STC89C52單片機的測溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器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)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)采集過程

2、。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)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報警溫度，它使用起來相當(dāng)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(dāng)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STC89C52結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞： 單片機;  DS18B20;  溫度傳感器; 數(shù)字溫度計; STC89C52

3、 目錄摘要.1引言.3一、方案介紹.31、顯示部分.32、溫度采集.53、 方案流程圖.5二、總體方案設(shè)計. 61、 硬件設(shè)計. 61.1 溫度采集設(shè)計. 61.2溫度顯示設(shè)計. 62、 軟件設(shè)計. 72.1 DS18B20程序設(shè)計. 72.2顯示部分程序設(shè)計. 8三、實驗調(diào)試過程.101、軟件調(diào)試.101.1 顯示部分調(diào)試. .10四、心得體會.10五、致謝.11六、參考文獻(xiàn).12七、附錄.12附錄一 程序代碼.12附錄二 仿真電路圖.18引言在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要涉及到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱點偶，熱敏電阻還有一些輸出模擬信號得溫度傳感器，而這些測溫元件一般都

4、需要比較多的外部硬件支持。其硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試繁瑣，制作成本高，阻礙了其使用性。因此美國DALLAS半導(dǎo)體公司又推出了一款改進型智能溫度傳感器DS18B20。本設(shè)計就是用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為測溫元件來設(shè)計數(shù)字溫度計。 本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示。本設(shè)計顯示精度為1，只能用于日常生活粗測。該設(shè)計控制器使用單片機STC89C51，測溫傳感器使用DS18B20,顯示器使用液晶顯示。 一、方案介紹1、顯示部分顯示部分是本次設(shè)計的重要部分，一般有以下兩種方案：方案一：采用LED顯示，分靜態(tài)顯示和

5、動態(tài)顯示。對于靜態(tài)顯示方式，所需的譯碼驅(qū)動裝置很多，引線多而復(fù)雜，可靠性也較低。對于動態(tài)顯示方式，雖可以避免靜態(tài)顯示的問題，占用單片機IO口少，節(jié)約資源，而且接線簡單。方案二：采用LCD顯示。LCD液晶顯示具有豐富多樣性、靈活性、電路簡單、易于控制而且功耗小等優(yōu)點，對于信息量多的系統(tǒng)，是比較適合的。鑒于該系統(tǒng)信息量少，我們采用方案一。2、溫度采集由于現(xiàn)在用品追求多樣化，多功能化，給系統(tǒng)加上溫度測量顯示模塊，能夠方便人們的生活，使該設(shè)計具有人性化。本次實驗是設(shè)計列車車軸實時溫度檢測系統(tǒng)，所以我們采用溫度傳感器DS18B20，用DS18B20測溫度就無需外接A/D轉(zhuǎn)換電路，其輸出的溫度值就是已經(jīng)經(jīng)

6、過了A/D轉(zhuǎn)換，已經(jīng)是數(shù)字量了。DS18B20可以滿足從-55攝氏度到+125攝氏度測量范圍，且DS18B20測量精度高，精度為0.0625攝氏度，固有的測溫分辨率為05，在一秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字，測得的溫度值的存儲在兩個八位的RAM中，單片機直接從中讀出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制就是溫度，使用方便?；贒S18B20的以上優(yōu)點，我們決定選取DS18B20來測量溫度。3、 方案流程圖溫度傳感器DS18B20集成了A/D轉(zhuǎn)換的功能，所以在連接單片機時無需進行A/D轉(zhuǎn)換電路的連接，將采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過DS18B20的處理將溫度值輸出給單片機，通過單片機的控制輸出使數(shù)碼管顯示，倘若實測的溫度大于人為設(shè)置的溫度

7、時，單片機I/O口P3.0輸出高電平，使報警系統(tǒng)工作報警。流程圖如圖1.3所示：DS18B20溫度傳感器80C51單片機四位一體數(shù)碼管圖1.3 流程圖二、總體方案設(shè)計1、 硬件設(shè)計1.1 溫度采集設(shè)計溫度傳感器采用DSl8820，其是一種單總線智能型溫度傳感器，只有三線接口，分別為地線（GND）、數(shù)據(jù)線（DQ）、電源線（VCC）。DSl8820輸出信號為數(shù)字信號，處理器與DSl8820通過數(shù)據(jù)線(DQ)來完成雙向通信，因此采用DSl8820使得電路十分簡單。溫度變換功率可以來源于外電源，也可以來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DSl8820供電。DSl8820的電壓范圍為+30+55 V

8、，測溫范圍為-55+125，固有的測溫分辨率為0.5，最高精度可達(dá)0062 5，最大的轉(zhuǎn)換時間為200 ms。一條總線上面可以掛接多個DSl8820實現(xiàn)多點測溫。本實驗溫度路數(shù)只有一路，所以單獨使用一個+5V電源對DS18B20供電。引腳圖如圖2.1.1（a），元件圖如圖2.1.1（b）： 圖2.1.1（a） 圖2.1.1（b）1.2溫度顯示設(shè)計在實驗中，我們采用四位一體LED共陰極數(shù)碼管顯示，段選端由單片機P0口控制，之間外接上拉電阻。理想情況下單片機P0口輸出的高電平為+5V，足以使數(shù)碼管點亮，但在實際接線中，要接一個上拉電阻，這樣才能使數(shù)碼管正常工作。數(shù)碼管的位選端與單片機P2口連接，通

9、過程序控制P2口輸出高低電平來控制數(shù)碼管位選。圖2.12(a)、圖2.1.2(b)分別為數(shù)碼管引腳圖和實物圖： 圖2.1.1（a）數(shù)碼管引腳 圖2.1.2（b）實物圖 2、 軟件設(shè)計2.1 DS18B20程序設(shè)計對于DS18B20的程序編寫要特別注意時序問題，如果采用C語言編程，其對時序要求很嚴(yán)，倘若時序錯誤會導(dǎo)致單片機讀不到數(shù)據(jù)，或是讀到的數(shù)據(jù)都是錯誤的，更嚴(yán)重就是傳感器不工作，無法進行溫度采集；匯編語言對時序要求沒有那么嚴(yán)格，因為程序運行每一條匯編語句都會有一個機器周期。下面就是DS18B20各個狀態(tài)下得時序介紹：1、DS18B20復(fù)位初始化時序先通過單片機把DQ電平拉低，即DQ=0,然后

10、通過一個480us到960us的延時,再拉高電平等待15us,當(dāng)對傳感器進行復(fù)位操作時,成功了則DS18B20會自動將DQ拉低,此時單片機對DQ溫度值進行讀??；倘若不成功則DQ一直保持高電平，單片機無法從DS18B20讀取溫度值。復(fù)位時序如圖2.2.1(a)所示： 圖2.2.1（a）DS18B20復(fù)位初始化時序圖2、寫DS18B20溫度時序?qū)懼芷谝婚_始做為主機先把總線拉低1微秒表示寫周期開始。隨后若主機想寫0，則繼續(xù)拉低電平最少60微秒直至寫周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機想寫1，在一開始拉低總線電平1微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫周期結(jié)束。而做為從機的DS18B20則在檢測到總線被

11、拉低等待15微秒然后從15us到45us開始對總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為0。溫度寫時序如圖2.2.1(b)：圖2.2.1(b)寫DS18B20溫度時序圖3、讀DS18B20溫度時序先將DQ電平拉低，然后單片機再將DQ電平拉高，如果DQ的數(shù)據(jù)是“1”時，則單片機在采樣時就會采到一個高電平；如果在DQ的數(shù)據(jù)變成了“0”，則說明DS18b20自動將電平拉低，單片機采樣時就會得到一個低電平。溫度讀時序如圖2.2.1(c)：圖2.2.1(c)讀DS18B20溫度時序圖2.2顯示部分程序設(shè)計顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，兩者區(qū)別在于靜態(tài)顯示接線多，用到的IO口多，所以對

12、單片機資源浪費大，但是其編程簡單；動態(tài)顯示接線少，占用的IO口少，資源利用充分，但是其編程比較復(fù)雜。本實驗采用動態(tài)顯示，采用四位一體共陰極數(shù)碼管，段選端用P0口控制，位選端用P2口控制，顯示圖如圖2.2.2(a)所示圖2.2.2（a）顯示圖 因此，整個的程序流程圖如圖2.2.2 (b),單片機上電，進行單片機初始化，之后進行DS18b20的初始化，將原有的溫度擦除。初始化完成后，當(dāng)總線接收到從高電平到低電平的脈沖時，則溫度傳感器進行寫操作，將溫度值寫入。溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，單片機P1口將溫度值讀入單片機中，經(jīng)過程序處理顯示到數(shù)碼管上。在單片機進行數(shù)據(jù)處理時，倘若實際溫度大于設(shè)定溫度時，觸發(fā)報警

13、電路工作，產(chǎn)生報警，如果溫度正常則報警電路不工作。初始化DS18b20發(fā)44H溫度轉(zhuǎn)換指令發(fā)CCH 跳過ROM指令數(shù)碼管顯示80C51溫度數(shù)據(jù)處理開始延時等待溫度轉(zhuǎn)換完畢初始化DS18b20發(fā)BEH溫度讀取指令發(fā)CCH 跳過ROM指令數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)圖2.2.2（b） 程序流程圖三、實驗調(diào)試過程1、軟件調(diào)試1.1 顯示部分調(diào)試 為了減少錯誤的發(fā)生，我們采用了分步調(diào)試，首先直接將一位數(shù)碼管接地選通，然后通過單片機控制顯示；如果沒有錯誤，再進行兩位顯示，在兩位顯示之前要將數(shù)據(jù)進行處理，取出十位，個位，如此依次將三位溫度值顯示出來。但是在顯示過程中我們發(fā)現(xiàn)顯示的數(shù)據(jù)一直在閃爍，不是靜止的，我們試著把延

14、時時間延長，但是任然不起作用，沒有任何變化。經(jīng)過多番努力，江老師一語驚醒夢中人，我們在將P2口置了數(shù)選通數(shù)碼管之后，下一個數(shù)據(jù)在選通數(shù)碼管時沒有重新將P2口初始化即還原（MOV P2, #0FFH）。程序如下：MOV A, 32H MOV DPTR, #SGTB1 MOVC A,A+DPTR MOV P2, #0FFH ；P2口復(fù)位 MOV P0,A ；顯示溫度"個位"值 MOV P2, #0FDH ；位選 LCALL DELAY有了P2口的復(fù)位這條程序，顯示的閃爍問題就解決了，數(shù)據(jù)顯示變得穩(wěn)定。四、心得體會 在第十周星期五上午剛考完，江老師就過來布置課設(shè)任務(wù)，講了很多很多

15、，當(dāng)時聽完也很有興趣，應(yīng)為在實驗室是個能出成就的地方，每當(dāng)你取得一點點的成功，你都會感覺很充實，就會覺得這一天沒有虛度，學(xué)到了東西。下午，大家網(wǎng)上選題，什么事都講究效率，我們還在睡午覺，二班的同學(xué)就在選題了，看到那個題目我都暈了，不知道從何處下手，糾結(jié)啊，硬著頭皮選了個挑戰(zhàn)性的題目。搞得星期六上課都在想到底要怎么開始，自己什么都不懂，什么東西都得從開始學(xué)起，所以星期天開始從基礎(chǔ)開始學(xué)。基礎(chǔ)就得從一些基礎(chǔ)軟件開始，起初我對畫電路圖用什么軟件，編程用什么軟件，程序，仿真用哪種軟件以及如何燒單片機程序一無所知。所以星期天慢慢的熟悉一下這些軟件的基本操作，這個過程很痛苦，什么東西都不懂要去問別人是件很

16、痛苦的事情。經(jīng)過一天的熟悉之后，我們弄了一個最簡單的匯編語句，想讓數(shù)碼管顯示一個“5”，體驗一下整個過程到底是怎么樣的，經(jīng)過一番折騰終于出來了，當(dāng)時很高興，慢慢的對自己的題目如何開展有了信心了。經(jīng)過一到兩天的資料查詢，漸漸的對編程有了一點頭緒，一些特定的元器件，它的程度編寫都是固定的，只是需要把程序看懂，修改其中參數(shù)，然后自己慢慢將數(shù)據(jù)處理部分和顯示部分程序編好。編程過程中經(jīng)常遇到問題，想問老師吧，老師又很忙，不可能一直都在實驗室隨叫隨到，所以在編程的第一天沒什么進展。后面請了一個對編程比較有經(jīng)驗的同學(xué)在旁邊指導(dǎo)我，遇到問題我們相互商量，然后解決，就這樣一條一條，一個模塊一個模塊，用了將近兩天

17、的時間將程序的大體框架匯編了出來。到這個時候，我們就嘗試著開始仿真，在仿真過程中也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)問題，慢慢的找出問題，將程序一點一點的完善，然后將整個調(diào)試完成。值得提得是，起初大家都并不知道如何開展自己的題目，我們可以在QQ群上提出來跟大家一起交流，所有的同學(xué)，包括指導(dǎo)老師都會給你提出一個如何開題的建議。每一天，老師要問大家現(xiàn)在的進展如何，雖然看起來是隨口一問，但我認(rèn)為是非常有意義的，這是有督促，鼓勵作用的。除此之外，我們還可以將這一天遇到的問題大膽的在群上提出來，老師現(xiàn)場給我們做出解答，也許這不僅僅是你一個人在實驗中遇到這樣的問題，其他同學(xué)一樣有這樣的困惑，通過這樣的方式，大家都可以在晨會上解決一

18、些前一天遺留的問題。我覺得這個平臺非常有必要，很有存在的意義，應(yīng)該繼續(xù)發(fā)揚，一屆一屆傳承，進而成為測控專業(yè)的一個傳統(tǒng)?？偟脕碚f，課設(shè)兩個星期下來，真的心里有喜有悲，一個實物調(diào)試了一兩天都沒能調(diào)試出來，心里確實很有壓力，有時都不想再進實驗室了，很糾結(jié)。但是我們確實學(xué)到了很多東西，不僅僅簡單的完成了一個課設(shè)，精華是在這個過程，我們享受的是這個過程。在這個過程中，不僅認(rèn)識了實驗室的器件，懂得了一些常用軟件件的操作，更重要的是我們動手了，整個課設(shè)下來，一個系統(tǒng)的完成是我們一點一滴動手設(shè)計搭建出來的，想到這個你會很有成就感，會覺得實驗室并沒有白待，幾個星期沒有白費。同學(xué)之間交流多了，感情就會加重，同學(xué)情

19、就變得更濃厚了，師生之間通過交流，解決問題，聊天，慢慢的我們彼此之間就像是朋友了，師生情也變得融洽了。經(jīng)過這次課設(shè)，我認(rèn)識到了團隊的力量是無限的，對于你個人來說很難解決的問題，放在一個團隊面前就顯得很渺小了，許多個人無法解決的難題，經(jīng)過大家相互商量討論，問題就會一步一步迎刃而解。課設(shè)過程中我們就是一個團隊，充分發(fā)揮合作精神，我們就能將課設(shè)徹底、完美的完成。五、致謝在課設(shè)的過程中，我遇到了很多很多的的問題，多虧有我們這個團隊，我的同學(xué)，我的老師，有他們的幫忙我才順利的完成了這次課設(shè)。首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師江世明老師。在課設(shè)還沒開始的前一天下午，我們在實驗室就遇到了江世明老師，跟他交流的過程中

20、，我們慢慢的將顯示部分是采用靜態(tài)還是動態(tài)決定下來了。除此之外在程序編寫過程中，程序仿真，實物調(diào)試，江老師都給我們很大的幫助，有一點不懂得地方，老師都會講解的很詳細(xì)，讓我盡量的聽明白。還有李老師，他組織的晨會讓我收獲很多，在會上，我從一點都不會，慢慢的懂得了如何查資料，如何確定總體方案，如何根據(jù)實驗室現(xiàn)有器材搭建實物等等，在實驗過程中遇到的一些問題也可以在晨會上得到解決。遇到了困難，晨會上大家相互鼓勵，然后又信心滿滿了。其次要感謝李波同學(xué)，我從剛開始的文盲，到現(xiàn)在初步了解一些軟件的操作，是他教會了我如何使用proteus，如何運用keil編程，以及如何將程序燒入單片機等等。在實驗過程中，遇到什么

21、問題可以想他請教，他也一一給我解答，在此非常感謝。最后還得感謝我的另一位同學(xué)談黎明，在編寫程序方面，他給了我很大的幫助。起初我對DS18B20的程序編寫幾乎毫無頭緒，是他給我慢慢講解，給我詳細(xì)的解釋了DS18B20程序的編寫過程。在我編寫程序的兩三天中，他一直跟我一起討論，有什么問題，他都能給我解答，他在編程這方面有了一定的經(jīng)驗，所以在程序編寫過程中我少走了很多彎路，所以在此非常感謝他。在這次課設(shè)中，由于有指導(dǎo)老師以及這些同學(xué)的幫助，我才能很順利的完成這次課設(shè)。六、參考文獻(xiàn)1 江世明.單片機原理及應(yīng)用.M.上海交通大學(xué)出版社（第一版），20132 孫傳友,孫曉斌. 測控系統(tǒng)原理與設(shè)計M. 北京

22、航空航天大學(xué)出版社（第2版）,2007.3 譚浩強. C程序設(shè)計教程M. 清華大學(xué)出版社,2007.4 杜洋. 18B20溫度傳感器應(yīng)用解析R.2005-12-02/2007-03-16.七、附錄附錄一 程序代碼#include <reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P30; /接ds18b20數(shù)據(jù)端口sbit p20=P20;sbit p21=P21;sbit p22=P22;sbit p23=P23;code uchar tab=0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,

23、0x92, 0x82,0xF8,0x80,0x90;/09code uchar tab1=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12, 0x02,0x78,0x00,0x10;uchar a,b,t;uchar bai,shi,ge;void delay(unsigned int i) while(i-); int_DS18B20()/對ds18b20初始化 unsigned char x=0; DQ=1; /DQ復(fù)位 delay(8); /延時 DQ=0; /單片機將DQ拉低 delay(80); /精度延時大于480us DQ=1; /拉高總線 delay(10); x=D

24、Q; /x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗 delay(20); return x;read()/讀溫度數(shù)值 unsigned char i=0; unsigned char dat=0; for(i=8;i>0;i-) DQ=0; dat>>=1; DQ=1; if(DQ) dat|=0x80; delay(4); return(dat);void write(unsigned char dat) unsigned char i=0; for(i=8;i>0;i-) DQ=0; DQ=dat&0x01; delay(5); DQ=1; dat>>=1; delay(4);void int_() while(int_DS18B20(); write(0xCC); write(0x44);void main() uint count=0; P2=0xFF; int_(); delay(220); for(count=0;count<100;count+) /數(shù)碼管初始化00 p20=1; P0=tab0; delay(100); p20=0; p21=1; P0=tab0; delay(100); p21=0; p22=1; delay(100); p22=0; p23=1; P0=0xc6; delay(10