單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告之基于DS18B20的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

-.z單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題：基于DS18B20的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：日期：引言

在糧庫(kù)測(cè)溫系統(tǒng)、冷庫(kù)測(cè)溫系統(tǒng)、智能化建筑控制系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)等多種系統(tǒng)中都需要多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。因此，多點(diǎn)溫度測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)尤為重要。美國(guó)Dallas公司推出的數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，電源供電*圍在3.0～5.5V；溫度測(cè)量*圍為-55～+125℃；具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個(gè)通用I/O端口即可完成與微處理器的通信；在-10～+85℃溫度*圍內(nèi)具有±0.5℃精度；用戶可編程設(shè)定9～12位的分辨率。以上特性使得DSl8B20非常適用于構(gòu)建高精度、多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。DS18B20簡(jiǎn)介

DSl8B20是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司推出的一種智能數(shù)字溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式；可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量；從DS18B20讀出信息或?qū)懭隓S18B20信息僅需要1根口線(單線接口)；溫度變換功率來(lái)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(wú)需額外電源。使用DS18B20可使系統(tǒng)構(gòu)造更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

由DS18B20和Atmel公司推出的單片機(jī)AT89C51以及相關(guān)外圍電路組成的高精度、多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)造框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用8片DS18B20構(gòu)成小型溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)[3]，通過(guò)并行連接方式連接至單片機(jī)的通用I/O端口。單片機(jī)獲得溫度信息后，通過(guò)特定的算法，將處理后的溫度信息通過(guò)LED顯示出來(lái)，同時(shí)通過(guò)串行口送上位機(jī)處理。

DS18B20內(nèi)部均有一個(gè)獨(dú)立的64位序列號(hào)，單片機(jī)通過(guò)序列號(hào)可以對(duì)一條總線上的多支DS18B20進(jìn)展控制，讀取它們的溫度。但是，要完成這個(gè)操作，軟件設(shè)計(jì)比擬復(fù)雜，同時(shí)存在一個(gè)缺點(diǎn)——速度太慢。無(wú)法適用于一些實(shí)時(shí)性要求高的測(cè)溫場(chǎng)合。所以本次設(shè)計(jì)采取一種利用單片機(jī)的并口，同步快速讀取8支DS18B20的方法。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2．1并行同步快速讀取8支DS18B20的方法

對(duì)于一支DS18B20，我們要輸出或輸入各類數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用位尋址，比方：sbitDQ=P3^3;DQ=0;DQ=1;

而對(duì)于8支DS18B20，如果還采用位尋址的方法，采用單總線，通過(guò)查詢序列號(hào)依次讀取，程序就非常復(fù)雜，而且速度會(huì)大大減慢，所以將位尋址擴(kuò)展為字節(jié)尋址，比方：

*defineDQP3;DQ=0*00;DQ=0*ff;

即可一次輸出或輸入8個(gè)位數(shù)據(jù)，從而到達(dá)同步讀取的目的。

2．2系統(tǒng)的溫度合成處理

采用上述方法一次讀取8支DS18B20的時(shí)間不超過(guò)1秒，但讀取的數(shù)據(jù)在RAM中并不順序排列的。必須用軟件合成處理，才能得到所需要的溫度值。如表-1所示，縱向排列的是存放每次讀取數(shù)據(jù)的Buf,而橫向才是我們需要的溫度值，此時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)將縱向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為橫向溫度的程序，連續(xù)執(zhí)行兩次，就可以將DS18B20的高和低字節(jié)全部合成標(biāo)準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù)。2．3系統(tǒng)軟件流程圖

主程序執(zhí)行流程如圖2所示，主程序先對(duì)各DS18B20進(jìn)展初始化，然后重復(fù)調(diào)用寫命令和讀數(shù)據(jù)模塊，最后將數(shù)據(jù)處理后送入LED顯示。2.4系統(tǒng)電路圖3系統(tǒng)仿真

Proteus軟件是Labcenter公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來(lái)完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來(lái)完成電路原理圖的繪制與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比方MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比方鍵盤、LED、LCD等等。通過(guò)Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

本設(shè)計(jì)的核心局部為八點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確讀取，完成電路設(shè)計(jì)和軟件編程后，將程序在KEIL下編譯，裝入單片機(jī)，進(jìn)展仿真，可以看到，同步快速多點(diǎn)溫度測(cè)量得到了實(shí)現(xiàn)。仿真中的一個(gè)畫面如下面圖3中的效果所示,此時(shí)采集的是第5通路的測(cè)量溫度。4系統(tǒng)運(yùn)行與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)系統(tǒng)軟件與硬件設(shè)計(jì)方案搭建實(shí)際系統(tǒng)電路，依次采集八路溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，并且在LED數(shù)碼管上顯示所測(cè)溫度，同時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)溫度計(jì)測(cè)量值進(jìn)展比擬，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如下，見表-2：表-2傳感器與溫度計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)照

測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)與溫度計(jì)直接測(cè)量吻合，符合仿真結(jié)果，本系統(tǒng)的測(cè)量*圍為0－99℃，DS18B20數(shù)字值讀取位數(shù)為8位，準(zhǔn)確到1℃，滿足日常測(cè)量應(yīng)用。另外可以通過(guò)改變DS18B20數(shù)字值讀取位數(shù)提高精度，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求擴(kuò)大量程。在系統(tǒng)根底上可以參加開關(guān)控制測(cè)量通路選擇，并實(shí)現(xiàn)超過(guò)測(cè)量*圍蜂鳴器報(bào)警。

5結(jié)論

該溫度測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、程序設(shè)計(jì)方便，基于仿真系統(tǒng)構(gòu)建的實(shí)際電路運(yùn)行良好，8支DS18B20的讀取時(shí)間與1支DS18B20的讀取時(shí)間根本相等，測(cè)溫迅速準(zhǔn)確。本設(shè)計(jì)采用Proteus仿真的好處在于可以迅速觀察到設(shè)計(jì)效果，同時(shí)可以通過(guò)改變?cè)骷?shù)使整個(gè)電路性能到達(dá)最優(yōu)化。6參考文獻(xiàn)

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附錄：程序*include<reg51.h>*defineucharunsignedchar*defineuintunsignedintsbitDQ=P3^7;//ds18b20與單片機(jī)連接口sbitRS=P3^0;sbitRW=P3^1;sbitEN=P3^2;unsignedcharcodestr1[]={"temperature:"};unsignedcharcodestr2[]={""};uchardatadisdata[5];uinttvalue;//溫度值uchartflag;//溫度正負(fù)標(biāo)志/*************************lcd1602程序**************************/voiddelay1ms(unsignedintms)//延時(shí)1毫秒〔不夠準(zhǔn)確的〕{unsignedinti,j;for(i=0;i<ms;i++)for(j=0;j<100;j++);}voidwr_(unsignedchar)//寫指令//{delay1ms(1);RS=0;RW=0;EN=0;P2=;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;}voidwr_dat(unsignedchardat)//寫數(shù)據(jù)//{delay1ms(1);;RS=1;RW=0;EN=0;P2=dat;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;}voidlcd_init()//初始化設(shè)置//{delay1ms(15);wr_(0*38);delay1ms(5);wr_(0*08);delay1ms(5);wr_(0*01);delay1ms(5);wr_(0*06);delay1ms(5);wr_(0*0c);delay1ms(5);}voiddisplay(unsignedchar*p)//顯示//{while(*p!='\0'){wr_dat(*p);p++;delay1ms(1);}}init_play()//初始化顯示{lcd_init();wr_(0*80); display(str1); wr_(0*c0); display(str2);}/******************************ds1820程序***************************************/voiddelay_18B20(unsignedinti)//延時(shí)1微秒{ while(i--);}voidds1820rst()/*ds1820復(fù)位*/{unsignedchar*=0; DQ=1;//DQ復(fù)位 delay_18B20(4);//延時(shí) DQ=0;//DQ拉低 delay_18B20(100);//準(zhǔn)確延時(shí)大于480us DQ=1;//拉高 delay_18B20(40); }uchards1820rd()/*讀數(shù)據(jù)*/{unsignedchari=0; unsignedchardat=0; for(i=8;i>0;i--) {DQ=0;//給脈沖信號(hào) dat>>=1; DQ=1;//給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0*80; delay_18B20(10); } return(dat);}voidds1820wr(ucharwdata)/*寫數(shù)據(jù)*/{unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=wdata&0*01;delay_18B20(10);DQ=1;wdata>>=1;}}read_temp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/{uchara,b;ds1820rst();ds1820wr(0*cc);//*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ds1820wr(0*44);//*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/ds1820rst();ds1820wr(0*cc);//*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ds1820wr(0*be);//*讀取溫度*/a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue<0*0fff)tflag=0;else{tvalue=~tvalue+1; tflag=1;}tvalue=tvalue*(0.625);//溫度值擴(kuò)大10倍，準(zhǔn)確到1位小數(shù) return(tvalue);}/*******************************************************************/voidds1820disp()//溫度值顯示 {ucharflagdat; disdata[0]=tvalue/1000+0*30;//百位數(shù)disdata[1]=tvalue%1000/100+0*30;//十位數(shù)disdata[2]=tvalue%100/10+0*30;//個(gè)位數(shù)disdata[3]=tvalue%10+0*30;//小數(shù)位if(tflag==0) flagdat=0*20;//正溫度不顯示符號(hào)elseflagdat=0*2d;//負(fù)溫度顯示負(fù)號(hào):-if(disdata[0]==0*30) {disdata[0]=0*20;//如果百位為0，不顯示 if(disdata[1]==0*30) {disdata[1]=0*20;//如果百位為0，十位為0也不顯示 } } wr_(0*c0); wr_dat(flagdat);//顯示符號(hào)位 wr_(0*c1); wr_dat(disdata[0]);//顯示百位 wr_(0*c2); wr_dat(disdata[1]);//顯示十位