DS18B20數(shù)字溫度計設(shè)計

.z...**工程學院課程設(shè)計說明書(論文)課程名稱單片機原理及應(yīng)用題目DS18B20數(shù)字溫度計設(shè)計1．課程設(shè)計應(yīng)到達的目的在學習?單片機原理及應(yīng)用A?課程的根底上，進一步深入理解MCS-51單片機的構(gòu)造、工作原理和應(yīng)用技術(shù)，提高單片機控制系統(tǒng)設(shè)計、研發(fā)的能力；按照教學方案的要求，利用一周時間，綜合應(yīng)用所學知識，設(shè)計具有一定功能的小型單片機控制系統(tǒng)，培養(yǎng)學生一定的自學能力和獨立分析問題、解決問題的能力，要求學生能通過獨立思考、查閱工具書、參考文獻，提出自己的設(shè)計方案，找出設(shè)計中遇到問題的解決途徑。2．課程設(shè)計題目及要求設(shè)計課題：DS18B20數(shù)字溫度計設(shè)計說明：學生既可以從“?單片機原理及應(yīng)用實驗與課程設(shè)計指導(dǎo)書?**工程學院，2014年第二局部課程設(shè)計〞所列出的十個選題中根據(jù)自己的情況選擇一個課題進展設(shè)計，也可以自擬課題進展設(shè)計，但選擇后者時，必須首先征得指導(dǎo)教師的認可?！舱n題的起評分參見實驗與課程設(shè)計指導(dǎo)書〕1．整個課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)都要自己動手。2．可以選擇采用匯編語言或C語言編程實現(xiàn)；3．其他要求參見“?單片機原理及應(yīng)用實驗與課程設(shè)計指導(dǎo)書?〞；3．課程設(shè)計任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計計算說明書、圖紙、實物樣品等要求〕設(shè)計任務(wù)：根本任務(wù)：利用nKDE-51單片機實驗教學系統(tǒng)上的硬件資源，實現(xiàn)所選課題要求的功能。2.附加任務(wù)：在完成?單片機原理及應(yīng)用實驗與課程設(shè)計指導(dǎo)書?所列要求的根底上，學生可以發(fā)揮自主創(chuàng)新能力，拓展設(shè)計功能。工作量要求：設(shè)計的硬件電路圖與程序流程圖；源程序代碼；3．系統(tǒng)運行結(jié)果符合課程設(shè)計要求。4．根本任務(wù)為必做工程，附加任務(wù)為選做工程；5．對課程設(shè)計進展總結(jié)，撰寫課程設(shè)計說明書。4．主要參考文獻?單片機原理及應(yīng)用實驗與課程設(shè)計指導(dǎo)書?**工程學院，2014年?nKDE51單片機實驗教學系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書?**郵電大學，2011年?單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計?〔第3版〕，謝維成等編著，清華大學，2014年4、?單片機原理及應(yīng)用?〔第2版〕，李建忠，**電子科技大學，2008年5、其他參考資料〔自選〕5．課程設(shè)計進度安排起止日期工作內(nèi)容2014年12月22/29日12月23/30日12月24/31日12月25/1月2日6月26/1月3日收集資料，完成總體設(shè)計，畫出系統(tǒng)的硬件電路圖；畫出程序流程圖，編制源程序，擬定調(diào)試步驟；實驗室調(diào)試，修改、完善設(shè)計方案及內(nèi)容；實驗室調(diào)試，設(shè)計結(jié)果驗收；撰寫設(shè)計報告。6．成績考核方法設(shè)計和調(diào)試總分值為25分、辯論驗收總分值為30分，視以下情況計分：①完成根本任務(wù)，可獲得根本分35分；②完成拓展功能，可最多加20分；2、課程設(shè)計說明書：根本分20分，總分值為30分；3、考勤〔15分〕：缺勤一次扣5分，缺勤三次及以上不及格。教研室審查意見：教研室主任簽字：年月日院〔系、部、中心〕意見：主管領(lǐng)導(dǎo)簽字：年月日-.z目錄TOC\o"1-3"\h\u1638第一章引言 016318第二章設(shè)計 1306212.1設(shè)計方案 1194522.2設(shè)計框圖191752.3主控制器 16562.4顯示電路 1174022.5溫度傳感器設(shè)計130128第三章系統(tǒng)整體硬件電路 547693.1主板電路 5106913.2顯示電路 519947第四章系統(tǒng)軟件算法分析 6190654.1主程序 7267944.2讀出溫度子程序 796564.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 7281934.4計算溫度子程序 87314.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 929883第五章課程設(shè)計程序 924863第六章實驗結(jié)果圖1680266.1顯示****電路圖16159136.2顯示溫度電路圖1627178第七章總結(jié)與體會17-.z..第一章引言隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否認的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，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)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向開展。在這個信息技術(shù)的飛速開展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)的時代。能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的本錢低，但需后續(xù)信號處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計相比，這里設(shè)計的數(shù)字溫度計具有讀數(shù)方便，測溫*圍廣，測溫準確，數(shù)字顯示，適用*圍寬等特點。選用AT89C51型單片機作為主控制器件，DSl8B20作為測溫傳感器通過液晶顯示屏1602串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示。通過DSl8B20直接讀取被測溫度值，進展數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該器件的物理化學性能穩(wěn)定，線性度較好。該器件可直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制。另外，該溫度計還能直接采用測溫器件測量溫度，從而簡化數(shù)據(jù)傳輸與處理過程。本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫*圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比擬準確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用AT89C51，測溫傳感器使用DS18B20，用液晶顯示屏1602以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示，能準確到達以上要求。第二章設(shè)計2.1設(shè)計方案在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進展轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。2.2設(shè)計框圖溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖2.1所示，控制器采用單片機AT89S51，溫度傳感DS18B20，用液晶顯示屏1602以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。主控制器主控制器顯示溫度傳感器單片機復(fù)位時鐘振蕩按鍵控制****號號圖2.1總體設(shè)計方框圖2.3主控制器AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。2.4顯示電路顯示電路液晶顯示屏1602，從P2口R*D,T*D串口輸出顯示。2.5溫度傳感器設(shè)計DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改良型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進展通信；多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓*圍為3.0~5.5Ｖ；零待機功耗；溫度以9或12位數(shù)字；用戶可定義報警設(shè)置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度〔溫度報警條件〕的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20采用３腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部構(gòu)造框圖如圖2.2所示。CC64位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置存放器8位CRC發(fā)生器VddI/OI/O圖2.2DS18B20內(nèi)部構(gòu)造64位ROM的構(gòu)造開場８位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后８位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進展通信的原因。溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的構(gòu)造為8字節(jié)的存儲器，構(gòu)造如圖2.3所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置存放器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時存放器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖2.3所示。低5位一直為１，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設(shè)置為０，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度LSB溫度MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置存放器保存保存保存CRC圖2.3DS18B20字節(jié)定義由表2.1可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比擬長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。表2.1DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間00993.750110187.510113751112750高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保存未用，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，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開場啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第１、２字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃／LSB形式表示。當符號位Ｓ＝０時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位Ｓ＝１時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表2.2是一局部溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。表2.2一局部溫度對應(yīng)值表溫度/℃二進制表示十六進制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90HDS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TＬ字節(jié)內(nèi)容作比擬。假設(shè)Ｔ＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進展報警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼〔CRC〕。主機ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比擬，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(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)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器２的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門翻開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進展計數(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℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度存放器中，計數(shù)器１和溫度存放器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器１對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展減法計數(shù)，當減法計數(shù)器１的預(yù)置值減到０時，溫度存放器的值將加１，減法計數(shù)器１的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器１重新開場對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到０時，停頓溫度存放器的累加，此時溫度存放器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度存放器值大致被測溫度值。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進展。操作協(xié)議為：初使化DS18B20〔發(fā)復(fù)位脈沖〕→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖2.4所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖2.4DS18B20與單片機的接口電路第三章系統(tǒng)整體硬件電路3.1主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機主板電路等，如圖3.1所示。圖3.1中有三個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設(shè)置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限*圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時LED數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調(diào)整報警上下限，從而測出被測的溫度值。圖3.1中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比擬方便，在程序跑飛時，可以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位。3.2顯示電路顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用口資源比擬少，只用p3口的R*D,和T*D,串口的發(fā)送和接收，四只數(shù)碼管采用74LS164右移存放器驅(qū)動，顯示比擬清晰。如圖3.2所示，為溫度顯示電路。圖3.1單片機主板電路圖3.2溫度顯示電路第四章系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。4.1主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進展一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖4.1所示。Y發(fā)Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節(jié)完.CRC校驗正.確.移入溫度暫存器完畢NNY初始化調(diào)用顯示子程序1S到.初次上電讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開場命令NYNY圖4.1主程序流程圖 圖4.2讀溫度流程圖4.2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)，在讀出時需進展CRC校驗，校驗有錯時不進展溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖4.2示4.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開場命令，當采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖4.3所示。發(fā)發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開場命令完畢圖4.3溫度轉(zhuǎn)換流程圖4.4計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進展BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進展溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖4.4所示。溫度數(shù)據(jù)移入顯示存放器十位數(shù)溫度數(shù)據(jù)移入顯示存放器十位數(shù)0.百位數(shù)0.十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)〔不顯示符號〕完畢NNYY開場溫度零下?溫度值取補碼置“—〞標志計算小數(shù)位溫度BCD值計算整數(shù)位溫度BCD值完畢置“+〞標志NY圖4.4計算溫度流程圖圖4.5顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖4.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進展刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖4.5。第五章課程設(shè)計程序*include<REG51.H>*defineucharunsignedchar*defineuintunsignedintsbitDBUS=P0^0;sbitSW1=P0^1;sbitRS=P0^7;sbitRW=P0^6;sbitEN=P0^5;ucharlu[]={0*00,0*0A,0*1F,0*04,0*1F,0*04,0*0A,0*11,0*00,0*1C,0*14,0*1C,0*14,0*1C,0*10,0*10};uchar*ue[]={0*00,0*1F,0*04,0*1F,0*04,0*04,0*1F,0*00,0*00,0*04,0*0A,0*15,0*0E,0*02,0*06,0*04,};union{ucharc[2];uint*;}temp;ucharflag;uintcc,cc2;floatcc1;ucharbuff1[12]={"temperature:"};ucharbuff2[6]={"+00.0"};voidfbusy(){P2=0*ff;RS=0;RW=1;EN=1;EN=0;while((P2&0*80)){ 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