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课程设计(论文)-基于单片机的数字温度计--DS18B20.doc

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课程设计(论文)-基于单片机的数字温度计--DS18B20.doc

目录一概述.........................................................................................................................1二AT89C52的介绍.....................................................................................................22.1简介.................................................................................................................22.2内部结构.........................................................................................................22.3引脚.................................................................................................................2三DS18B20介绍.........................................................................................................43.1DS18B20简介..................................................................................................43.2DS18B20的性能特点......................................................................................43.3DS18B20工作原理..........................................................................................5四系统设计.................................................................................................................64.1设计要求..........................................................................................................64.2设计原理..........................................................................................................64.3系统组成.........................................................................................................64.4系统程序的设计.............................................................................................74.4.1主程序..................................................................................................74.4.2读温度子程序.....................................................................................84.4.3温度转换子程序...............................................................................94.4.4计算温度子程序...............................................................................94.4.5显示数据刷新子程序.......................................................................10五硬件电路分析.......................................................................................................115.1系统电路分析...............................................................................................115.2时钟振荡电路...............................................................................................115.3测温电路.......................................................................................................125.4复位电路.......................................................................................................125.5报警电路.......................................................................................................125.6显示电路.......................................................................................................13六总结与体会...........................................................................................................14七参考文献...............................................................................................................15附录(源代码).........................................................................................................16课程设计说明书1一概述随着科技的不断发展,现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求也在不断增长,而如何准确而又迅速的获得这些参数就取决于现代信息基础的发展水平。在现代信息采集技术中,传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器技术,在我国各领域应用广泛,可以说是渗透到社会的每一个领域,与人的生活与环境的温度息息相关,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器,温度传感器的发展经历了三个发展阶段①传统的分立式温度传感器②模拟集成温度传感器③智能集成温度传感器。目前的智能温度传感器亦称数字温度传感器是在20世纪90年代中期问世的,它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术ATE的结晶,特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器MCU。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高,现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式,从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展,并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法,并对以此传感器和AT89C52单片机控制器构成的数字温度测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。与传统的温度计相比,其具有读数方便,测温范围广,测温准确,输出温度采用数字显示,主要用于对测温要求比较准确的场所。本设计是一个数字温度测量及控制系统,能测量前的温度,并能在超限的情况下进行控制、调整,并报警。保证环境保持在限定的温度中,控制芯片使用AT89C52单片机,测温传感器使用DS18B20,用LED数码管来实现温度显示。本设计采用了新型单片机对温度进行控制,以其测量精度高,操作简单,可运行性强,价格低廉等优点,适用于生活,医疗,工业生产等方面的温度测量及控制。课程设计说明书2二AT89C52的介绍2.1简介AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器(PENROM)和128字节的存取数据存储器(RAM),这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产,并且能够与MCS51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元,有较强的功能的AT89C52单片机能够被应用到控制领域中。2.2内部结构AT89C52的片内结构如图1所示,它把那些作为控制应用所必需的基本功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上,其功能部件包括微处理器(CPU),数据存储器(RAM),程序存储器4KBFlashROM,4个8位可编程并行I/O口P0口、P1口、P2口、P3口,1个全双工串行口,2个16位定时器/计数器,中断系统,特殊功能寄存器(SFR)。这些功能部件通过片内单一总线连接而成,如图1所示,其基本结构是CPU加上外围芯片的传统微型计算机结构模式。2.3引脚89C52系列及89C52系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。目前89C52单片机多采用40只引脚的双列直插封装(DIP)方式,如图2所示。CPU(运算器)(控制器)数据存储器RAM程序存储器4KBFlashROMP0P2P3P1串行口定时器/计数器中断系统特殊功能寄存器(SFR)XTAL1XTAL2ALEPSENEARESET888889C52图189C52单片机片内结构课程设计说明书340只引脚按其功能可分为如下3类1电源及时钟引脚Vcc、VssXTAL1、XTAL2。2控制引脚PSEN、ALE、EA、RESEET。3I/O引脚P0、P1、P2、P3,为4个8位I/O口得外部引脚。图289C52的外部引脚课程设计说明书4三DS18B20介绍3.1DS18B20简介DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。3.2DS18B20的性能特点●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能●无须外部器件●可通过数据线供电,电压范围为3.05.5V●测量温度范围为55℃至125℃,精度为±0.5℃●零待机功耗●温度以9或12位数字●用户可定义报警设置●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件●负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作其内部结构图为64位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器低温触发器TL8位CRC发生器高温触发器TH配置寄存器Vdd图3DS18B20内部结构图课程设计说明书53.3DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。斜率累加器预置比较低温度系数晶振高温度系数晶振计数器1计数器2预置温度寄存器为0不为0加1停止LSB置位/清除图4DS18B20测温原理课程设计说明书6四系统设计4.1设计要求数字式温度计要求测温范围为-55°C~125°C,精度误差在0.5°C以内,LED数码管显示温度,超过温度上下限报警。但是考虑实际情况,本设计硬件下载显示为室温,超过34°C报警。4.2设计原理利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值,进行转换的特性,模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值,然后送到单片机中进行数据处理,并与设置的温度报警限比较,超过范围后通过扬声器报警,同时将处理后的数据送到LED中显示。4.3系统组成本设计是以AT89C52单片机为核心设计的一种数字温度控制系统,系统整体硬件电路包括传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等组成。系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。系统框图如图所示时钟振荡报警点按键调整LED显示单片机复位主控芯片温度传感器图5系统框图

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