基于51单片机与DS18B20的数字温度计设计

四川师范大学课程设计报告基于单片机的 DS18B20 数字温度计设计学生姓名院系名称 物理与电子工程学院专业名称 电子信息工程班 级学 号指导教师完成时间基于单片机的 DS18B20 数字温度计设计学生姓名： 指导老师： 内容摘要：随着现代信息化技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能独立工作的温度检测系统已广泛应用于各种不同的领域。本文介绍了一个基于STC89C52 单片机和数字温度传感器 DS18B20 的测温系统，并用 LED 数码管显示温度值，易于读数。系统电路简单、操作简便，能任意设定报警温度并可查询最近的 10 个温度值，系统具有可靠性高、成本低、功耗小等优点。关键词：单片机 数字温度传感器 温度计目 录1 引言 .42 设计要 求 .42.1 基本要求 .42.2 扩展功能 .43 总体 方案设计 .43.1 方案论证 .43.1.1 方案一 .43.1.2 方案二 .53.2 总体设计框图 .54 硬件 设计 .54.1 单片机系统 .54.2 数字温度传感器模块 .64.2.1 DS18B20 性能 .64.2.2 DS18B20 外形及引脚说明 .74.2.3 DS18B20 接线原理图 .74.2.4 DS18B20 时序图 .74.2.5 数据处理 .94.3 显示电路 .104.4 声光报警电路 .104.5 键盘输入电路 .115 软件 设计 .115.1 主程序模块 .115.2 读温度值模块 .125.3 中断模块 .145.4 温度查询模块 .155.5 温度设定、报警模块 .165.6 数码管驱动模块 .186 源 程序 .197 总 结 .26参考 文献： .281 引言随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，各种数字系统的应用也使人们的生活更加舒适。数字化控制、智能控制为现代人的工作、生活、科研等方面带来方便。其中数字温度计就是一个典型的例子。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温精确、功能多样话等优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用 STC89C52 单片机作控制器，数字温度传感器 DS18B20 测量温度，单片机接受传感器输出，经处理用 LED 数码管实现温度值显示。2 设计要求2.1 基本要求实现实时温度显示，测温范围 050 0C，误差 50C 以内。2.2 扩展功能温度报警，能任意设定温度范围实现声光报警；每隔 10 分钟记录一次温度数据，至少能查询过去 10 个时刻的温度情况。3 总体方案设计3.1 方案论证3.1.1 方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件，将随被测温度变化的电压或电流采样，进行 A/D 转换后就可以用单片机进行数据处理，实现温度显示。这种设计需要用到 A/D 转换电路，增大了电路的复杂性，而且要做到高精度也比较困难。3.1.2 方案二考虑到在单片机属于数字系统，容易想到数字温度传感器，可选用DS18B20 数字温度传感器，此传感器为单总线数字温度传感器，起体积小、构成的系统结构简单，它可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，即可实现温度显示。另外 DS18B20 具有 3 引脚的小体积封装，测温范围为 -55+125摄氏度，测温分辨率可达 0.0625 摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。以上两种方案相比较，第二种方案的电路、软件设计更简单，此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到要求，故本设计采用方案二。3.2 总体设计框图本方案设计的系统由单片机系统、数字温度传感器、LED 显示模块、按键控制模块、温度报警模块组成，其总体架构如下图 1。图 1 系统总体方框图4 硬件设计4.1 单片机系统1. 本设计采用 STC89C52 单片机作为控制器，完成所有功能的控制，包括： DS18B20 数字温度传感器的初始化和读取温度值 LED 数码管显示驱动与控制 按键识别和响应控制 温度设置和报警 温度值的存储和读取2. 单片机系统电路原理图：单片机测温电路按键输入电路时钟、复位电路驱动电路 显示电路报警电路图 2 单片机系统原理图4.2 数字温度传感器模块4.2.1 DS18B20 性能 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围-55+125，以 0.5递增 可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625 温度数字量转换时间 200ms，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度转换为数字 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统 负压特性：电源极性接反时，传感器不会因发热而烧毁，但不能正常工作4.2.2 DS18B20 外形及引脚说明图 3 DS18B20 外形及引脚 GND：地 DQ：单线运用的数据输入/输出引脚 VD：可选的电源引脚4.2.3 DS18B20 接线原理图单总线通常要求接一个约 4.7K 左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。图 4 DS18B20 接线原理图4.2.4 DS18B20 时序图主机使用时间隙来读写 DS18B20 的数据位和写命令字的位。1. 初始化时序如下图：图 5 DS18B20 初始化时序2. DS18B20 读写时序：图 6 DS18B20 读写时序4.2.5 数据处理高 速 暂 存 存 储 器 由 9 个 字 节 组 成 ， 其 分 配 如 表 5 所 示 。 当 温 度 转 换 命 令发 布 后 ， 经 转 换 所 得 的 温 度 值 以 二 字 节 补 码 形 式 存 放 在 高 速 暂 存 存 储 器 的第 0 和 第 1 个 字 节 。 单 片 机 可 通 过 单 线 接 口 读 到 该 数 据 ， 读 取 时 低 位 在 前 ，高 位 在 后 。图 7 字节分配下 表 为 12 位 转 化 后 得 到 的 12 位 数 据 ， 存 储 在 18B20 的 两 个 8 比 特 的RAM 中 ， 二 进 制 中 的 前 面 5 位 是 符 号 位 ， 如 果 测 得 的 温 度 大 于 0， 这 5位 为 0， 只 要 将 测 到 的 数 值 乘 于 0.0625 即 可 得 到 实 际 温 度 ； 如 果 温 度 小 于0， 这 5 位 为 1， 测 到 的 数 值 需 要 取 反 加 1 再 乘 于 0.0625 即 可 得 到 实 际 温度 。 例 如 +125 的 数 字 输 出 为 07D0H，实 际 温 度 =07D0H*0.0625=2000*0.0625=125 。例 如 -55 的 数 字 输 出 为 FC90H， 则 应 先 将 11 位 数 据 位 取 反 加 1 得370H（ 符 号 位 不 变 ， 也 不 作 运 算 ） ，实 际 温 度 =370H*0.0625=880*0.0625=55 。可 见 其 中 低 四 位 为 小 数 位 。图 8 DS18B20 温度数据表4.3 显示电路LED 数码管显示采用动态扫描方式，能简化电路布线