温度传感器——课设论文

1课程设计论文题 目： 温度传感器 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子科学与技术 学生姓名： 周三弟 学 号： 0800230236 指导教师： 陈明 职 称： 教授 2010 年 12 月 16 日2摘 要DALLA 公司的单总线数字温度传感器 DSI8B20 以其线路 简单、硬件开销少、成本低廉等一系列优点，有着无可比拟的应用前景。文章首先介绍 DS18B20 的特性及工作原理。接着提出了一种基于 AT89S52 单片机与 DSl8B20 的温度测量报警系统，分析了系统的硬件结构及软件设计。其中，详细介绍了 AT89S52 对 DSl8B20 的操作流程，及使用 DS18B20 时候的注意事项。该温度测量系 统具有结构 简单、价格低廉、扩展方便和应用广泛等一系列优点。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。关键词：AT89S52；DS18B20 ；1602；温度测量A Temperature Measue Syste m based on AT89C52 and DS18B20 YILi - hua HUANG J u n ( Hunan Vocational college of Science and Technolog y ， Chang sha 410004 ， China ) Abstract：DALLAS CorporationS 1-wire bus digital temp era ture sens or has incomparable application prospect because its circuit is simple ， and with fewer hardware expensesThis paper introduces the structure and principle ofthe 1-wire bus digital temperature sensor，presents the hardware and compile program design oftemperatllre me asure and alar msystem which based on AT89C52 and DS18B20This paper explains trans action sequence of DS18B20 and points for attention This device has some advanmges such as ： simple structure ，low price It also can be ea sily extended and has important application persp ectives Keywords： AT89s52 ；DS18B20；temperaturemeasure 3目 录引言11 原理图与 pcb图21.1 原理图21.2 PCB图 32 单总线数字温度计 DS18B20 介绍32.1 18B20性能特点 32.2 18B20的功能引脚42.3 18B20的工作原理及应用52.4 18B20的初始化63 AT89S52的介绍84 1602LCD的介绍115 总结134引言 温度是一种最基本的环境参数，日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输 出为 模拟信号，必须经过 AI D 转换环节获得数字信号后 才能与单片机等微处理器接 口，使得硬件电路结构 复杂 ，制作成本较高。近年来，美国 DALLAS 公司生产的 DSI8B20 为代表的新型单总线数字式温度传 感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生 产制造 、气象观测 、科学研究 以及日常生活中。DSI8B20 集温度测量和 AD 转换于一体，直接输出数字量 ，传输距离远 ，可以很方便地实现多点测量，硬件电路结构简单，与单片机接口几乎不需要外围元件。文章将介绍 DS18B2 的结构特征及控制方法，给出以此传感器和 AT89S52 单片机构成的最小温度测量报警系统。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔 每行之间也有也有间隔 起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此 所以他不能显示图形.通过 At89S52 控制 1602 液晶的输出，将所测得的温度显示出来511.1 原理图621.2 pcb图2单总线数字温度计 DS18B20介绍2.1 DSI8B20性能特点 美国 DALLAS 半导体公司的 DS18B20 是世界上第一片支持 “ 单总线”接 口的数字式温度传感器 ，能够直接读取被测物的温度值。它具有 TO-92、TSOC、SOIC 多种封装形式，可以适应不同的环境需求。其测量范围在-55+125、-10 +85之内的测量精度可达0 .5,稳定度为 1。通过编程可实现 9、10、11、12 位的分辨率读出温度数据，以上都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分 别为 0.5、0.2 5 、0.25、0.0625，芯片出厂 时默认为 1 273位的转换精度。读取或写入 DS18B20 仅需要一根总线，要求外接一个约 4.7 k Q 的上拉电阻，当总线闲置时，其状态为高电平。此 9 I DS18B20 是温度 一电流传感器，对于提高系统抗干扰能力有 很大的帮助。负压特性 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。掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。2.2 DS18B20的引脚特点DS18B20 的管脚排列81. GND 为电源 地； 2. DQ 为数字信号输入输出端；3. VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地， 42.3 18B20的工作原理及应用DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于 一个芯片之上 ，从而抗干扰力更强。其一个工作周 期可分为两个部分 ，即温度检测和数据处理。在讲 解其工作流程之前我们有必要了解 18B20 的内部存 储器资源。18B20 共有三种形态的存储器资源，它们 分别是 ： ( 1 )ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码 ( DS18B20 的编码是 19 H)，后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56 位的CRC 码(冗余校验)。数据在出厂时设置不由用户更改。DS18B20 共 64 位 ROM。( 2 )R A M 数据暂存器，用于内部计算和数据存 取，数据在掉电后丢失，DS18B20共 9 个字节 RAM，每个字节为 8 位。如图 2 所示。第 1、2 个字节是温 度转换后的数据值信息，第 3 和第 4 字节是高温触发器和低温触发器 的易失性拷贝，第 5 个字节为 配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换 分辨率，DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为 相应精度的温度数值。以上字节内容每次上电复位 时被刷新。配置寄存器字节各位的定义如图 2 所示。低 5 位一直为 1 ，是工作模式位，用于设置DS 8B20 在工作模式还是在测试模式 ，DS18B20 出厂时该位 被设置为 0，用户不要去改动； 和用来设置分辨率，决定温度转换的精度位数。如表 1 所示。DS18B20 字节定义95表 1 DS18B20 温度转换时间表 2.4 18B20的初始化106主机首先发出一个 480960 微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的 480 微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是电平说明总线上无器件应答。做为从器件的 DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有 480960 微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待 1560 微秒后将总线电平拉低 60240 微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向 DS18B20 写 0 和写 1 组成的命令字节，接收数据时也是从 DS18B20 读取 0 或 1 的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写 0、写 1、读0 和读 1 的。写周期最少为 60 微秒，最长不超过 120 微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低 1 微秒表示写周期开始。随后若主机想写 0，则继续拉低电平最少 60 微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写 1，在一开始拉低总线电平 1 微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的 DS18B20 则在检测到总线被拉底后等待 15 微秒然后从 15us 到 45us 开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为 1，若采样期内总线为低电平则为 0。对于读数据操作时序也分为读 0 时序和读1 时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 1 微秒之后就得释放单总线为高电平，以让 DS18B20 把数据传输到单总线上。DS18B20 在检测到总线被拉低 1 微秒后，便开始送出数据，若是要送出 0 就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出 1 则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线 1 微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平 1 微秒在内的 15 微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为 0。采样期内总线为高电平则确认为 1。完成一个读时序过程，至少需要60us 才能完成3 AT89S52的介绍At89s52 是 一 种 低 功 耗 、 高 性 能 CMOS8 位 微 控 制 器 ， 具 有 8K 在 系 统 可 编 程Flash 存 储 器 。 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易 失 性 存 储 器 技 术 制 造 ， 与 工 业80C51 产 品 指 令 和 引 脚 完 全 兼 容 。 片 上 Flash 允 许 程 序 存 储 器 在 系 统 可 编 程 ， 亦适 于 常 规 编 程 器 。 在 单 芯 片 上 ， 拥 有 灵 巧 的 8 位 CPU 和 在 系 统 可 编 程 Flash，使 得 AT89S52 为 众 多 嵌 入 式 控 制 应 用 系 统 提 供 高 灵 活 、 超 有 效 的 解 决 方 案 。 11AT89S52 具 有 以 下 标 准 功 能 ： 8k 字 节 Flash， 256 字 节 RAM， 32 位 I/O 口 线 ，看 门 狗 定 时 器 ， 2 个 数 据 指 针 ， 三 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 ， 一 个 6 向 量 2 级 中断 结 构 ， 全 双 工 串 行 口 ， 片 内 晶 振 及 时 钟 电 路 。 另 外 ， AT89S52 可 降 至 0Hz 静态 逻 辑 操 作 ，7支 持 2 种 软 件 可 选 择 节 电 模 式 。 空 闲 模 式 下 ， CPU 停 止 工 作 ， 允 许 RAM、 定 时 器 /计 数 器 、 串 口 、 中 断 继 续 工 作 。 掉 电 保 护 方 式 下 ， RAM 内 容 被 保 存 ， 振 荡 器 被 冻结 ， 单 片 机 一 切 工 作 停 止 ， 直 到 下 一 个 中 断 或 硬 件 复 位 为 止 。 8 位 微 控 制 器 8K 字 节 在 系 统 可 编 程 Flash AT89S52 P0 口 ： P0 口 是 一 个 8 位 漏 极 开 路 的 双 向 I/O 口 。 作 为 输 出 口 ， 每 位 能 驱 动 8 个TTL 逻 辑 电 平 。 对 P0 端 口 写 “1”时 ， 引 脚 用 作 高 阻 抗 输 入 。 当 访 问 外 部 程 序 和 数 据 存 储 器 时 ， P0 口 也 被 作 为 低 8 位 地 址 /数 据 复 用 。 在这 种 模 式 下 ， P0 不 具 有 内 部 上 拉 电 阻 。 在 flash 编 程 时 ， P0 口 也 用 来 接 收 指 令 字 节 ； 在 程 序 校 验 时 ， 输 出 指 令 字 节 。程 序 校 验 时 ， 需 要 外 部 上 拉 电 阻 。 P1 口 ： P1 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， p1 输 出 缓 冲 器能 驱 动 4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P1 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以作 为 输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电流 （ IIL） 。 此 外 ， P1.0 和 P1.1 分 别 作 定 时 器 /计 数 器 2 的 外 部 计 数 输 入 （ P1.0/T2）和 定 时 器 /计 数 器 2 的 触 发 输 入 （ P1.1/T2EX） ， 具 体 如 下 表 所 示 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P1 口 接 收 低 8 位 地 址 字 节 。 引 脚 号 第 二 功 能 P1.0 T2（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 外 部 计 数 输 入 ） ， 时 钟 输 出 12P1.1 T2EX（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 捕 捉 /重 载 触 发 信 号 和 方 向 控 制 ） P1.5 MOSI（ 在 系 统 编 程 用 ） P1.6 MISO（ 在 系 统 编 程 用 ） P1.7 SCK（ 在 系 统 编 程 用 ） P2 口 ： P2 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 输 出 缓 冲 器能 驱 动 4 个 8TTL 逻 辑 电 平 。 对 P2 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以作 为 输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电流 （ IIL） 。 在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 用 16 位 地 址 读 取 外 部 数 据 存 储 器 （ 例 如 执 行 MOVX DPTR） 时 ， P2 口 送 出 高 八 位 地 址 。 在 这 种 应 用 中 ， P2 口 使 用 很 强 的 内 部 上 拉 发 送1。 在 使 用 8 位 地 址 （ 如 MOVX RI） 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 ， P2 口 输 出 P2 锁 存 器 的 内容 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P2 口 也 接 收 高 8 位 地 址 字 节 和 一 些 控 制 信 号 。 P3 口 ： P3 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， p3 输 出 缓 冲 器能 驱 动 4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P3 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以作 为 输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电流 （ IIL） 。 P3 口 亦 作 为 AT89S52 特 殊 功 能 （ 第 二 功 能 ） 使 用 ， 如 下 表 所 示 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P3 口 也 接 收 一 些 控 制 信 号 。 端 口 引 脚 第 二 功 能 P3.0 RXD(串 行 输 入 口 ) P3.1 TXD(串 行 输 出 口 ) P3.2 INTO(外 中 断 0) P3.3 INT1(外 中 断 1) P3.4 TO(定 时 /计 数 器 0) 13P3.5 T1(定 时 /计 数 器 1) P3.6 WR(外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ) P3.7 RD(外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ) 此 外 ， P3 口 还 接 收 一 些 用 于 FLASH 闪 存 编 程 和 程 序 校 验 的 控 制 信 号 。 RST复 位 输 入 。 当 振 荡 器 工 作 时 ， RST 引 脚 出 现 两 个 机 器 周 期 以 上 高 电 平将 是 单 片 机 复 位 。 ALE/PROG当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ， ALE（ 地 址 锁 存 允 许 ）9输 出 脉 冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。 一 般 情 况 下 ， ALE 仍 以 时 钟 振 荡 频 率 的1/6 输 出 固 定 的 脉 冲 信 号 ， 因 此 它 可 对 外 输 出 时 钟 或 用 于 定 时 目 的 。 要 注 意 的 是 ：每 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 将 跳 过 一 个 ALE 脉 冲 。 对 FLASH 存 储 器 编 程 期 间 ， 该 引 脚 还 用 于 输 入 编 程 脉 冲 （ PROG） 。 如 有 必 要 ， 可 通 过 对 特 殊 功 能 寄 存 器 （ SFR） 区 中 的 8EH 单 元 的 D0 位 置 位 ，可 禁 止 ALE 操 作 。 该 位 置 位 后 ， 只 有 一 条 MOVX 和 MOVC 指 令 才 能 将 ALE 激 活 。 此外 ， 该 引 脚 会 被 微 弱 拉 高 ， 单 片 机 执 行 外 部 程 序 时 ， 应 设 置 ALE 禁 止 位 无 效 。 PSEN程 序 储 存 允 许 （ PSEN） 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 当AT89S52 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 令 （ 或 数 据 ） 时 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 PSEN 有 效 ，即 输 出 两 个 脉 冲 ， 在 此 期 间 ， 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 ， 将 跳 过 两 次 PSEN 信 号 。 EA/VPP外 部 访 问 允 许 ， 欲 使 CPU 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 （ 地 址 为 0000H-FFFFH） ， EA 端 必 须 保 持 低 电 平 （ 接 地 ） 。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 LB1 被 编 程 ，复 位 时 内 部 会 锁 存 EA 端 状 态 。 如 EA 端 为 高 电 平 （ 接 Vcc 端 ） ， CPU 则 执 行 内 部 程 序 存 储 器 的 指 令 。 FLASH 存 储 器 编 程 时 ， 该 引 脚 加 上 +12V 的 编 程 允 许 电 源 Vpp， 当 然 这 必 须 是 该器 件 是 使 用 12V 编 程 电 压 Vpp。3 1602的功能介绍1）1602LCD 主要技术参数显示容量为162个字符；芯片工作电压为4.55.5V；工作电流为2.0mA（5.0V） ；模块最佳工作电压为5.0V；字符尺寸为2.954.35（WH）mm。（2）接口，信号说明1602LCD 采用标准的14引脚（无背光）或16引脚（带背光）接口，14各引脚接口说明见表101602液晶接口引脚定义编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地 9 D2 Date I/O2 VDD 电源正极 10 D3 Date I/O3 VL 液晶显示偏压信号 11 D4 Date I/O4 RS 数据/命令选择端（V/L）12 D5 Date I/O5 R/W 读/写选择端（H/L） 13 D6 Date I/OE 使能信号 14 D7 Date I/O7 D0 Date I/O 15 BLA 背光源正极8 D1 Date I/O 16 BLK 背光源负极1、2组电源 一组是模块的电源 一组是背光板的电源 均为5V 供电。2、VL 是调节对比度的引脚调节此脚上的电压可以改变黑白对比度3、RS 是很多液晶上都有的引脚 是命令/数据选择引脚 该脚电平为高时表示将进行数据操作；为低时表示进行命令操作。4、RW 也是很多液晶上都有的引脚 是读写选择端 该脚电平为高是表示要对液晶进行读操作；为低时表示要进行写操作。5、E 同样很多液晶模块有此引脚 通常在总线上信号稳定后给一正脉冲通知把数据读走，在此脚为高电平的时候总线不允许变化。6、D0 D7 8位双向并行总线，用来传送命令和数据。7、BLA 是背光源正极，BLK 是背光源负极。对此液晶操作主要有以下几种方法。1写命令（包括但不限于初始化、调节显示位置、清除显示）2写数据(把一个字符的 ASC 码写入液晶使其显示)153读忙信号（液晶乃低速设备，每次操作前应该测试忙信号，确定其不忙时再操作）（4）1602LCD 的指令码（命令码）此液晶上电的时候需要初始化 典型的指令码是38H，也就是上电的时候需要 调用void write_cmd(unsigned char command)这个函数写指令码，用法是 write_cmd(0x38);执行完这个函数可以把液晶初始化成16x2显示5x7的点阵8位总线接口。以下指令码用法相同。11此液晶支持的指令码有指令码 功能0 0 1 1 1 0 0 0 设置162显示，57点陈，8位数据接口0 0 0 0 1 D C B D=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标B=1光标闪烁；B=0光标不显示0 0 0 0 0 1 N S N=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标