基于89c51和ds18b20的数字温度计设计

题目：基于 89C51 和 DS18B20 的数字温度计设计 一一 、设计要求、设计要求 数字式温度计要求测温范围为55125C，精度误差在 0.1C 以内，LED 数码管直读显示。 二二 、方案论证、方案论证 根据系统的设计要求，选择 DS18B20 作为本系统的温度传感器，选择单片 机 AT89C51 为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选 用数字温度传感器 DS18B20，省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以 及进行长距离传输时的串/并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间， 降低了系统的硬件成本。 该系统的总体设计思路如下：温度传感器 DS18B20 把所测得的温度发送到 AT89C51 单片机上，经过 51 单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系 统显示器用 4 位共阳 LED 数码管以动态扫描法实现。检测范围-55 摄氏度到 125 摄氏度。 按照系统设计功能的要求，确定系统由 3 个模块组成：主控制器、测温电 路和显示电路。 数字温度计总体电路结构框图如图 1 所示。 图 1 数字温度计总体电路结构框图 三三 、系统硬件电路的设计、系统硬件电路的设计 温度计电路设计原理图如图 2 所示，控制器使用单片机 AT89C51，温度传 感器使用 DS18B20，用 4 位共阳 LED 数码管实现温度显示。 AT89C51 主 控 制 器 显示电路 温度传感器 DS18B20 扫描驱动 2 图 2 数字温度计设计电路原理图 1 1、主控制器主控制器 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性 能 CMOS8 位微处理器。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制 造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， 为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2、显示电路、显示电路 显示电路采用 4 位共阳 LED 数码管，从 P0 口输出段码，列扫描用 P3.0P3.3 口来实现，列驱动用 8550 三极管。 3、温度传感器工作原理、温度传感器工作原理 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 912 位的数字值读数方式。 DS18B20 的性能特点如下： 独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信； 多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能； 无需外部器件； 可通过数据线供电，电压范围：3.05.5V； 测温范围55125，在-10+85时精度为0.5 零待机功耗 温度以 9 或 12 位数字量读出； 用户可定义的非易失性温度报警设置 3 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 DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装或脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 3 所示 图 3 DS18B20 内部结构框图 64 b 闪速 ROM 的结构如下： 开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采 用一线进行通信的原因。温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软件写入户报 警上下限。主机操作 ROM 的命令有五种，如表 1 所列 4 指 令说 明 读ROM（33H） 读DS1820的序列号 匹配ROM（55H） 继读完64位序列号的一个命令，用 于多个DS1820时定位 跳过ROM（CCH） 此命令执行后的存储器操作将针对 在线的所有DS1820 搜ROM（F0H） 识别总线上各器件的编码，为操作 各器件作好准备 报警搜索（ECH） 仅温度越限的器件对此命令做出响 应 表 1 主机操作 ROM 的命令 DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个 非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器， 结构如图 4 所示。 图 4 高速暂存 RAM 结构图 前 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节 TH 和 TL 的拷贝， 是易失的，每次上电复位时被刷新。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。 温度低位 LSB 温度高位 MSB THTL配置保留保留保留8 位 CRC 5 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温 度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1，2 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，数据格式以 0.062 5 /LSB 形式表示。温度值格式如下： 这是 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。 图中，S 表示位。对应的温度计算：当符号位 S=0 时，表示测得的温度植 为正值，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，表示测得的温度植为 负值，先将补码变换为原码，再计算十进制值。例如+125的数字输出为 07D0H，+25.0625的数字输出为 0191H，-25.0625的数字输出为 FF6FH，-55的数字输出为 FC90H。 DS18B20 温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用 16 位符号扩 展的二进制补码读数形式提供，并以 0.0625LSB 形式表示。表 2 是部 分温度值对应的二进制温度表示数据。 表 2 部分温度值 DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、TL 字节内容作比较，若 TTH 或 TBCD DIV AB;B=A%100 MOV R7,A;R7=百位数 MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB;B=A%B SWAP A ORL A,B RET ;= ;Calculate CRC-8Values. Uses The CCITT-8Polynomial,Expressed As ;X8+X5+X4+1 ;= CRC8CAL:PUSH ACC MOV R7,#08H;Number Bits In Byte CRC8LOOP1:XRL A,B;Calculte CRC 17 RRC A;Move To Carry MOV A,B;Get The Last CRC Value JNC CRC8LOOP2 ;Skip If Data=0 XRL A,#18H;Updata The New CRC CRC8LOOP2:RRC A;Position The New CRC MOV B,A;Store The New CRC POP ACC;Get The Remaining Bits RR A;Position The Next Bit PUSH ACC;Save The Remaining Bits DJNZ R7,CRC8LOOP1;Repeat For 8 Bits POP ACC RET END 六六 、程序清单、程序清单 HEX 输出文件 :03000000020100FA :03000B0002012BC4 :1001000075816078207960760008D9FB7589217542 :100110008CE0758AB18005000201000000D2A9D2EE :100120008CD2AF75D000C202020141C0D075D01090 :10013000758CB1758AE00FBF32047F00D201D0D038 :10014000321202AA3001FAC20130020C1201D51299 :1001500002081202761202AA1201BFD20202014163 :10016000D2B70000C2B77EA0DEFE7EA0DEFED2B710 :100170007E32DEFE7E3CA2B74009DEFA7E64DEFE01 :1001800080DE22D2B7227F08D2B70000C2B70000BB :1001900000D2B77E07DEFEA2B77E3CDEFE13D2B7EA :1001A000DFEA7E3CDEFE227F08D2B70000C2B77EC7 :1001B00007DEFE1392B77E34DEFED2B7DFEF2212E7 :1001C000016074CC1201A77E34DEFE74441201A7D4 :1001D0007E34DEFE2212016074CC1201A77E34DE72 :1001E000FE74BE1201A77E34DEFE7D09783675F0FE :1001F00000120186F6081202F7DDF6E5F07008E558 :1002000036F526E537F52722E52754806014C3E547 :1002100026F42401F526E527F43400F52775280B8C :0C022000800375280AE528C4F528E526AF :10022C00540F90026693F529E52654F0C4F526E5A3 :10023C0027540FC445261202E9F52654F0C445286C :10024C00F528E526540FC44529F529EF600B540F0A :10025C00C4FFE528540F4FF52822000101020303C7 :10026C0004040506060708080909E529540FF5706A :10027C00E529C4540FF571E528540FF572E528C42F :10028C00540FF573E52854F0B410028010E528548F 18 :10029C000F700AE528C4540F75730AF57222797031 :1002AC007DFE7580FFEDF5B0E79002D493F580EDFF :1002BC0020E102C2871202E009ED30E30423FD4184 :1002CC00AE7580FF75B0FF22C0F9A4B0999282F888 :1002DC008090FFBF7E147F19DFFEDEFA2275F0647A :1002EC0084FF740AC5F084C445F022C0E07F086521 :1002FC00F013E5F05002641813F5F0D0E003C0E001 :05030C00DFEDD0E0224E :00000001FF 六六 调试及仿真调试及仿真 经软件调试-仿真器 MedWin 调试通过，并烧录芯片，得到所要求的设计 结果。试验成功。 七七 总结和体会总结和体会 这次为期三周的电子工程训练已经结束，但是带给我的影响是很大的。从 查资料找合适的方案和电路开始，找元件焊接，调试程序，仿真，烧录元件都 是由我们自己完成。途中遇到了很多问题。电子元件不全所以要改方案，焊接 中检查是否焊错，修改程序使之符合自己的电路并调试成功，烧录芯片并调试 成功。每一步都有可能出现问题，我们所做的就是迎接问题，改正错误，使自 己的作品更加完善。过程中我对单片机的工作原理有了更深一步的体会，并