电子温度计的设计毕业论文.doc

陕西国防学院电子工程系毕业论文 题目 电子温度计的设计 专业 应用电子技术 班级 电子 3121 作者 刘冬 指导教师 程晓芳 摘摘 要要 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 们带来的方便也是不可否认的 其中电子温度计就是一个典型的例子 医院 家庭等随 处可见 为了能更加满足人们的需要 数字体温计正在更新换代 电子温度测量方式是 随着电子技术的兴起而快速发展的一门学科 它利用材料随温度变化的参数转换成电信 号对温度进行测量 电子温度计功能完善 使用方便安全 精度高 克服了传统电子温度 计价格昂贵 测量功能单一 误差偏大等问题 使用效果良好 有很好的推广应用价值 本 文通过对电子温度计的系统组成 应用方面 使用技术 功能特点 技术指标等方面来 介绍与设计电子温度计 目录 摘要 I 第一章 绪论 1 1 1 选题的依据及意义 1 1 2 国内外研究现状及发展趋势 含文献综述 2 1 3 本课题研究内容及方案 3 1 3 1 硬件设计 4 1 3 2 软件设计 4 1 3 3 方案设计 4 1 4 研究目标 主要特色及工作进度 4 1 4 1 研究目标 4 1 4 2 主要特色 4 第二章 系统总体方案设计 6 2 1 89C51 单片机的介绍 6 陕西国防学院电子工程系毕业论文 2 1 1 89C51 单片机管脚图 7 2 1 2 89C51 单片机的中断系统 8 2 1 3 89C51 单片机的定时 计数器 8 2 2 温度传感器 DS18B20 8 2 2 1 DS18B20 的性能特点 8 2 2 2 DS18B20 与单片机的典型接口设计 9 2 2 3 DS18B20 的内部结构 11 2 2 4 DS18B20 的测温原理 11 2 2 5 告警信号 12 2 2 6 CRC 的产生 12 2 2 7 DS18B20 使用中注意事项 12 2 3 1602 字符型 LCD 简介 13 2 3 1 1602LCD 的基本参数及引脚功能 13 2 3 2 1602LCD 的指令说明及时序 14 2 3 3 1602LCD 的 RAM 地址映射及标准字库表 16 2 3 4 1602LCD 的一般初始化 复位 过程 17 2 4 DS1302 时钟芯片 17 第三章 系统硬件设计 18 3 1 硬件设计 本文采用 89C51 单片机作为主要控制芯片 具体框图如图 3 1 所示 18 第四章 系统软件设计 19 4 1 主程序设计 19 4 2 温度子程序 19 4 3 键盘子程序设计 20 4 4 报警子程序设计 21 第五章 系统调试 22 5 1 PROTEUS软件简介 22 5 2 KEIL软件 22 5 3 系统调试与仿真 22 结论 25 陕西国防学院电子工程系毕业论文 参考文献 26 谢辞 27 附录 1 程序代码 28 附录 2 参考电路图 38 陕西国防学院电子工程系毕业论文 0 第一章 绪论 1 1 选题的依据及意义 温度是人们生活中一个时时刻刻接触到的物理量 它影响着一切 厄尔尼诺现象是 因为地球整体温度升高 分子运动因为温度的升高而加剧 30 是人体感觉最佳的环境 温度 工业生产 试验 生活 都离不开温度的影响 但是传统的温度计无法精确及快 速的测出当前温度 会产生较大的误差 本文提出一种新型数字式温度计的设计方案 可以达到传统温度计的测量精度 并 且可较好的解决传统温度计存在的缺陷 增加实时记录及分析温度变化 具有报警功能 和实时时钟功能 可随时根据用户需要设定报警温度 采用 AT89C51 单片机作为核心来进行控制 该单片机具有较高的性价比 集成度高 通用性好 功能强 特别是体积小 耗能低 可靠性高 抗干扰能力强和使用方便等独 特优点 在数字 智能化方面有广泛的用途 采用智能温度传感器 DS18B20 作为检测元件 测温范围为 55 125 最大 分辨率可达 0 0625 DS18B20 可以直接读出被测温度值 而且采用 3 线制与单片机相 连 减少了外部的硬件电路 具有低成本和易使用的特点 DS18B20 数字温度传感器接 线方便 根据应用场合的不同而改变其外观 封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温 高 炉水循环测温 锅炉测温 机房测温 农业大棚测温 洁净室测温 弹药库测温等各种 非极限温度场合 耐磨耐碰 体积小 使用方便 封装形式多样 适用于各种狭小空间 设备数字测温和控制领域 单总线数字温度传感器正广泛应用于在多点温度测量系统中 单总线数字温度传感器将地址线 数据线 控制线合为 1 根信号线 每一个数字温度传 感器内均有唯一的 64 位序列号 允许在信号线上挂接多个 1 Wire 总线器件 因此在单总 路线多传感器系统中 只有获得该序列号后才能识别各传感器并对其进行操作 显示模块采用 1602 液晶显示器 显示温度及时间 微功耗 体积小 显示内容丰富 超薄轻巧 常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中 日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制 在冶金 食品加工 化工 等工业生产过程中 广泛使用的各种加热炉 热处理炉 反应炉等 都要求对温度进行 严格控制 在日常生活中 电烤箱 微波炉 电热水器 烘干箱等电器也需要进行温度 检测与控制 传统的测温元件有热电偶和热电阻 而热电偶和热电阻测出的一般是电压 陕西国防学院电子工程系毕业论文 1 再转换成对应的温度 需要比较多的外部硬件支持 硬件电路复杂 软件调试复杂 制 作成本高 而采用单片机对温度进行控制 不仅具有控制方便 简单和灵活等优点 而 且可以大幅度提高温度控制的技术指标 在物理实验 医疗卫生 食品生产等领域 尤 其在热学实验中 有特别重要的意义 传统所使用的温度计通常都是精度为 1 C 和 0 1 C 的水银 煤油或酒精温度计 这些温度计的刻度间隔通常都紧密 不容易准确分辨 读数困难 而且他们的热容量还比较大 达到热平衡所需的时间较长 因此很难读准 并且使用非常不方便 电子体温计与传统的温度计相比 具有读数方便 测温范围广 测温速度快 测温准确 携带方便等优点 其输出温度采用数字显示 主要用于对温度 比较准确的场所 或科研实验室使用 电子体温计和传统的水银体温计相比更安全可靠 我们都知道水银有剧毒 如果破损可能带来玻璃扎伤或水银污染的隐患 随着信息的发 展 温度的监测显得越来越重要了 具有记录及分析温度的数字温度计更有发展前景 1 2 国内外研究现状及发展趋势 含文献综述 温度计从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计 热电偶温度计 半导 体集成数字温度计等 目前温度计的发展很快 从原始的玻璃温度计管温度计发展到了 现在的热电阻温度计 热电偶温度计 数字温度计 电子温度计等等 主要温度仪表 如热电偶 热电阻及辐射温度计等在技术上已经成熟 但是它们只能在传统的场合应用 尚不能满足简单 快速 准确测温的要求 尤其是高科技领域 因此 各国专家都在有 针对性地竞相开发各种新型温度传感器及特殊与实用测温技术 如采用光纤 激光及遥 感或存储等技术的新型温度计已经实用化 在电子式温度计中 传感器的灵敏度决定了 温度计的精度 测量范围 控制范围和用途等 温度传感器的发展大致经历了以下 3 个阶段 传统的分立式温度传感器 含敏感元件 主要是能够进行非电量和电量之间转换 模拟集成温度传感器 控制器 智能温度传感 器 传统的分立式温度传感器 热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广 泛的一种温度传感器 它与被测对象直接接触 不受中间介质的影响 具有较高的精度 测量范围广 可从 50 1600 进行连续测量 特殊的热电偶如金铁 镍铬 最低可测到 269 钨 铼最高可达 2800 模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的 因此亦称硅传 感器或单片集成温度传感器 模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一 仅测量温度 陕西国防学院电子工程系毕业论文 2 测温误差小 价格低 响应速度快 传输距离远 体积小 微功耗等 适合远距离测 温 不需要进行非线性校准 外围电路简单 智能温度传感器 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的结晶 智能温度传感器能输出 温度数据及相关的温度控制量 适配各种微控制器 MCU 并且可通过软件来实现测 试功能 即智能化取决于软件的开发水平 智能温度传感器包括数字温度传感器和石英 温度传感器 数字温度传感器被广泛应用于工业控制 电子测温计 医疗仪器等各种温 度控制系统中 用石英作为温度传感器的数字温度计可实现多种功能 用于热化疗仪中 对药液的温度进行测量 能获得较好的测温效果 用于温度检测系统 测温系统可用于 各行各业中 进入 21 世纪后 数字温度传感器正朝着高精度 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 提高测温精度和分辨力 20 世纪 90 年代中期最早推出的智能温度传感器 采用的 是 8 位 A D 转换器 其测温精度较低 分辨力只能达到 1 目前 国外已相继推出多 种高速度 高分辨力的智能温度传感器 所用的是 9 12 位 A D 转换器 分辨力一般可 达 0 5 0 0625 增加测试功能 新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强 例如 DS1629 型 单线智能温度传感器增加了实时日历时钟 RTC 使其功能更加完善 另外 智能温 度传感器正从单通道向多通道的方向发展 这就为研制和开发多路温度测控系统创造了 良好条件 智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择 主要包括单次转换模式 连 续转换模式 待机模式 有的还增加了低温极限扩展模式 操作非常简便 智能温度控 制器适配各种微控制器 构成智能化温控系统 它们还可以脱离微控制器单独工作 自 行构成一个温控仪 总线技术的标准化与规范化 目前 智能温度传感器的总线技术也实现了标准化 规范化 所采用的总线主要有单线 1 Wire 总线 I2C 总线 SMBus 总线和 spI 总线 温 度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信 可靠性及安全性设计 传统的 A D 转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术 其噪声容限低 抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差 新型智能温度传感器 普遍采 用了高性能的 式 A 转换器 它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模 拟信号转换成数字信号 再利用过采样 噪声整形和数字滤波技术 来提高有效分辨力 式 A D 转换器不仅能滤除量化噪声 而且对外围元件的精度要求低 由于采用了 陕西国防学院电子工程系毕业论文 3 数字反馈方式 因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的转换精度 这种智 能温度传感器兼有抑制串模干扰能力强 分辨力高 线性度好 成本低等优点 水电站的建成 在进行大坝安全监测时 温度是一个最基本的参数 大坝长期受到 水的压力会发生形变 因此位移是大坝安全监测的一个重要项目 大坝水平方向和垂直 方向的位移以及坝间的离合度 都是大坝安全监测的重要内容 由于大坝长期受到水的 浸泡 在水压力作用下 坝段间的缝隙就会增大 从而直接影响到大坝的安全 测量坝 间离合度的装置安装在一根长管子上 由于温度变化 管子也会发生形变 直接影响到 离合度的测量 用数字温度传感器 DSl8820 测得大坝的环境温度 得到两次测量的温度 变化 进而得到管子由于温度变化而引起的形变量 从位移测量数据中除去温度引起的 形变即可得到坝间离合度的准确值 大坝环境恶劣 而数字单总线温度传感器集温度测 量 A D 转换于一体 具有单总线结构 数字输出 精度较高 直接与微机接口等优 点 是目前最新的测温器件 其电路设计简单 提高了系统稳定性 可靠性及抗干扰能 力 适用于大坝的温度测量 以单线数字温度传感器 DS18B20 为温度敏感元件的储粮温检系统 该系统以 PIII300PC 机为主机 以 89C51 单片机为检测分机 数字传感器直接与分机连接 分机 与主机通过 RS485 总线网进行通信 所有的操作通过主机的菜单命令进行 系统具有温 度检测 打印 报警和系统故障自检等功能 基于单线数字温度传感器 DS18B20 的储粮 温度自动测试系统结构简单 现场安装调试方便 成本低 系统可靠性高 易于增减传 感器的数量 由于温度传感器以数字形式输出温度值 长距离传输的可靠性好 抗干扰 能力强 该系统还用于烟草 食品 化工等其他类型仓库以及人工气候实验室 生产车 间 智能大厦等环境的温度智能实时检测与控制 1 3 本课题研究内容及方案 本文采用 89C51 单片机作为控制器 采用 DS18B20 温度传感器进行单线多点温度 检测 用 1602 液晶显示器显示温度 记录并处理数据 实时时钟显示 报警电路的实现 1 3 1 硬件设计 1 传感器数据采集电路 采用多个 DS18B20 温度传感器构成单总线数据采集电 路 2 温度显示电路 采用 1602 显示 能够实时显示出当前温度 陕西国防学院电子工程系毕业论文 4 3 上下限报警调整电路 当温度超出设定值时会发出报警 直至系统温度恢复正 常 4 时钟显示电路 能够显示当前具体时间 当系统掉电时 时钟芯片仍可继续工 作 保证系统安全稳定的运行 5 人机接口 按键 根据需要切换时间和温度测量 并可以及时调整时间及校零 6 单片机主板电路 总体布局最优 抗干扰能力强 1 3 2 软件设计 1 主程序 主要功能是负责温度的实时显示 读出并处理传感器测量的当前温度 值 重复的温度测量 2 读出温度子程序 主要功能是读出 RAM 中的 9 字节 在读出时需进行 CRC 校验 校验有错时不进行温度数据的改写 3 温度转换命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令 4 计算温度子程序 计算温度子程序将 RAM 中读出 取值进行 BCD 码的转换运算 并进行温值正负的判定 5 显示数据刷新子程序 显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据 进行刷新操作 当最高位显示为 0 时将符号显示位移入下一位 6 时钟显示程序 显示出当前时间 并可进行调整 1 3 3 方案设计 本文利用 AT89C52 芯片控制温度传感器 DS18B20 进行实时温度检测并显示 能够 实现快速测量环境温度 并可以根据需要设定上下限报警温度 该系统扩展性非常强 它可以在设计中加入时钟芯片 DS1302 以获取时间数据 在数据处理同时显示时间 并 可以利用 AT24C16 芯片作为存储器件 以此来对某些时间点的温度数据进行存储 利用 键盘来进行调时和温度查询 获得的数据可以通过 MAX232 芯片与计算机的 RS232 接 口进行串口通信 方便的采集和整理时间温度数据 本文设计一个电子温度计要求可以精确测量多个温度 并在同一时刻同一显示器上 进行显示 并具有显示当前具体时间功能 具有存储功能 可查询任一时刻的温度 可 根据需要 陕西国防学院电子工程系毕业论文 5 第二章 系统总体方案设计 该系统利用 AT89C52 芯片控制温度传感器 DS18B20 进行实时温度检测并显示 能 够实现快速测量环境温度 并可以根据需要设定上下限报警温度 该系统扩展性非常强 它可以在设计中加入时钟芯片 DS1302 以获取时间数据 在数据处理同时显示时间 并 可以利用 AT24C16 芯片作为存储器件 以此来对某些时间点的温度数据进行存储 利用 键盘来进行调时和温度查询 获得的数据可以通过 MAX232 芯片与计算机的 RS232 接 口进行串口通信 方便的采集和整理时间温度数据 2 1 89C51 单片机的介绍 89C51 单片机最初是由 Intel 公司开发设计的 但后来 Intel 公司把 51 核的设计方 案卖给了几家大的电子设计生产商 譬如 SST Philip Atmel 等大公司 如是市面上 出现了各式各样的但均以 51 为内核的单片机 倒是 Intel 公司自己的单片机却显得逊色 了 这些各大电子生产商推出的单片机都兼容 51 指令 并在 51 的基础上扩展一些功能 而内部结构是与 51 一致的 陕西国防学院电子工程系毕业论文 6 时钟电路 ROM EPROM Flash 4KB RAM128B SFR 21个 定时个 计数器2 CPU 总线控制 中断系统 5个中断源 2个优先级 串行口 全双工1个 4个并行口 XTAL2XTAL1 RST EA ALE PSEN P0P1P2P3 Vss Vcc 89C51 有 40 个引脚 4 个 8 位并行 I O 口 1 个全双工异步串行口 同时内含 5 个 中断源 2 个优先级 2 个 16 位定时 计数器 89C51 的存储器系统由 4K 的程序存储器 掩膜 ROM 和 128B 的数据存储器 RAM 组成 89C51 单片机的基本组成框图见图 2 1 图 2 1 89C51 单片机结构 由图 2 1 可见 8051 单片机主要由以下几部分组成 1 CPU 系统 8 位 CPU 含布尔处理器 时钟电路 总线控制逻辑 2 存储器系统 4K 字节的程序存储器 ROM EPROM Flash 可外扩 至 64KB 128 字节的数据存储器 RAM 可再外扩 64KB 特殊功能寄存器 SFR 3 I O 口和其他 功能单元 4 个并行I O 口 2 个 16 位定时计数器 1 个全双工异步串行 口 中断系统 5 个中断源 2 个优先级 2 1 1 89C51 单片机管脚图 图 2 2 89C51 单片机管脚图 陕西国防学院电子工程系毕业论文 7 部分引脚说明 1 时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2 18 脚 接外部晶体和微调电容的一端 在 8051 片内它是振荡电路反相放 大器的输出端 振荡电路的频率就是晶体固有频率 若需采用外部时钟电路时 该引脚 输入外部时钟脉冲 要检查 8051 8031 的振荡电路是否正常工作 可用示波器查看 XTAL2 端是否有脉冲信号输出 XTAL1 19 脚 接外部晶体和微调电容的另一端 在片内它是振荡电路反相放大器 的输入端 在采用外部时钟时 该引脚必须接地 2 输入 输出端口 P0 P1 P2 P3 P0 口 P0 0 P0 7 39 32 脚 P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I O 口 作为漏 极开路的输出端口 每位能驱动 8 个 LS 型 TTL 负载 当 P0 口作为输入口使用时 应先向口锁存器 地址 80H 写入全 1 此时 P0 口的全部引脚浮空 可作为高阻抗输入 作 输入口使用时要先写 1 这就是准双向口的含义 在 CPU 访问片外存储器时 P0 口分时 提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线 在此期间 P0 口内部上拉电阻有效 P1 口 P1 0 P1 7 1 8 脚 P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 P1 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载 在 P1 口作为输入口使用时 应先向 P1 口锁存地 址 90H 写入全 1 此时 P1 口引脚由内部上拉电阻拉成高电平 P2 口 P2 0 P2 7 21 28 脚 P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 P 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载 在访问片外 EPROM RAM 时 它输出高 8 位地 址 P3 口 P3 0 P3 7 10 17 脚 P3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 P3 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载 P3 口与其它 I O 端口有很大的区别 它的每个 引脚都有第二功能 如下 P3 0 RXD 串行数据接收 P3 1 RXD 串行数据发送 P3 2 INT0 外部中断 0 输入 P3 3 INT1 外部中断 1 输入 P3 4 T0 定时 计数器 0 的外部计数输入 陕西国防学院电子工程系毕业论文 8 P3 5 T1 定时 计数器 1 的外部计数输入 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 2 1 2 89C51 单片机的中断系统 89C51 系列单片机的中断系统有 5 个中断源 2 个优先级 可以实现二级中断服务 嵌套 由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器 IE 控制 CPU 是否响应中断请求 由 中断优先级寄存器 IP 安排各中断源的优先级 同一优先级内各中断同时提出中断请求时 由内部的查询逻辑确定其响应次序 2 1 3 89C51 单片机的定时 计数器 在单片机应用系统中 常常会有定时控制需求 如定时输出 定时检测 定时扫描 等 也经常要对外部事件进行计数 89C51 单片机内集成有两个可编程的定时 计数器 T0 和 T1 它们既可以工作于定时模式 也可以工作于外部事件计数模式 此外 T1 还 可以作为串行口的波特率发生器 2 2 温度传感器 DS18B20 DS18B20 型单线智能温度传感器 属于新一代适配微处理器的智能温度传感器 全 部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 与传统的热敏电阻相比 它能够直接读出被测温度 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 其可以分别 93 75ms 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数字量 最大分辨率为 0 0625 而且从 DS18B20 读出或写入 DS18B20 的信息仅需要一根口线 单线接口 读写 2 2 1 DS18B20 的性能特点 单线数字化智能集成温度的传感器 其特点是 1 DSI8B20可将被测温度直接转换成计算机能识别的数字信号输出 温度值不 需要经电桥电路先获取电压模拟量 再经信号放大和A D转换成数字信号 解决了传统 温度传感器存在的因参数不一致性 在更换传感器时会因放大器零漂而必须对电路进行重 新调试的问题 使用方便 2 DS18B20能提供9到12位温度读数 精度高 且其信息传输只需1根信号线 陕西国防学院电子工程系毕业论文 9 与计算机接口十分简便 读写及温度变换的功率来自于数据线而不需额外的电源 3 每一个DS18B20都有一个惟一的序列号 这就允许多个DS18B20连接到同一 总线上 尤其适合于多点温度检测系统 4 负压特性 当电源极性接反时 DS18B20虽然不能正常工作 但不会因发热 而烧毁 正是由于具有以上特点 DS18B20在解决各种误差 可靠性和实现系统优化等方 面与传统各种温度传感器相比 有无可比拟的优越性 因而广泛应用于过程控制 环境控 制 建筑物 机器设备中的温度检测 2 2 2 DS18B20 与单片机的典型接口设计 DS18B20测温系统具有测温系统简单 测温精度高 连接方便 占用口线少等优点 Dsl8B20与单片机的硬件连接有两种方法 一是Vcc接外部电源 GND接地 I 0与单片机 的I 0线相连 二是用寄生电源供电 此时 UDD和GND接地 I 0接单片机I 0 无论是哪 种供电方式 I 0口线都要接4 7k Q左右的上拉电阻 图4给出了DSl8B20与微处理器的 典型连接 1 DS18B20寄生电源供电方式 如下面图2 3 a 所示 在寄生电源供电方式下 DS18B20从单线信号线上汲取能量 在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里 在信号线处于低电平期间消耗电 容上的电能工作 直到高电平到来再给寄生电源 电容 充电 独特的寄生电源方式有三个好处 1 进行远距离测温时 无需本地电源 2 可以在没有常规电源的条件下读取ROM 3 电路更加简洁 仅用一根I O口实现测温 要想使DS18B20进行精确的温度转换 I O线必须保证在温度转换期间提供足够的能 量 由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA 当几个温度传感器挂在同一 根I O线上进行多点测温时 只靠4 7K上拉电阻就无法提供足够的能量 会造成无法转换 温度或温度误差极大 因此 该电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用 不适宜采用电池供电系统 中 并且工作电源VCC必须保证在5V 当电源电压下降时 寄生电源能够汲取的能量也 降低 会使温度误差变大 2 DS18B20寄生电源强上拉供电方式 改进的寄生电源供电方式如下面图 2 3 b 所示 为了使 DS18B20 在动态转换周期中获 得足够的电流供应 当进行温度转换或拷贝到 E2 存储器操作时 用 MOSFET 把 I O 线 陕西国防学院电子工程系毕业论文 10 直接拉到 VCC 就可提供足够的电流 在发出任何涉及到拷贝到 E2 存储器或启动温度转 换的指令后 必须在最多 10 S 内把 I O 线转换到强上拉状态 在强上拉方式下可以解决 电流供应不走的问题 因此也适合于多点测温应用 缺点就是要多占用一根 I O 口线进 行强上拉切换 3 DS18B20 的外部电源供电方式 如下面图2 3 c 所示 在外部电源供电方式下 DS18B20工作电源由VDD引脚接入 其VDD端用3 5 5V电源供电 此时I O线不需要强上拉 不存在电源电流不足的问题 可以保证转换精度 同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器 组成多点测 温系统 注意 在外部供电的方式下 DS18B20的GND引脚不能悬空 否则不能转换温 度 读取的温度总是85 a DS18B20寄生电源供电方式 b DS18B20外部电源供电方式 c DS18B20温度转换期间的强上拉供电 寄生电源方式 图2 3 2 2 3 DS18B20 的内部结构 主要包括寄生电源 温度传感器 64 位激光 ROM 单线接口 存放中间数据的高 速暂存器 内含便笺式 RAM 用于存储用户设定的温度上下限值的 TH 和 TL 触发器存 储与控制逻辑 8 位循环冗余校验码 CRC 发生器等七部分 64 位光刻 ROM 的排列是 开始 8 位是产品类型标号 接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号 最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码 光刻 R0M 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同 这可实现 一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的 暂存存储器包含了 8 个连续字节 前 2 个字节是 测得的温度信息 第 1 个字节的内容是温度的低 8 位 第 2 个字节是温度的高 8 位 第 3 个和第 4 个字节是 TH TL 的易失性拷贝 第 5 个字节是结构寄存器的易失性拷贝 这 3 个字节的内容在每一次上电复位时被刷新 第 6 7 8 个字节用于内部计算 第 9 个字节是冗余检验字节 陕西国防学院电子工程系毕业论文 11 2 2 4 DS18B20 的测温原理 高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变 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 DS1 8B20测量温度原理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 在正常测温情况下 DS18B20 的测温分辨力为0 5 可采用下述方法获得高分辨 率的温度测量结果 首先用DS18B20 提供的读暂存器指令 BEH 读出以0 5 为分辨率的 温度测量结果 然后切去测量结果中的最低有效位 LSB 得到所测实际温度的整数部分 TZ 然后再用BEH 指令取计数器1 的计数剩余值CS 和每度计数值CD 考虑到 DS18B20测量温度的整数部分以0 25 0 75 为进位界限的关系 实际温度TS 可用下 式计算 TS TZ 0 25 CD CS CD 2 2 5 告警信号 DS18B20 完成温度转换后 就把测得的温度值与 TH TL 作比较 若 T TH 或 T 09 zidonghua 2 当按下第 1 个按键时 显示第 1 个温度 3 当按下第 4 个按键时 显示第 4 个温度 4 当同时按下多个按键时 显示字符 one key only 陕西国防学院电子工程系毕业论文 26 结论 本文介绍了基于 89C52 单片机的数字温度计控制系统的设计 对整个硬件电路和软 件程序设计做了分析 文中介绍了数字温度计的现状及发展 介绍了仿真软件 proteus 及 keil 的基本知识 学习了 proteus 的仿真方法和步骤 介绍了数字温度计的设计方案及 原理介绍 加深了 52 单片机的知识了解 介绍 52 单片机的结构 特点等 并学习了数 字温度传感器 DS18B20 设计软件仿真 更直观的反应设计的正确性 本文对其中的一 些基本原理也做了简要的概述 其实写完了本篇论文 也仅仅是对数字温度计控制系统 做出了一个简单的设计方案 数字温度计科利用在很多领域 在一些人不能直接进入的 场所 利用单片机控制的数字温度计 可以设置并控制其中的温度 数字温度计还可以 利用在温室中 这样就可以方便的控制温室中的温度 当温度超过所要求的温度时 可 发生报警 总之数字温度计利用在很多领域 本课题只是单片机控制数字温度计系统得 一种设计方法 陕西国防学院电子工程系毕业论文 27 参考文献 1 赵金利 肖兴达 单片机原理及应用教程第 2 版 北京 机械工业出版社 2007 7 2 徐科军 传感器与检测技术第 3 版 北京 电子工业出版社 2011 9 3 赵佩华 DS18B20 在单片机温度测控中的应用 期刊论文 上海电机学院学报 2008 4 4 马向阳 王明艳 单片机与数字传感器在温度测控系统中的应用 期刊论文 中国科 技信息 2010 1 5 吴志忠 王克家 吴利予 刘彤 一种基于单线数字温度传感器 DS18B20 的储粮 温度检测系统的设计 2001 28 7 6 曾为民 亓协民 DS18B20 在通用多点温度测控系统中的应用 期刊论文 农机化研 究 2004 3 彭伟 单片机 C 语言程序设计实训 100 例 M 北京 电子工业出版社 2009 6 陕西国防学院电子工程系毕业论文 28 谢辞 通过这一阶段的努力 我的毕业论文终于完成了 这意味着大学生活即将结束 在 大学阶段 我在学习上和思想上都受益非浅 这除了自身的努力外 与各位老师 同学 和朋友的关心 支持和鼓励是分不开的 在我写本论文的过程中 老师给我提供了许多 资料 并对实践中出现的问题给予耐心的解答 完稿之后在百忙之中仔细阅读 给出修 改意见 在此对他们表示感谢 陕西国防学院电子工程系毕业论文 29 附录 1 程序代码 include 包含单片机寄存器的头文件 include include 包含 nop 函数定义的头文件 define uchar unsigned char define uint unsigned int unsigned int shu 0 x30 0 x31 0 x32 0 x33 0 x34 0X35 0 x36 0 x37 0 x38 0 x39 unsigned long t 函数功能 正温度计算及显示 void lcd 1602 当为正温度时 init 0 xc0 write data 0 x4e NO init 0 xc1 write data 0 x4f init 0 xc2 write data 0 x2e init 0 xc4 write data 0 x3a 陕西国防学院电子工程系毕业论文 30 if t 10000 0 init 0 xc5 write data shu t 10000 init 0 xc6 write data shu t 1000 10 init 0 xc7 write data shu t 100 10 else if t 1000 10 0 init 0 xc5 write data 0 xfe init 0 xc6 write data shu t 1000 10 init 0 xc7 write data shu t 100 10 else init 0 xc5 write data 0 xfe init 0 xc6 write data 0 xfe init 0 xc7 write data shu t 100 10 init 0 xc8 write data 0 x2e init 0 xc9 write data shu t 100 10 init 0 xca write data shu t 10 init 0 xcb write data 0 xdf init 0 xcc write data 0 x43 init 0 xcd write data 0 x80 init 0 xce write data 0 x80 init 0 xcf write data 0 x80 函数功能 负温度计算及显示 陕西国防学院电子工程系毕业论文 31 void flcd 1602 当为负温度时 init 0 xc0 write data 0 x4e NO init 0 xc1 write data 0 x4f init 0 xc2 write data 0 x2e init 0 xc4 write data 0 x3a if t 1000 10 0 init 0 xc5 write data 0 x2d init 0 xc6 write data shu t 1000 10 init 0 xc7 write data shu t 100 10 else init 0 xc5 write data 0 xfe init 0 xc6 write data 0 x2d init 0 xc7 write data shu t 100 10 init 0 xc8 write data 0 x2e init 0 xc9 write data shu t 100 10 init 0 xca write data shu t 10 init 0 xcb write data 0 xdf init 0 xcc write data 0 x43 init 0 xcd write data 0 x80 init 0 xce write data 0 x80 init 0 xcf write data 0 x80 函数功能 对 DS18B20 进行检测 陕西国防学院电子工程系毕业论文 32 void jiance 初始化 即检测是否存在 DS18B20 unsigned char k 0 loop DS 1 DS 0 主机将总线从高电平拉到低电平 delay 100 持续 400us 960us DS 1 然后释放总线 delay 10 DS18B20 检测到总线上升沿后 等待 15us 60u 后发低电平 k DS delay 20 低电平至少要持续 60 240us if k 1 60 240us 内 若为高电平则要重新检测 goto loop read 从 DS18B20 中读出数据 unsigned char i unsigned long date 0 for i 0 i 1 DS 1 delay 3 保持 15us 将总线拉到高电平 产生读时间隙 if DS date 0 x8000 delay 8 读数据需要持续 35us 60us 陕西国防学院电子工程系毕业论文 33 return date 函数功能 对 LCD 的显示模式进行初始化设置 void lcd init init 0 x01 对液晶屏初始化 init 0 x38 init 0 x0c init 0 x06 void display unsigned int num num1 num read num1 num 10 if num1 37 speak 0 else speak 1 陕西国防学院电子工程系毕业论文 34 主函数 void main unsigned long flag 0 EA 0 SP 0X60 lcd init 初始化 LCD while 1 jiance 对 DS18B20 初始化 matchrom 匹配 ROM write 0 x44 启动温度变换 delay 100 jiance matchrom if f 1 f 0 else write 0 xbe 读暂存存储器 t read flag t 对读取的数据进行处理 if flag 0 x8000 t t t t 1 陕西国防学院电子工程系毕业论文 35 t t 25 t 2 flcd 1602 负温度显示 else t t 25 t 2 lcd 1602 正温度显示 display ifndef XUANZE H define XUANZE H unsigned char k f 0 sbit speak P1 3 sbit RS P2 0 sbit RW P2 1 sbit E P2 2 sbit DS P2 3 void delay int count 延时程序 while count void delayay unsigned int count 延时程序 int p while count 陕西国防学院电子工程系毕业论文 36 for p 0 p 125 p void write unsigned char date 向 DS18B20 中写入数据 int i for i 0 i 1 函数功能 写入 1602 void init unsigned int n RW 0 RS 0 向指令寄存器中写入命令 即对 1602 初始化 delayay 10 E 0 RS 0 RW 0 E 1 P0 n E 0 void write data unsigned char n RS 1 RW 0 向数据寄存器中写入数据 即显示的数符 delayay 10 E 0 RS 1 RW 0 E 1 陕西国防学院电子工程系毕业论文 37 P0 n E 0 函数功能 匹配 ROM void matchrom 匹配 ROM k P3 switch k case 0 xff f 1 init 0 xc0 write data 0 x57 Welcome to ndkj init 0 xc1 write data 0 x65 init 0 xc2 write data 0 x6c init 0 xc3 write data 0 x63 init 0 xc4 write data 0 x6f init 0 xc5 write data 0 x6d init 0 xc6 write data 0 x65 init 0 xc7 write data 0 x80 init 0 xc8 write data 0 x74 init 0 xc9 write data 0 x6f init 0 xca write data 0 x80 init 0 xcb write data 0 x6e init 0 xcc write data 0 x64 init 0 xcd write data 0 x6b 陕西国防学院电子工程系毕业论文 38 init 0 xce write data 0 x6a init 0 xcf write data 0 x21 delayay 1200 init 0 xc0 write data 0 x3e 09 zidonghua init 0 xc1 write data 0 x3e init 0 xc2 write data 0 x3e init 0 xc3 write data 0 x80 init 0 xc4 write data 0 x30 init 0 xc5 write data 0 x39 init 0 xc6 write data 0 x80 init 0 xc7 write data 0 x7a init 0 xc8 write data 0 x69 init 0 xc9 write data 0 x64 init 0 xca write data 0 x6f init 0 xcb write data 0 x6e init 0 xcc write data 0 x67 init 0 xcd write data 0 x68 init 0 xce write data 0 x75 init 0 xcf write data 0 x61 delayay