DS18B20 数字温度报警器论文.doc

编号： 漳州城市职业学院 学生毕业设计(论文)题 目 ： DS18B20数字温度计的设计 系 （部） 信息技术系 专 业 应用电子技术 班 级 07（1） 学 号 0703119022、0703119023、0703119026 学生姓名 曾丽敏、许维娜、陈伯乐 指导教师（校内） 职称： 指导教师（校外） 职称： 等级（总成绩） 年 月 日漳州城市职业学院课程设计（论文）任务书系部信息技术系专业应用电子技术学号070311902307031190220703119026姓名许维娜曾丽敏陈伯乐题目DS18B20数字温度计的设计内容使用单片机STC89C52，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示及报警功能。基本要求 实现温度显示及报警功能重点研究问题DS18B20传感器、四位七段数码管、单片机的焊接主要技术指标DS18B20传感器、四位七段数码管、单片机的焊接其它要说明的问题单片机管脚的焊接、DS18b20 的功能 指导教师签字： 年 月 日 DS18B20数字温度计信息技术系 应用电子技术 07级摘要摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 关键词：单片机，数字控制，温度计， DS18B20，STC89C51Abstract：With the progress and development, single-chip technology has spread to our lives, work, research in various fields has become a relatively mature technology, this article will introduce the single-chip microcomputer-based control of a digital thermometer, the thermometer are multi-purpose thermometer, you can set upper and lower temperature alarm, when the temperature range is not set, it could be reported.Key words: single-chip, digital control, thermometer, DS18B20, STC89C51目 录前言 5第一章 设计方案61.1 计设求 61.2 数字温度计设计方案论证 61.3 总体设计框图6第二章 系统组成及工作原理 72.1 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路72.2 7段LED数码管电路及原理 112.3 系统整体硬件电路 13第三章 系统软件算法分析 143.1 主程序 143.2 读出温度子程序 143.3 温度转换命令子程序 153.4 计算温度子程序 153.5 显示数据刷新子程 16第四章 实验、调试及测试结果分析 17第五章 总结与体会 19附录1 程序源代码20附录2 元件清单 30参考文献 31前 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也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。目前，甲型H1N1流感入境，为了把好关，需对流动人口进行人体体温测量。由于温度传感器DS18B20具有独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，可实现多点组网功能，零待机功耗，电压范围仅为3.05.5而且具有读数方便，测温范围广，测温准确的特点，最主要的是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），那么只要检测到温度超过设定的正常人体体温就会发出报警，这样就能更有效的防止流感的扩散。出于对此问题的探索，我们通过上网查阅及相关资料的收集，做了本设计。本设计所介绍的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，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，该设计控制器使用单片机STC89C52，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。第一章 总体设计方案1.1 计设要求 (1)基本范围-50-110(2)精度误差小于0.5(3)LED数码直读显示(4)可以任意设定温度的上下限报警功能1.2 数字温度计设计方案论证 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利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案二 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。1.3 总体设计框图主 控 制 器LED显 示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡报警点按键调整温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机STC89S52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 图1.1总体设计方框图第二章 系统组成及工作原理2.1 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路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位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：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3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；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； DS18B20采用脚PR35封装或脚SOIC封装，其内部结构框图如图2.1所示。C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd I/O图2.1 DS18B20内部结构64位ROM的结构开始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。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。TO92封装的DS18B20的引脚排列见下图2.2，其引脚功能描述见下：1GND地信号2DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 图2.2 18B20管脚图DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为字节的存储器，结构如图3所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，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。该字节各位的定义如图2.3所示。低位一直为，是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为，用户要去改动，R1和0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC图2.3 DS18B20字节定义表2.1由表2.1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。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、字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、T字节内容作比较。若TH或TTL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。DS18B20的测温原理,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。表2.2一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图2.4 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。图2.4 DS18B20与单片机的接口电路2.2 7段LED数码管电路及原理 7段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，可以显示09等10个数字和小数点，使用非常广泛。 这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图2.5所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的ADP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。图2.5 还有一种比较常用的是四位数码管，内部的4个数码管共用adp这8根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有4个数码管，所以它有4个公共端，加上adp，共有12个引脚，下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图（共阳的与之相反）。引脚排列依然是从左下角的那个脚（1脚）开始，以逆时针方向依次为112脚，下图中的数字与之一一对应。2.3 系统整体硬件电路温度计电路设计原理图如图2.6所示，控制器使用单片机STC89C52,温度传感器使用DS18B20，用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。度显示电路图2.6数字温度计电路原理图第三章 系统程序的设计系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。3.1主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3.1所示。Y发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？CRC校验正？确？移入温度暂存器结束NNY初始化调用显示子程序1S到？初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNY图3.1 主程序流程图图3.2读温度流程图3.2读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出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。其程序流程图如图3.2示3.3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，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如图3.3所示发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令 结束图3.3 温度转换流程图3.4 计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3.4所示。温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号） 结束NNYY 开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度BCD值 计算整数位温度BCD值 结束置“+”标志NY图3.4计算温度流程图 图3.5显示数据刷新流程图3.5 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，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图3.5。第四章 实验、调试及测试结果分析4.1 硬件调试检查印制板及焊接的质量情况，在检查无误后可通电检查LED显示器。若亮度不理想，可以调整P0口的电阻大小，一般情况取200欧电阻即可4.2软件调试 在KeilC51编译下进行，源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位逐个进行，最后结合硬件实时调试 通过以上检查后，将电路通电查看是否按要正常工作，实验最终结果显示实验成功下面分别为面包板方真电路图、实物图。第五章 总结与体会 经过将近三周的单片机课程设计，终于完成了我的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余不得不深思呀！在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是BCD码，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减，显示处理时在用除法去删分,感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。附录一 程序代码 /*程序名称：DS18B20温度测量、报警系统简要说明：DS18B20温度计，温度测量范围099.9摄氏度 可设置上限报警温度、下限报警温度 即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器报警 默认上限报警温度为38、默认下限报警温度为5 报警值可设置范围：最低上限报警值等于当前下限报警值 最高下限报警值等于当前上限报警值 将下限报警值调为0时为关闭下限报警功能 编 写：JiangX.net最后更新：09/04/16晚于寝室*/#include #include DS18B20.h #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定义#define SET P3_1 /定义调整键#define DEC P3_2 /定义减少键#define ADD P3_3 /定义增加键#define BEEP P3_7 /定义蜂鸣器bit shanshuo_st; /闪烁间隔标志bit beep_st; /蜂鸣器间隔标志sbit DIAN = P27; /小数点uchar x=0; /计数器signed char m; /温度值全局变量uchar n; /温度值全局变量uchar set_st=0; /状态标志signed char shangxian=38; /上限报警温度，默认值为38signed char xiaxian=5; /下限报警温度，默认值为38uchar code LEDData=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff;/*延时子程序*/void Delay(uint num) while( -num );/*初始化定时器0*/void InitTimer(void) TMOD=0x1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; /50ms（晶振12M）/*定时器0中断服务程序*/void timer0(void) interrupt 1 TH0=0x3c; TL0=0xb0; x+;/*外部中断0服务程序*/void int0(void) interrupt 0 EX0=0; /关外部中断0 if(DEC=0&set_st=1) shangxian-; if(shangxianxiaxian)shangxian=xiaxian; else if(DEC=0&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian99)shangxian=99; else if(ADD=0&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxianshangxian)xiaxian=shangxian; /*读取温度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=ReadTemperature()-5; /获取温度值并减去DS18B20的温漂误差 a=c/100; /计算得到十位数字 b=c/10-a*10; /计算得到个位数字 m=c/10; /计算得到整数位 n=c-a*100-b*10; /计算得到小数位 if(m99)m=99;n=9; /设置温度显示上限 /*显示开机初始化等待画面*/Disp_init() P2 = 0xbf; /显示- P1 = 0xf7; Delay(200); P1 = 0xfb; Delay(200); P1 = 0xfd; Delay(200); P1 = 0xfe; Delay(200); P1 = 0xff; /关闭显示/*显示温度子程序*/Disp_Temperature() /显示温度 P2 =0xc6; /显示C P1 = 0xf7; Delay(300); P2 =LEDDatan; /显示个位 P1 = 0xfb; Delay(300); P2 =LEDDatam%10; /显示十位 DIAN = 0; /显示小数点 P1 = 0xfd; Delay(300); P2 =LEDDatam/10; /显示百位 P1 = 0xfe; Delay(300); P1 = 0xff; /关闭显示/*显示报警温度子程序*/Disp_alarm(uchar baojing) P2 =0xc6; /显示C P1 = 0xf7; Delay(200); P2 =LEDDatabaojing%10; /显示十位 P1 = 0xfb; Delay(200); P2 =LEDDatabaojing/10; /显示百位 P1 = 0xfd; Delay(200); if(set_st=1)P2 =0x89; else if(set_st=2)P2 =0xc7; /上限H、下限L标示 P1 = 0xfe; Delay(200); P1 = 0xff; /关闭显示/*报警子程序*/void Alarm() if(x=10)beep_st=beep_st;x=0; if(m=shangxian&beep_st=1)|(mxiaxian&beep_st=1)BEEP=0; else BEEP=1;/*主函数*/void main(void) uint z; InitTimer(); /初始化定时器 EA=1; /全局中断开关 TR0=1; ET0=1; /开启定时器0 IT0=1; IT1=1; check_wendu(); check_wendu(); for(z=0;z2)set_st=0; if(set_st=0) EX0=0; /关闭外部中断0 EX1=0; /关闭外部中断1 check_wendu(); Disp_Temperature(); Alarm(); /报警检测 else if(set_st=1) BEEP=1; /关闭蜂鸣器 EX0=1; /开启外部中断0 EX1=1; /开启外部中断1 if(x=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0; if(shanshuo_st) Disp_alarm(shangxian); else if(set_st=2) BEEP=1; /关闭蜂鸣器 EX0=1; /开启外部中断0 EX1=1; /开启外部中断1 if(x=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0; if(shanshuo_st) Disp_alarm(xiaxian); /*END*/DS18B20.h：#include #define DQ P3_6 /定义DS18B20总线I/O/*延时子程序*/void Delay_DS18B20(int num) while(num-) ;/*初始化DS18B20*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 Delay_DS18B20(8); /稍做延时 DQ = 0;