DS18B20温度检测仪表(数码管显示)

哈尔滨华德学院课程设计用纸目录第1章 绪论11.1 选题目的11.2 设计要求1第2章 电路结构及工作原理22.1 电路方框图22.1.1 电路图22.1.2 系统流程32.2芯片介绍52.2.1 DS18B2052.2.1.1 DS18B20的工作原理52.2.1.2 DS18B20的使用方法62.2.2 AT89C5182.2.2.1 AT89C51简介8第3章 整机工作原理10第4章 系统调试与分析124.1 系统的调试124.2系统的分析12结论13收获和体会14致谢15参考文献16附录一元件清单17课 程 设 计 任 务 书课程设计题目DS18B20温度检测仪表（数码管显示）功能技术指标测量温度范围为0-100。并通过数码管显示工作量任务书 图纸 焊接实物 程序编写 电路仿真 工作计划指导教师评语第一周 查找资料 设计电路 编写程序 软件仿真第二周 焊接电路 实物验收第三周 书写论文 课设答辩 年 月 日第1章 绪论1.1 选题目的随着人们生活水平的不断提高,单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研等各个领域。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，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。本文利用单片机结合传感器技术开发设计，把传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用温度传感器DS18B20测量环境温度，设置上下报警温度，当温度不在设置范围内是，可以报警。同时51单片机在现代电子产品中广泛应用以及其技术已经非常成熟，DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用一线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。1.2 设计要求(1)设计题目和设计指标测量温度范围为0-100。并通过数码管显示(2)设计功能利用DS18B20实现温度采集，并用数码管显示第2章 电路结构及工作原理2.1 电路方框图数码管74LS245AT89C51DS18B20图2-1 电路方框图2.1.1 电路图图2-2 电路图2.1.2 系统流程图2-3 读DS18B20的子程序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？结束CRC校验正确？移入温度暂存器NYN 图2-4 读转换温度子程序2.2芯片介绍2.2.1 DS18B202.2.1.1 DS18B20的工作原理当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。温度值格式如表2-1所示。表2-1 温度值格式2121212120212121 MSB LSBSSSSSSSS MSB LSB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2-2是部分温度值对应的二进制温度表示数据。表2-2 部分温度值温度二进制表示十 六进制表示+12507D0H+25.06250191H+0.50008H00000H0.5FFF8H25.0625FE6FH55FC90H2.2.1.2 DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的初始化 （1） 先将数据线置高电平“1”（2） 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点） （3） 数据线拉到低电平“0”。 (4） 延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。 （5） 数据线拉到高电平“1”。 （6） 延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。 （7） 若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。 （8） 将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。DS18B20的写操作 （1） 数据线先置低电平“0”。 （2） 延时确定的时间为15微秒。 （3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。 （4） 延时时间为45微秒。 (5） 将数据线拉到高电平。 （6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。 （7） 最后将数据线拉高。 DS18B20的读操作 （1）将数据线拉高“1”。 （2）延时2微秒。 （3）将数据线拉低“0”。 （4）延时3微秒。 （5）将数据线拉高“1”。 （6）延时5微秒。 （7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。 （8）延时60微秒。 2.2.2 AT89C512.2.2.1 AT89C51简介AT89S51美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K BytesISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及AT89C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。单片机AT89S51强大的功能可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。2.2.2.2 AT89C5功能AT89S51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片内程序存储器、128 Bytes的随机存取数据存储器（RAM）、32个外部双向输入/输出（I/O）口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编程定时/计数器、2个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振荡器及时钟电路。此外，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式,空闲模式，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。第3章 整机工作原理 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：对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制;当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。表2是对应的一部分温度值。DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH，TL作比较，若TTH或TTL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告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告警搜索。(4) CRC的产生在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码(CRC)。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。 DS18B20的测温原理所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小1，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，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后进行计数，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 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1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1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1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，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。 第4章 系统调试与分析4.1 系统的调试根据DS18调试显示程序的开始，接线后显85.0，更改DS18B20的温度现实，数码管就会现实相应的温度，温度上下限为-15128。4.2系统的分析（1）B20 的通讯协议，主机控制DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条ROM 指令，最后发送RAM 指令，这样才能对DS18B20 进行预定的操作。复位要求主CPU 将数据线下拉500 微秒，然后释放，DS18B20 收到信号后等待1660 微秒左右，后发出60240 微秒的存在低脉冲，主CPU 收到此信号表示复位成功。（2）动态显示方式，在某一瞬时显示一位，依次循环扫描，轮流显示，由于人的视觉滞留效应，人们看到的是多位同时稳定显示结论随着通信技术的不断发展，无线技术越来越多地走进人们的生活和工作中。采用传统的数据传输信道即通过有线连接传输采集的数据，已经不能满足数据采集与传输的需要，无线数据传输显示出巨大的优势，应用前景十分光明。收获和体会为期3周的课程设计已经接近尾声，在完成设计的同时，我还在不断的学习新知识和巩固已有的知识。事实上，我们所学的课本上的知识在实际应用中与理论还有所差别，不可能解决遇到的所有问题，我们只能借助一切可利用的资源，询问老师，与同学探讨，上网查找资料等方式，尽量解决问题。在进行程序设计时，首先需要对单片机应用系统预先完成的任务进入深入的分析，明确系统的设计任务、功能要求、技术指标。然后，要对系统的硬件资源和人工作环境进行分析和熟悉。经过分析、研究和明确规定后，利用数学方法或数学模型来对其进行描述，从而把一个实际问题转化成由计算机进行处理的问题。进而，对各种算法进行分析比较，并进行合理的优化。在仿真过程中我们的问题是无法正常显示数字，通过老师指导，我们发现了编程中的问题以及电路图中数码管连接问题并改正。得到了正确的数码显示与结果。总之，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。一句话，这次单片机课程设计对我来说意义重大，不仅让我对单片机教程做了一次整体复习，也让我发现了许多以前编写程序时忽视得细节。感谢老师，感谢我们的组员。致谢在这次课程设计中，首先我要感谢我的学校领导，是他们给了我们这样的机会，让我们能够独立自主完成自己的课题，学到很多宝贵的东西。同时我要感谢我的指导老师，是他对我们无微不至的指导与关怀。