毕业设计（论文）温度检测仪的设计与制作

1、温度检测仪的设计与制作 【摘要摘要】：现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信 息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农 业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。 本数字温度采集系统的设计与分析采用美国 dallas 半导体公司继 ds1820 之后推出的一种改 进型智能温度传感器 ds18b20 作为检测元件，其可直接实现数字化输出和测试。为此，介绍了单 线数字温度传感器 ds18b20 的结构、特点和工作原理，设计了一种基于 ds18b20 和 stc89c52 单片 机的温度测量系统的硬件结构及

2、编程。该装置具有显示精度高、价格低廉、结构简单、扩展方便 和应用广泛等一系列优点。 【关键词关键词】：温度传感器 dsb18b20 单片机 stc89c52 temperature detector design and fabrication (shaanxi institute of technology communications engineering telecommunications engineering, 2006 3 courses, shaanxi hanzhong 723000) instructor: 【abstract】：modern information te

3、chnology is based on the three information collection (sensor technology), information transmission (communication technologies) and information processing (computer technology). sensors belonging to the forefront of cutting-edge information technology products, in particular, temperature sensors ar

4、e widely used in industrial and agricultural production, scientific research and the areas of life, the highest number of first sensors. the design uses a digital thermometer dallas semiconductor, inc., following the united states after the introduction of the ds1820 a smart temperature sensor ds18b

5、20 improved as a detection component, which can be directly read out the measured temperature value,. this paper introduces the structure and principle of the single bus digital temperature sensor ds18b20 and stc89c52, expatiates the application in the agriculture. this device has some advantages su

6、ch as; better precise, low price, simple structure. it also can be easily extended, and has important application perspectives. 【keywords】：temperature sensor dsb18b20 single-chip stc89c52 目 录 1 1 引言引言 .5 5 1.1 选题的背景和意义.5 1.2 温度传感器的发展现状.5 2 2 设计方案的论证和系统的整体设计设计方案的论证和系统的整体设计 .7 7 2.1 设计方案论证.7 2.1.1 设计方

7、案一（普通传感器+ad 转换器） .7 2.1.2 设计方案二（温度传感器 ds18b20） .7 2.2 设计要求及功能.8 3 3 单片机控制电路的设计单片机控制电路的设计 .9 9 3.1 单片机的特点及发展.9 3.2 单片机的选型.10 3.3 外围硬件电路设计.15 3.4lcd 数码管显示电路.21 3.5 单片机烧制电路.24 4 4 系统的设计系统的设计 .2 26 6 4.1 硬件设计.26 4.2 源程序设计 .27 4.3 程序调试与运行 .27 4.4 设计印制电路板 .28 4.5 调试及性能分析.28 总结与展望总结与展望 .2 29 9 致致 谢谢 .3 30

8、0 参考文献参考文献 .3 31 1 附录附录一一 .3 32 2 附录附录二二 .3 39 9 1、引言 1.11.1 选题的背景和意义选题的背景和意义 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，其中全数字温度采集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。 温度是表征物体冷却程度的物理量，也是最基本的环境参数。在农工业生产及日常生活中， 对温度的测量及控制始终占据着极其重要的地位。目前，典型的温度测控系统由模拟式温度

9、传感 器、a/d 转换电路和单片机组成。由于模拟式温度传感器输出的模拟信号必须经过 a/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，因而使得硬件电路结构复杂，成本较高。而以 ds18b20 为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和 a/d 转换于一体，直接输出数字量， 与单片机接口电路结构简单，广泛应用于距离远、节点分布多的场合，具有较强的推广应用价值。 1.21.2 温度传感器的发展现状温度传感器的发展现状 温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段： (1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)。 (2)模拟集成温度传感器控制器。 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此

10、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是在 20 世纪 80 年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成 温度测量及模拟信号输出功能的专用 ic。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温 度)、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、 控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感 器，典型产品有 ad590、ad592、tmp17、lm135 等。 模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有 lm56、ad22105 和 max6509。某些增强型集成温度控制器

11、(例如 tc652/653)中还包含了 a/d 转换器以及固化好的 程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这 是二者的主要区别。 (3)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(ate)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。 智能温度传感器内部都包含温度传感器、a/d 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电 路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom)。 智能温度传感器的特点是能

12、输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种型号微控制器(mcu)； 并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。 进入 21 世纪后，智能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。出现了虚拟温度传 感器和网络温度传感器。 虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成传感 器的标定及校准，以实现最佳性能指标。最近，美国公司已开发出一种基于软件设置的 teds 型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘，软盘

13、上存储着对该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从 计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、 传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。 网络温度传感器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。数字传感器 首先将被测温度转换成数字量，再送给微控制器作数据处理。最后将测量结果传输给网络，以便 实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传 感器时无须进行标定和校准，可做到“即插即用” ，这样就极大地方便了用户。 目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智

14、能化、网络化的方向发展。 其应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用 设备等。 2、设计方案的论证和系统的整体设计 2.12.1 设计方案论证设计方案论证 2.1.1 设计方案一（普通传感器+ad 转换器） 全数字温度采集是由温度传感器、调理电路、a/d 转换器及数显等电路模块构成的测量系统。 传 感 器 调理 电路 a/d 转换 数 显 数字电压表 图 2.1 测量电路 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

15、温度值显示出来，这种设计需要用到 a/d 转换电路，感温电路比较麻烦。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。 2.1.2 设计方案二（温度传感器 ds18b20） 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，可以采用一只温度传感器 ds18b20，此传感器采用三线制与单片机相连，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，具有低成本和易使用的特点。 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。按照系统设计功能的

16、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。 全数字温度采集系统总体电路结构框图如图 2.2 所示。 stc89c52 单单 片片 机机 ds18b20 温度传感器温度传感器 respack-8 显示电路显示电路 单片机复位单片机复位 时钟振荡时钟振荡 图 2.2 全数字温度采集系统总体电路结构框图 2.22.2 设计要求及功能设计要求及功能 测量温度范围： （1）-10+85，精度：1； （2）lcd 液晶屏显示； 3、单片机控制电路的设计 3.13.1 单片机的特点及发展单片机的特点及发展 3.1.1 单片机的特点 单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。微处理器向

17、着高速运算、数据分析与处理能 力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。其接口界面也是为了满足外设和网 络接口而设计的。单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发，向着增强控制功能、提高 工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。因此，单片机有 着自己的特点，主要是： （1（ 品种多样，型号繁多。多种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开发者有很大的选 择自由。cpu 从 4、8、16、32 到 64 位，有些还采用 risc 技术。 （2（提高性能，扩大容量。集成度已达 200 万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微 秒。工作频率达到 30mhz 甚至

18、 40mhz。指令执行周期减到数十微秒。存储器容量 ram 发展到 1k、2k，rom 发展到 32k、64k。 （3（增强控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的 单片机已发展到在一块含有 cpu 的芯片上，除嵌入 ram、rom 存储器和 i/o 接口外，还有 a/d、pwm、uart、timer/counter、dma、watchdog、serial port、sensor、driver、还有显示 驱动、键盘控制。函数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统。 （4（低功耗。供电电压从 5v 降到 3v、2v 甚至 1v 左右。工作电流从毫安降到

19、微安级。 在生产工艺上以 cmos 代替 nmos，并向 hcmos 过渡。 （5（应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。使用户开发单 片机应用系统时更快速、方便，有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品。 （6（系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构 db、ab、cb，以方便构成各 种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外，还特别 配置有传感器，人机对话、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。 3.1.2 单片机的发展 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发 展为上百种系列的近千个

20、机种。 如果将 8 位单片机的推出作为起点，单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段 ： （1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段； （2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段； （3）第三阶段（1982-1990）：8 位单片机的巩固发展及 16 位单片机的推出阶段，也是单 片机向微控制器发展的阶段； （4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。 3.23.2 单片机的选型单片机的选型 3.2.1 单片机的选择 （1）stc89c52 的选择 在众多的“mcs-51 系列单片机”生产的公司中，要数 atmel 公司最为著名。美国 atmel 是 世界上著名的高性

21、能、低功耗，非易失性存储器的一流半导体制造公司。atmel 公司最令人瞩目 的是 e2prom 和闪速（flash）存储器技术，一直处于世界领先地位。 该设计的控制部分选用的就是 atmel 公司 stc89c52 单片机。stc89c52 是一种带 8k 字节闪 烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory） 的低电压，高性能 cmos 8 位微处理器，俗称单片机。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

22、和闪烁存 储器组合在单个芯片中，atmel 的 stc89c52 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，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）复位和晶振电路的选择 单片机运行的可靠性是单片机系统中的一个重要问题。单片机运行时，若电源电压降低或受 到外界的电磁干扰，就会引起程序失控，出现“死机”或其它不正常现象，导致整个系统瘫痪， 为此增加复位电路，可以上电自动复位和手动复位，以保证系统的正常运行。另外单片机工作需 要晶振提供内部的时钟，选用 12mhz 的石英晶振。 3.2.2 单片机 stc89c52 介绍 stc89c52 是红晶科技

23、推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼 容传统 8052 单片机，12 时钟、机器周期和 6 时钟、机器周期可任意选择，最新的 d 版本内部集 成 max810 专用复位电路。 1. 主要性能 （1（ 增强型 6 时钟、机器周期，12 时钟、机器周期 8052 cpu。 （2（工作电压：5.5v3.4v（5v 单片机）/3.8v2.0v（3v 单片机） 。 （3（工作频率范围：040mhz,相当于普通 8052 的 080mhz。实际工作频率可达 48mhz。 （4（用户应用程序空间 4k/8k/16k/20k/32k/64k 字节。 （5（片上集成 1280 字节、51

24、2 字节 ram。 （6（通用 i/o（32/36 个） ，复位后为:p1/p2/p3/p4 是准双向口/弱上拉 p0 口是开漏输出， 作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 i/o 口用时，需要上拉电阻。 （7（isp（在系统可编程）/iap(在应用可编程),无需专用贴编程器、仿真器可通过串口 （p3.0/p3.1）直接下载程序，8k 程序 3 秒即可完成一片。 （8（eeprom 功能。 （9（看门狗。 （10（内部集成 max810 专用复位电路，外部晶体 20m 以下时，可省外部复位电路。 （11（共 3 个 16 位定时器/计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用

25、。 （12（外部中断 4 路，下降沿中断或低电平出发中断，powerdown 模式可由外部中断低电 平出发中断方式唤醒。 （13（通用异步串口(uart),还可用定时器软件实现多个 uart。 （14（工作温度范围：075/-4085。 另外，stc89c52 是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到 0hz，并提供两种可用软件来 选择的省电方式空闲方式（idle mode）和掉电方式（power down mode） 。在空闲方式中， cpu 停止工作，而 ram、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振 荡器停止工作，由于时钟被“冻结” ，使一切功能都暂停，故只保存

26、片内 ram 中的内容，直到下 一次硬件复位为止。 2. 管脚功能 stc89c52 引脚分布图如下： 图 3.1 stc89c52 的管脚图 vcc：供电电压。 vss：接地。 p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门电流，当 p1 口的管脚第 一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 口能够作为外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地 址的第 8 位，在 flash 编程时，p0 口作为原码输入口，当 flash 进行校验时，p0 口输出原码， 此时 p0 外部必须被拉高。 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1

27、口缓冲器能接收输出 4ttl 门 电流，p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输 出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 flash 编程和校验时，p1 口作为第八位地址接收。 p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收、输出 4 个 ttl 门 电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入，并因此作为输入时，p2 口的管脚别外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用语外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，

28、它利用内 部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， p3 口将输出电流（ill） ，这是由于上拉的缘故。 在 at89c52 中，p3 口还用于一些复用功能，如表 3-1 所示 在对 flash 编程或程序校验时，p3 口还接收一些控制信号。 表 3.1 stc89c52 的 p3 口复

29、用功能表 端口引脚复用功能 p3.0rxd（串行输入口） p3.1txd（串行输出口） p3.2/int0（外部中断 0） p3.3/int1（外部中断 1） p3.4t0（定时器 0 的外部输入） p3.5t1（定时器 1 的外部输入） 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） rst：复位输入。当震荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。即使 不访问外部存储器，ale 端仍以不变的频率周期性的出现正脉冲信号。因此它可用作对外输出的 时钟，或用于定

30、时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ale 脉冲。 如果想禁止 ale 的输出可在 sfr 区中的 8eh 地址上置 0。此时，ale 只有在执行 movx，movc 指令 时 ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ale 禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个指令周期两次 /psen 有效。但在访问数据存储器时，这两次有效的/psen 信号将不在出现。 /ea/vpp：当/ea 保持低电平时则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh） ，不管是否有内 部程序存储器。注意加密方式

31、1 时，/ea 将内部锁定位 reset；、当/ea 端保持高电平时， cpu 将执行内部程序存储器中的程序。 3.2.3 单片机晶振及复位电路设计 单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内电 路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。 1）.单片机晶振电路 8051 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚 xtal1 和 xtal2 外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机 内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图 3.2 中，电容器 c0l，

32、c02 起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在 5-30pf。晶振频率的 典型值为 12mhz，采用 6mhz 的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电 路中使用较多。外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片 机的时钟与外部信号保持同步。 基本时序单位：单片机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位， 片内的各种操作都以此周期为时序基准。 振荡频率二分频后形成状态周期或称 s 周期，所以，1 个状态周期包含有 2 个振荡周期。振 荡频率 foscl2 分频后形成机器周期 mc。所以，1 个机器周期包含有 6 个状态周

33、期或 12 个振荡周 期。1 个到 4 个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。8031 单片机指令系 统中，各条指令的执行时间都在 1 个到 4 个机器周期之间。4 种时序单位中，振荡周期和机器周 期是单片机内计算其它时间值(例如，波特率、定时器的定时时间等)的基本时序单位。 下面是单片机外接晶振频率 12mhz 时的各种时序单位的大小： 振荡周期=1/12mhz=0.0833s 2）.单片机复位电路 当 mcs-5l 系列单片机的复位引脚 rst(全称 reset)出现 2 个机器周期以上的高电平时，单片 机就执行复位操作。如果 rst 持续为高电平，单片机就处于循环复位状

34、态。 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要 求接通电源后，自动实现复位操作。图 3.2 中电容 c3 和电阻 r1 对电源+5v 来说构成微分电路。 上电后，保持 rst 一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻 r1，也能 达到上电复位的操作功能。 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器 pc0000h，这表明程 序从 0000h 地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内 ram 为随机值，运行中的复位操作不改变 片内 ram 区中的内容，21 个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见表 3.2。 特殊功能寄存

35、器初始状态特殊功能寄存器初始状态 a00htmod00h b00htcon00h psw00htho00h sp07htlo00h dpl00hth100h dph00htl100h pop3 ffhsbuf 不定 ip*00000bscon00h ie0*00000bpcon0*b 表 3.2 殊功能寄存器初始状态值 说明：表中符号*为随机状态； 值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少 应用程序中的初始化部分是十分必要的。 a00h，表明累加器已被清零； psw00h，表明选寄存器 0 组为工作寄存器组； sp07h，表明堆栈指针指向片内 ram 0

36、7h 字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一 个被压入的内容写入到 08h 单元中； po-p3ffh，表明已向各端口线写入 1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出； ip*00000b，表明各个中断源处于低优先级； ie0*00000b，表明各个中断均被关断。 系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。52 单片 机的复位是由 reset 引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过 24 个振荡周期后，52 单片机即进 入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到 reset 引脚转低电平后，才检查 ea 引脚 是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程

37、序代码，若为低电平便会执行外部程序。 晶振及复位电路如图 3.2 所示。 图 3.2 单片机晶振及复位电路 3.2.4 单片机电源 系统电源是一个重要部件，又是与外部电网直接联系的部分，为了防止从电源系统引入干扰 信号，在电源输入端设置低通滤波器，滤去高次谐波成份。另外还采用了 stc89c52 中的看门狗 定时器，以进一步提高系统硬件抗干扰的能力。 单片机是一种超大规模集成电路，在该集成电路内有成千上万个晶体管或场效应管，因此， 要单片机正常运行，就必须为其提供能量，即为片内的晶体管或场效应管供给电源，使其能工作 在相应的状态。 3.33.3 外围硬件电路设计外围硬件电路设计 3.3.1 d

38、s18b20 温度传感器 由 dallas 半导体公司生产的 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。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 912 位的数字值读数方式。其可以分别在 93.75ms 和 750ms 内完成 9 位和 12 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。 一.ds18b20 的性能特点： （1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5v，在寄生电源方式下可由数据线供； （2）独特的单线接口方式，

39、ds18b20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理 器与 ds18b20 的双向通讯； （3）ds18b20 具有多点组网功能，多个 ds18b20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点 测温； （4）ds18b20 在使用中不需要任何外围元件，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； （5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5； （6） 可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温； （7）在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750

40、ms 内 把温度值转换为数字，速度更快； （8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 cpu，同时可传送 crc 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力； （9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作； （10）应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。 二.ds18b20 的内部结构： ds18b20 内部结构主要由 4 部分组成：64 位 rom、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 th 和 tl、配置寄存器。 ds18b20 采用 3 脚 pr-35 封装或 8 脚 soic 封装，其内部结构框图如图 3.3 所示。 ds18b

41、20 的外形级封装如图 3.4，引脚说明： nc 空引脚，不连接外部信号。 vdd 电源引脚，电压范围 3.0-5.5v。 gnd 接地引脚。 dq 数据引脚，传递数据的输入和输出。该引脚常态下为开漏输出，输出高电平。 图 3.3 ds18b20 内部结构框图 图 3.4 ds18b20 引脚图 三.ds18b20 有 4 个主要的数据部件： （1）64 位 eom。64 位 rom 是厂家用激光刻录一个 64 位二进制 rom 代码，是该芯片的标志号。 如下表所示。 表 3.3 8bit 检验 crc48bit 序列号8bit 工厂代码（10h） msb lsb msb lsb msb ls

42、b 8 位分类编号表示产品分类编号，ds18b20 的分类号为 10h；48 号序列是一个大于 281000000000000 的十进制编码，作为该芯片的唯一标志代码；8 位循环冗余检验为前 56 位的 crc 循环冗余效验码。由于每个芯片的 64 位 rom 代码不同，因此在单总线上能够并挂多个 ds18b20 进行多点温度测量实时监测。 （2）ds18b20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号扩 展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/lsb 形式表达，其中 s 为符号位。 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 b

43、it0 ls byte bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 ms byte 表 3.4 ds18b20 温度值格式表 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 ds18b20 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。 例如+125的数字输出为 07d0h，+25.0625的数字输出为 0191h，-25.0

44、625的数字输出 为 ff6fh，-55的数字输出为 fc90h。 232221202-12-22-32-4 sssss262524 (3）ds18b20 温度传感器的存储器 ds18b20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 ram 和一个非易失性的可电擦除的 eepram,后者存放高温度和低温度触发器 th、tl 和结构寄存器。 （4）配置寄存器 tmr1r011111 表 3.5 配置寄存器结构 该各位字节的意义如下： 五位一直都是“1”，tm 是测试模式位，用于设置 ds18b20 在工作模式还是在测试模式。在 ds18b20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。 r1 和 r

45、0 用来设置温度分辨率，ds18b20 温度传感器的温度分辨率越高，温度最大转换时间 也随之增大。 r1r0 分辨率温度最大转换时间 00 9 位 93.75ms 01 10 位 187.5ms 10 11 位 375ms 11 12 位 750ms 表 3.6 温度分辨率设置表 表 3.6 说明了 r1 和 r0 所对应的温度分辨率的选择和所需要的温度最大转换时间。 高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 3.7 所示。当温度转换命令发布后，经转换所 得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。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。对

46、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，先将补码变为原码，再计算十进制值。第九个字节是冗余检验字节。 寄存器内容字节地址 温度值低位（ls byte） 0 温度值高位（ms byte） 1 高位限值（th） 2 低位限值（tl） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 crc 校验值 8 表 3.7 ds18b20 暂存寄存器分布 根据 ds18b20 的通讯协议，主机（单片机）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 进行复位操作，复位成功后发送一条 rom 指令，最后发送 ram 指 令，

47、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， 当 ds18b20 收到信号后等待 1660 微秒左右，后发出 60240 微秒的低脉冲，主 cpu 收到此信 号表示复位成功。 ds18b20 通过 rom 和 ram 指令控制各个流程的进行，表 3.8 列出了各个 rom 的指令、预定代 码及其功能。 指 令约定代码功能 读 rom 33h 读 ds1820 温度传感器 rom 中的编码（即 64 位地址） 符合 rom 55h 发出此命令之后，接着发出 64 位 rom 编码，访问 单总线上与该编码相对应的 ds1820 使之做出响应

48、， 为下一步对该 ds1820 的读写做准备。 搜索 rom 0foh 用于确定挂接在同一总线上 ds1820 的个数和识别 64 位 rom 地址。为操作各器件作好准备。 跳过 rom 0cch 忽略 64 位 rom 地址，直接向 ds1820 发温度变换 命令。适用于单片工作。 告警搜索命令 0ech 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出 响应。 表 3.8 rom 指令表 表 3.9 列出了 ds18b20 的各条 ram 指令、约定代码及其功能。其中包括温度转换、读暂存器、 写暂存器、读供电方式和重调 eeprom。 指 令约定代码功 能 温度变换 44h 启动 ds182

49、0 进行温度转换，12 位转换时最长为 750ms（9 位为 93.75ms）。结果存入内部 9 字节 ram 中。 读暂存器 0beh 读 ram 中 9 字节的内容 写暂存器 4eh 发出向内部 ram 的 3、4 字节写上、下限温度数据命令， 紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。 复制暂存器 48h 将 ram 中第 3 、4 字节的内容复制到 eeprom 中。 重调 eeprom 0b8h 将 eeprom 中内容恢复到 ram 中的第 3 、4 字节。 读供电方式 0b4h 读 ds1820 的供电模式。寄生供电时 ds1820 发送“ 0 ”，外接电源供电 ds1820 发送“

50、1 ”。 表 3.9 ranm 指令表 四ds18b20 的测温原理 ds18b20 的读写时序和测温原理与 ds1820 相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而 不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 ds18b20 测温原理如图 3.5 所示。图中低温 度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系 数晶振随温度变化其振荡率明显改变，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

51、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，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。图 3.5 中的斜率累加器 用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。 lsblsb 置位/清除 加 1 停止 图 3.5 ds18b20 测温原理图 斜率累加器 预置比较 计数器 1 低温度系数晶振 0 温度寄存器 预置 高温度系数晶振计数器 2 0 3.3.2 ds18b20 与单片机的典型接口设计 ds18b20 与单片机的连接如图 3.6 所示，由于

52、 ds18b20 的数据线要求空闲状态为高电平，所 以在 ds18b20 的数据线与电源线 vcc 之间加了一个 4.7k 的上拉电阻，如果不想接上拉电阻的话， 可以使能 p3.0 口的内部上拉功能。从图中可以看出，本例使用的是给 ds18b20 外接电源的方式。 在由 ds18b20 构成的单总线系统中，ds18b20 只能作为从机，单片机或者其它部件作为主机。 根据 ds18b20 的通信协议，主机控制 ds18b20 完成一次温度转换必须经过 3 个步骤：一） 、每次 读写之前都要对 ds18b20 进行复位操作；二)、复位成功后发送一条 rom 指令； 三） 、最后发送 ram 指令，

53、这样才能够对 ds18b20 进行正确的操作。ds18b20 的数据线 dq 连到单片机的 p3.0 口。 单片机通过控制 p3.0 口实现对 ds18b20 的操作，然后将读出的温度值通过串口发送到计算机。 图 3.6 ds18b20 与处理器连接图 3.43.4 lcdlcd 显示电路显示电路 显示电路选择液晶显示屏 lcd6102，1602 字符型 lcd 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线 的 lcd，多出来的 2 条线是背光电源线。 vcc(15 脚)和地线 gnd(16 脚)，其控制原理与 14 脚的 lcd 完全一样。 （1）1602lcd 主要技术参数 显示容量为 162

54、 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。 其引脚说明如表 3.10，寄存器选择与控制编码如表3.11 表 3.10 1602 字符型 lcd 显示器管脚功能 引脚符号功能说明 1vss 一般接地 2vdd 接电源（+5v） 3v0 液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最 高（对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10k 的电位器调 整对比度） 。 4rs rs 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄 存器。

55、5r/w r/w 为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 6e e(或 en)端为使能(enable)端，下降沿使能。 7db0 底 4 位三态、 双向数据总线 0 位（最低位） 8db1 底 4 位三态、 双向数据总线 1 位 9db2 底 4 位三态、 双向数据总线 2 位 10db3 底 4 位三态、 双向数据总线 3 位 11db4 高 4 位三态、 双向数据总线 4 位 12db5 高 4 位三态、 双向数据总线 5 位 13db6 高 4 位三态、 双向数据总线 6 位 14db7 高 4 位三态、 双向数据总线 7 位（最高位） （也是 busy fl

56、ag） 15bla 背光电源正极 16blk 背光 电源负极 表 3.11 寄存器选择控制编码 rsr/w 操作说明 00 写入指令寄存器（清除屏等） 01 读 busy flag（db7） ，以及读取位址计数器（db0db6）值 10 写入数据寄存器（显示各字型等） 11 从数据寄存器读取数据 1602 液晶显示模块内部的字符发生存储器（ cgrom)中已经存储了 160 个不同的点阵字 符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一 个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“a”的代码是 01000001b（41h） ，显示 时模块把地址 41h 中的

57、点阵字符图形显示出来，就可以在显示屏上看到字母“a” 。 1602 识别的是 ascii 码，试验可以用 ascii 码直接赋值，在单片机编程中还可以用字 符型常量或变量赋值，如 a 。 （2）控制器接口说明 基本操作时序见表3.12 表3.12 基本操作时序 读状态输入rs=l，r/w=h，e=h输出d0d7=状态字 写指令输入 rs=l，r/w=l，d0d7=指令码，e=高 脉冲 输出无 读数据输入 rs=h，r/w=h，e=h 输出d0d7=数据 写数据输入 rs=h，r/w=l，d0d7=数据，e=高脉 冲 输出无 对此液晶操作主要有以下几种方法： 写命令（包括但不限于初始化、调节显示

58、位置、清除显示） 写数据 (把一个字符的asc 码写入液晶使其显示) 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） （3）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函数void write_cmd(unsigned char command)写指令码，即write_cmd(0 x38);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。此液晶支持的指令码如表3.13所示，控制液晶是 否显示，光标是否显示，光标是否闪烁的指令如表3.14所示，控制写字符，光标或屏幕移动方向 的

59、指令如表3.15所示，移动光标的指令如表3.16所示。 表3.13 指令码说明 指令码功能 00001dcb 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 000001ns n=1 当读或写一个字符后地址指针加一，且光 标加一 n=0 当读或写一个字符后地址指针减一，且光 标减一 s=1 当写一个字符，整屏显示左移（n=1） 或右移（n=0），以得到光标不移动而屏 幕移动的效果。 s=1 当写一个字符，整屏显示不移动 表3.14 控制液晶显示指令码 0000100008h 关液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置 0000100109

60、h 关液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置 000010100ah 关液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置 000010110bh 关液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置 000011000ch 开液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置 000011010dh 开液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置 000011100eh 开液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置 000011110fh 开液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置 表3.15 写完字符、光标或屏幕移动方向指令码 指令码功能 80h+地址码（0-27h，40h-67h）设置数据地址指针 表3.16 移动光标指令码 这是虚拟的液晶显示图 表示2