B温度传感器课程设计报告

1、单片机课程设计报告设计题目：DS18B20 温度传感器班级：09电信（ 2）班姓名： xxx学号：xxx指导教师：xxx调试地点：xxx目 录一、概述2009 年 6 月 14 日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。本文主要介绍了一个基于 89S51 单片机的测温系统，详细描述了利用液晶显示器件传感器 DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感 DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍 , 该系统可以方便的实现实现温度采

2、集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与 AT89C51结合实现最简温度检测系统， 该系统结构简单， 抗干扰能力强， 适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：单片机 AT89C51、DS18B20温度传感器、液晶显示LCD1602。二、内容1、课程设计题目基于 DS18B20的温度传感器2、课程设计目的通过基于 MCS-51系列单片机 AT89C51和 DS18B20温度传

3、感器检测温度，熟悉芯片的使用，温度传感器的功能，数码显示管的使用，汇编语言的设计；并且把我们这一年所学的数字和模拟电子技术、检测技术、单片机应用等知识，通过理论联系实际，从题目分析、电路设计调试、程序编制调试到传感器的选定等这一完整的实验过程，培养了学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。3 、设计任务和要求以 MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字温度计，采用数字温度传感器DS18B20 为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为±摄氏度。温度显示采用

4、LCD1602显示，两位整数，一位小数。系统总体仿真图板上实现效果图4 、正文（一）、方案选择与论证根据设计任务的总体要求，本系统可以划分为以下几个基本模块，针对各个模块的功能要求，分别有以下一些不同的设计方案：（1）、温度传感模块方案一：采用热敏电阻，热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1 摄氏度的信号是不适用的，也不能满足测量范围。在温度测量系统中，也常采用单片温度传感器，比如 AD590，LM35等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D 转换后才能送给计算机，这样就使测温系统的硬件结构较复杂。另外，这种测温系统难以实现多点测温，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现

5、的难度。方案二：采用单总线数字温度传感器 DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。 DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输， 由数字温度计 DS18B20和微控制器 AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。综上分析，我们选用第二种方案。温度传感模块仿真图(2

6、) 、显示模块方案一： 采用 8 位段数码管，将单片机得到的数据通过数码管显示出来。该方案简单易行，但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后很难再加入其他的功能，显示格式受限制，且大耗电量大，不宜用电池给系统供电。方案二： 采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的园艺通兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用RT1602两行十六个字符的显示，能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。综上分析，我们采用了第二个方案显示模块仿真图三、系统的具体设计与实现（1）、系统的总体设计方案采用 AT89S52单片机作为控制核心对温度传感

7、器 DS18B20控制，读取温度信号并进行计算处理，并送到液晶显示器 LCD1602显示。 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下所示。（2）、硬件电路设计a、单片机控制模块该模块由 AT89C51单片机组成在设计方面， AT89C51的 EA接高电平，其外围电路提供能使之工作的晶振脉冲、复位按键，四个 I/O 分别接 8 路的单列 IP 座方便与外围设备连接。 当 AT89C51芯片接到来自温度传感器的信号时，其内部程序将根据信号的类型进行处理，并且将处理的结果送到显示模块，发送控制信号控制各模块。b、温度传感器模块

8、DS18B20相关资料1、DS18B20原理与分析DS18B20是美国 DALLAS半导体公司继 DS1820之后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。可以分别在 ms 和 750 ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20读出的信息或写入 DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写 , 温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间

9、、传输距离、分辨率等方面较 DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 以下是 DS18B20的特点：（1）独特的单线接口方式：DS18B20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。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+ + V 。（4）测温范围： -55 - +125。固有测温分辨率为。（5）通过编程可实现9-12 位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因

10、发热而烧毁，但不能正常工作。2、DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理上图所示， 图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 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

11、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。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是 DS18B20的测温原理。 另外，由于 DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对 DS

12、18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化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 工作过程一般遵循以下协议：初始化 ROM操作命令存储器操作命令处理数据 初始化单总线上的所有处理均从初始化序列开始。初始化序列包括总线主机发出一复位脉冲，接着由从属器件送出存在脉冲。存在脉冲让总线控制器知道 DS1820 在总线上且已准备好操作。 ROM操作命令一旦总线主机检测到从属器件的存在，它便可以发出器件ROM操作命令之一。所有ROM操作命令均为8 位长。这些命令如下：Read ROM(读 ROM)33h此命令允许总线主机读DS18B20的 8

13、 位产品系列编码， 唯一的 48 位序列号，以及 8位的 CRC。此命令只能在总线上仅有一个 DS18B20的情况下可以使用。 如果总线上存在多于一个的从属器件，那么当所有从片企图同时发送时将发生数据冲突的现象（漏极开路会产生线与的结果）。Match ROM( 符合 ROM)55h此命令后继以 64 位的 ROM数据序列，允许总线主机对多点总线上特定的 DS1寻址。只有与 64 位 ROM序列严格相符的 DS18B20才能对后继的存贮器操作命令作出响应。 所有与 64 位 ROM序列不符的从片将等待复位脉冲。 此命令在总线上有单个或多个器件的情况下均可使用。Skip ROM( 跳过 ROM )

14、CCh在单点总线系统中，此命令通过允许总线主机不提供 64 位 ROM编码而访问存储器操作来节省时间。如果在总线上存在多于一个的从属器件而且在 Skip ROM 命令之后发出读命令，那么由于多个从片同时发送数据，会在总线上发生数据冲突（漏极开路下拉会产生线与的效果） 。Search ROM( 搜索 ROM)F0h当系统开始工作时，总线主机可能不知道单线总线上的器件个数或者不知道其64位ROM编码。搜索 ROM命令允许总线控制器用排除法识别总线上的所有从机的64 位编码。Alarm Search( 告警搜索 )ECh此命令的流程与搜索ROM命令相同。但是，仅在最近一次温度测量出现告警的情况下，

15、DS18B20才对此命令作出响应。告警的条件定义为温度高于TH 或低于 TL。只要DS18B20一上电，告警条件就保持在设置状态， 直到另一次温度测量显示出非告警值或者改变 TH或 TL 的设置，使得测量值再一次位于允许的范围之内。贮存在EEPROM内的触发器值用于告警。 存储器操作命令Write Scratchpad（写暂存存储器）4Eh这个命令向 DS18B20的暂存器中写入数据，开始位置在地址 2。接下来写入的两个字节将被存到暂存器中的地址位置 2 和 3。可以在任何时刻发出复位命令来中止写入。Read Scratchpad （读暂存存储器） BEh这个命令读取暂存器的内容。读取将从字节

16、0 开始，一直进行下去，直到第9（字节 8，CRC）字节读完。如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。Copy Scratchpad （复制暂存存储器） 48h这条命令把暂存器的内容拷贝到 DS18B20的 E2 存储器里，即把温度报警触发字节存入非易失性存储器里。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又正在忙于把暂存器拷贝到 E2 存储器， DS18B20就会输出一个“ 0”，如果拷贝结束的话， DS18B20 则输出“ 1”。如果使用寄生电源，总线控制器必须在这条命令发出后立即起动强上拉并最少保持 10ms。Convert T （温度变换）

17、 44h这条命令启动一次温度转换而无需其他数据。温度转换命令被执行，而后DS18B20保持等待状态。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而 DS18B20又忙于做时间转换的话， DS18B20将在总线上输出“ 0”，若温度转换完成，则输出“ 1”。如果使用寄生电源，总线控制器必须在发出这条命令后立即起动强上拉，并保持 500ms。 Recall E2 （重新调整 E2）B8h这条命令把贮存在 E2 中温度触发器的值重新调至暂存存储器。这种重新调出的操作在对 DS18B20上电时也自动发生，因此只要器件一上电，暂存存储器内就有了有效的数据。在这条命令发出之后，对于所发出的第一个读数据时

18、间片，器件会输出温度转换忙的标识：“0”=忙，“1”=准备就绪。Read Power Supply （读电源） B4h对于在此命令发送至 DS18B20之后所发出的第一读数据的时间片， 器件都会给出其电源方式的信号：“ 0” =寄生电源供电，“1”=外部电源供电。 处理数据DS18B20的高速暂存存储器由9 个字节组成，其分配如图 3 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。DS18B20温度数据表上表是 DS18B20温度采集转化后得到的12 位数据，存储在 DS18B

19、20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或等于0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于即可得到实际温度；如果温度小于0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于即可得到实际温度。温度转换计算方法举例：例如当 DS18B20采集到 +125的实际温度后，输出为07D0H，则：实际温度 =07D0H=2000=1250C。 例如当 DS18B20采集到 -55 的实际温度后，输出为FC90H，则应先将 11 位数据位取反加 1 得 370H（符号位不变，也不作为计算） ，则： 实际温度 =370H=880 =550C。2、显示模块 LCD160

20、2资料（这里主要介绍下指令说明及时序）1602 液晶模块内部的控制器共有11 条控制指令，如表 10-14所示：序号指令RSR/W D7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开 / 关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到 CGRAM或 DDRAM）10要写的数据内容11从 CGRAM或 DDRAM读数 11读出的数据

21、内容表 10-14 ：控制命令表1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。为高电平、 0 为低电平）（说明： 1指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令 3：光标和显示模式设置 I/D ：光标移动方向，高电平右移，低电平左移上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。S: 屏幕指令 4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B ：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位S/

22、C ：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N ：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。指令 7：字符发生器 RAM地址设置。指令 8：DDRAM地址设置。指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据。指令 11：读数据。与 HD44780相兼容的芯片时序表如下：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 输出无脉冲读数据输入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 输出无冲表 10-15 ：基本操作时序表读写操作时序如图10-55 和 10-56 所示：图 10-55 读操作时序图 1