基于C51单片机DS18B20温度计的设计与实现毕业设计论文范文模板参考资料

陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）前

言单用已温随着温于制器电给人类的生活带来了使人类不管是在生活子生产电子温度计本身可由电源提用检测因控典代理论已经发展到更先的简单系展到今的复系统本文讨论控制统AT89C2051单取温过内部A/D转电路并由数电路出在我日常生产中经常要传有热电偶和热电阻而电偶和热电阻测一都再转换成对应的需要比多外部硬。其：．路；．调；．成本而反应度慢测量度误差等缺点而下面集温DS18B20设计并制作了款基于AT89C51的4数码管显示的数字温度计其电路简单，软件结构模块化，易实现。其中温度传感器DS18B20集温度测量／D换于一体测量范围宽(-55℃～125℃)，DS18B20一具有单总线结构的器件。由DS18B20组的度测量单元体积小，于携带、安装。同时，DS18B20的输出为数字量，可直接与单片机连，无需后级A／D换控制简单。第

页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）章设计案1.1的设计原则一般统的设原则包安全（定抗扰性的利人化，实性通性经性。（1）全靠的运其次是设计可靠的控并具有各种安全保护措施如报事事不。（2维便表简于掌算知。（3强的现内外及地应做处。（4好应适备不备不对，采积按求主表两面硬件采标线（如PC总线模以扩能只需增加功能模板就能实现软模算标构户不二开功模组。（5效高1.2步、评硬软分计硬软分组（3离调第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）1.3的总方案设计和框图设计（1）系统的主要功能、技指、原理性方及文字说明。（2）系统的硬件结构几配，要软件的功、结构几框图。（3）保证性能指标要求的术施。（4）抗干扰性和可靠性设。（5）工艺要求温度数管显示。调节温的超调量小于。实现温闭环控制，制温度误差围≤±0.1℃。温度范℃～。供电电：交流5Ｖ。方案一：方案一：考到用温度传感器在单片机电路设计，大多都是使用传感器所这是非常容易想的所可使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，感温电路比较烦，进行A/D换才可以满足设计要求。方案二由本设计是测温电路，先要用高性能的AT89C51单机保在恶境正单AT89C51具低压电体积等特点四个口需两个就满足路统设需很适合便携手持式产品设使用统用二电池电温传感器使用二极管电压化数值来转化温的变化，在随测变化电压或电采集过，进行A/D转换后就可以用单片机行据的处显电路上就以将被测温度显出来。从以上两种方案，很易看出，采用方二，电路比较简单软件设计也比较简单，故采用了方案二。考虑到方案中制作数温度计单片机电路设计中多是使用传感器，第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，传感器可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以足设计求。温度计电路设计总体设计方框图如图1，控器采单片机AT89C51，温度传感器采用，用4位LED数码管串口传送数据实现温度显示。单机复位报点按键调时钟荡

主控制器

LED显示温度传感器图1.1设计方框图第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）章计2.1要器说2.1.1主控器单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点个端口只需两个口就能满电路统的计需适合携手持式品的设计使用系统可用二节电池供。如图2.1所。（1）主要特性：·与MCS-51兼容·4K字可编闪存器寿命：1000写/擦循环数据留间：10年·全态作：0Hz-24Hz·三程存锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/数器·5个中断源·可编程行通道·低功耗闲置和掉模式·片内振器和时电路（2）管脚说：：供电。：接地。

图2.1P0P0为一个位漏级开路双向I/O，每脚可收8TTL门电流。当P1管脚第一次写时，被定义为高阻输入P0够用于部程序数据存储它可以定义为数据/地址的第八位在FIASH编程时P0作为原码输入，FIASH进行校验时，P0出原码，此时P0部必须拉高。P1P1是一个部提供上电阻的位双向I/OP1缓冲器能接收出4TTL门电P1管脚写入1后被部上拉为可用作输，P1被外部下为低电平时将输电流这是由于内部拉的缘故在FLASH编程和校时P1作为第位地址接。第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）P2P2为一个内部上电阻的8位向I/O口，P2口缓冲器可接收出4个门电流当P2口被写“1”时管脚被内部上拉电阻高，且作为入。并此作为入时P2的管被外部低，将输电流。是由于内上拉的故P2当用于部程序储器或16地址外部数据存储器进行存时，P2输地址高八位在给出址“1”，它用内部拉优势，对外部位地址据存储进行读时，P2输其特殊能寄存的内容P2在FLASH编和校时接高八位址信号控制信。P3P3管脚是8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”，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为入，于外下拉低电，P3口将输出电流ILL）这是于上拉的缘故。P3也作为的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0）P3.1）P3.2）P3.3）P3.40部入）P3.51外部输入）P3.6写选通）P3.7读选通）P3同为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。：复位输入。振荡器复位器件时，要保持RST两个机器周期的高电平时间。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地位字节。FLASH编程期间此脚用于入编程冲。在时ALE端以变的频率周期输出正脉冲信号，频率为振荡器频率的。因此它用作对外输出脉或于时的然要注意的每当用作外部数据存储器，将跳过个ALE脉冲。如想禁止ALE的输可在SFR8EH地上置0。时，有执行，MOVC令是ALE才起作用另，引被略微拉高。果微处器外执状态ALE止位效部程序存储器选通信号。在由外部序存储器取指间，每个机器期两次/效但访问外部数据存储时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）EA/VPP：当/低电平时，（0000H-FFFFH）不式1，/EA为RESET；/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP）。：：自反向振荡的输出。2.1.2显示器显示电路用3共阳LED码管利用动态扫方式从P0输出段，P2的P2.5、P2.6、P2.7输位码。（1）LED码有共阳和阴两种，这些LED光二极的正极接到块（一般是拼成个8加一个小数点作为一个脚为共阳管如下图、2.3所示：图2.22.1.3度感器

图2.3DS18B20温度感器是采用美国DALLAS公司生的DS18B20可组网数字温度传感器芯片，经焊接，外加不锈钢保护管封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，装形式样，适用各种狭小空间数字温和控领域,并且可据实际求通过单的编程现～12的字读数方式①:：术能描述*的单线接DS1820在与微处理器连接一口现器与的双向讯在用不外。*范围℃＋125℃，固测分辨率℃。-*点组功能，个DS1820可以并联在唯一的三上，现多点温。第

页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）*源:3~5V/DC*以9。*径*于1/21各工道设备测温②用范*

该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机，电力机房电缆线槽等测温和控制领域***

轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业备测温和控。汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱。供热/制冷管道量计，空热计量和工业领测温和控制③.DS18B20的性能如*独单仅一个端口脚进行信；*多个可并联在一的线上，现多点组网功能；*无须外器件；*可通过据线供，电压范3.0~5.5V；*机功；*温以912位字；*用户；*并过（）的器件；*电压特电源接温不，不能工作；DS18B20用脚358脚SOIC，部结2.4。64

储控制I/OC

位ROM单线接口

高

温器高温器低温器TL器Vdd

第页

8位CRC器陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）图2.4DS18B20内部结主由部组成：64光刻、温传感器、挥的温报触器THTL、置存。DS18B20的管脚列图2.5示:图2.5DS18B20温度传器内存器还包括个速存RAM和一个非失性的可擦除的EERAM。高暂存RAM的构为8节的存器结构如图2.6示头2字节包测的度信息第3和第4节THTL拷贝是失的，每次电位被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器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2.7示。低5直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式DS18B20出厂时位被设置为，用户要改动R1R0定度转换的精位数，来设置分辨率。由表可见，DS18B20温转换的时间比较长，而且分辨越高所需要的温数据换时越长实际应用中要将辨率和转换间权衡考虑。表2.1间表第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）R1R0

分率/位/MS00993.750110187.510113751112750高速暂存RAM的第、8节保留未用，表现为全逻辑。第9字节读出前面有8字节的CRC码，可用检验数据从而通信数据正确。当DS18B20收到度转令后开始启动换转完成温度就以16位带符号展的进制形式在高暂存12节单片机通过接口读出数据据时低位先高在后据格以0.0625℃／LSB式表示。当符位＝0时表示测温度正值可以直将进制转换为十制；号位＝1，表示的温度为负要先将变原，再算十数值表2是一部度值对二进度数据。DS18B20完成温度转换后，把得温度与RAM中的TL内作比较。T＞THT＜TL，则该器件内的报警标志位置位，对主机发出的报警搜索命令做出响此多只DS18B20同时测量温并行报警搜索。在64位的最高有效字中存储有循冗余检验码（CRC机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外由于DS18B20单线通信功是分时成的它有严格的时隙概念因此读写时序很重要系统对DS18B20各种操作按协议进行操作协议初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM能命令→存储操作命令→处理数据。分别说明如下：初始化单总的所有处理均从初化开始。初始化过程是机通向作从的芯发个时间宽要求初化脉冲。初化后，才进行写作。令测到存在以发出ROM操命令之这些令表：表2.2操令指令

代码ReadROM)[33H]第页①初始①初始陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）MatchROM)[55H]SkipROM][CCH]SearchROM)[F0H]Alarm[ECH](3)储操作2.3：表2.3储器操作命令指令

代码Write存储器)[4EH](4)时序时间隙Read存)[BEH](timeDS18B20Copy存)[48H]的数据和写命字的位Convert[44H]Recall[B8H]ReadPower[B4H]图2.7化序时见图2.7主机总线to刻送复位脉冲(短为480us的低电平信号)，接着在tl刻释放总线进入接收状态DS18B20在检测总线的上升沿之后等待，接着DS18B20在t2刻发出存在脉冲低电平持续60-240us)。如中虚线所示：②写时隙第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）图2.8.10序

图2.8.21序当主机总线t从高至低电平时，产生写时间隙图2.8.1和图2.8.2。从to刻开始15us之内应将所需写的位到总线上，DSl820在to后15-60us对总线采样。若电平，写的位是见图。若高电写入的位是1图。续写2间的间隙应大于。③读时间隙见图，主总线to时从拉至低电时总只须保持电平l。之在t1时将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在t1时刻后t2前有效，tto15us。也就是说t前主机必须完成读位，并在t的60us一120us内释放总线，读位子程序(读的位到C)。图2.9读序第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）DSl820多路测量简介初始跳过ROM换温待1S

1820数配ROM存储器放在冲区指针增始化

b-1=0?图2.10图每片DSl820在其ROM都存其一的48序号厂已入内ROM，机进操作程序必逐接入DS18B20用读ROM(33H)命令将该DS18B20的序号出登当机要众在线DS18B20的某一进操作时，首先要发出匹配ROM令(接着主机供64序列(包括DS18B20的48序列号)。之后的作就是针对该DS18B20的。而所谓跳过ROM命令即：MOV图2.10中先有跳过ROM，DS18B20进匹ROMDS18B20的温度数据。在DS18B20组成的测温系统中，主机发跳过ROM命令之后，再发出一的温度转换启动码44H，就可以实现所有DS18B20的统一转换再经过1s就可以用很的时间去逐一读。这种方使其T往式于采取公用的放大电路和转换器只能逐转换然通道越多，种省时效应越明显。DS1820使用中注意事项DS1820虽然有测温系统简、测温精度高连接方便、占口线少等优点,但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：(1)较小的件开销需要相复杂的软件进补偿,由于DS1820与微处理器间采用行数据传送,因此在对DS1820行读写编时,必须严的保证读写第

页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）时序,否则将无法读取测温结果。在使用、C高级语言进行系统程序设计时,对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所DS1820数量问题容易使人误认为可以挂任意多个DS1820,在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8时,就需要解决处理器的总线驱动问题,这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。连接DS1820总线电缆是有长度限制的。试验中,当采用普通信号电缆传输长度超过50m时,读取的测温据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时,正常通讯距离可达150m,当用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时,正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的此,在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。在DS1820测温程设计中向发出温度转换命令后,程序要等待的返回信号,一旦某个DS1820接触不好或线当程序读该DS1820时,将没有返回号,序进入死环一在行DS1820硬件连接和软件设计也要予一的重视。测温电缆建议采用蔽4芯绞线,其中对接线信线,另一组接VCC地线,屏蔽在端单接。2.1.4稳压电源78057805脚如图2.11：2.2各部分电路说明2.2.1单片机控制部分

图2.11在本设计中采用了单片作为电路核心电路的设计AT89C51是一种带4K字节闪可编可擦只读存储器（FPEROM—FalshProgrammablandErasable）的低，俗称单片机是种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读储器以反擦除100次器采用ATMEL高密度非易第

页MCS-518CPUATMELAT89C51AT89C2051AT89CXTAL1XTAL2XTAL2余至号通过二分频触发因此对信号脉宽无何要求但须保脉低电平要求宽度PEROM阵电擦除通信持ALE平10ms来完成擦代码“非字重操执AT89C51稳逻辑低到零率静逻辑支两软选掉电模闲模下作但RAM定数串断作掉模下保RAM并冻止其他直到硬复止电路图2.12片振荡电路的钟电路AT89C1路增益线XTAL1XTAL2分别端端虽路但要形成还需附加电路AT89C51产电所此处选利其路XTAL1XTAL2引线上定元路产生激常XTAL1XTAL2间电路成稳自激图2.13路所示常电路法选频率6MHz体般选择30PF左右

15

陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）4路图2.13中AT89C51是采用上电简单的复位图RCRST只要RST持中R1和R2分别选择200Ω和Ω择μF。5AT89C51的最统AT89C51是片内有程序存片图2.14所。这构成最小系简单靠，特点没有部扩，有供用使用大量的∕O。图2.14小系2.2.2传感器数据集电路传感器数据集路主指DS18B20温传器单片机的接口电路。DS18B20可以采用种方式电，一种是采电源电方式，所示，此时的1接地，2为信号线3接源。另一种是寄生电源供电方式，如图2.15所示单片机端接单线总线，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。用寄电源电式时端接地。由单线制只有一根线，第页G/V2.2.3显示7805bmbmDGND/VbcbdbG/V2.2.3显示7805bmbmDGND/Vbcbdbdefff01303456ADRL0130123457KffMABC012U3QQQQQKfL陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）因此发送接口必须是三态的虑到实际应用中寄生电源供电方式适应能力差且易损坏，此处采用电源供电方式，I/O接单片机的口。T1DS18B0

R.K

VC

DDNODI13

VCGND1

图2.15源供方式R7

R8

R

98765432

4709DS18B20显示路是用出ooo式三只数管型极动这种显示方最大显示件设计简。如图2.16:ff

RXDTXDALE

09

4.7K311ABDVCCQQQBKABCM189

3411U24ALS1QQQffLRABDAB9

3411135fABABD2VCC

EA/VP

R10

R12

VCC

WR

RXDTXD

B

8051

R114.7K

4.7K

4.7K

图2.16显示路

第页

TitleC2C2陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）2.3主板电路U1VCC

SW-PB22u

C330pC430p

CRL14VCC311918917R11k

INT1INT0EA/VPRD

RXTXDALE/PPSEN

8051图2.17板电路系统整硬件路包括传器数据集电温度显电路上限报警调整电路单片主板电路电源电等。图2.17所示图2.17中有个独立按键以分别调温度计上限报设置，可以任意调报警下限图蜂鸣器以在测温度不上下限围内时发出报警鸣叫音。LED码管将前被温度值显，从而出被的温度值。图2.17的健复电路是上电位加动复位，用比较便，程序跑飞时可以动复位，样就不在重单片机电，就可实现位。第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）三软件计读出温度温。开始始化调显示子程YS1按下否？得出度总程序Y序限返回图3.1序程

键子序警子序3.1程主程序的主要功能是负责温的实时显示出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s行一次。这可以在一秒之测量一次被测温度，其程序流程见图3.1所示。3.2读出温度子程序读出温度子程序的主功能读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不行温数据改写。其程序流程图如图3.2所示第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）发复位命令发跳过ROM令发读取温命令读取操作CRC校验9字节完？CRC校移入温度存器结束

NN图3.2出温程程3.3度转换命令子程序温度转换命令子程序主要发温度转换开始命令，当采用位辨时转换间为，在本序计采用显程延法待换完。温转命子序流程图，如图3.3所示发DS18B20复位命令发过ROM命令发度转换开始命令结束图3.3度转换流程图第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）3.4计算温度子程序计算温度子程序将RAM中取值行BCD码转换算进行度值负的判定，其程序流程如图3.4所示。开始温度零下?Y

温度值取补码置“-”志

“+标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束图3.4温度程图3.5度数据示子程序显示数据子程序主要是对显示缓冲器中的示数据进行刷新操作表段码至，开位码显示采用动态扫描方式。第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）章与调试4.1材料的选择与采购次设计料的选购上做设计最,支获。印给人看元件尽了不增大电路的体积及减小功耗，本设计采用ATMEL公司的89S51单机，体积小工作电压低。4.2刷电板的计与作个电做再好下简。利用Protel图时候为了路板比好看，要注意局同时得注意件封装命等画好原图后要其进行气检测，检原理图否有错同时还创建网表为下步的工做好准。PCB图的计。在对PCB图计时首要添加封库，这原理图中给予的装才能效然后调入络表看理图的装命名等是否有错如果没错便进行下步操作进行布线先先对布线规则作一些必要的设置，如焊盘的大小导线的粗等做好这些置后便可进自动布线自动布线后如果布线不是很理想还可用手动布进行手动修，这样PCB图就画好了。电路板的制作。把设计布局好的图打印出之后，然后进行压板、腐蚀、钻孔。注意，腐蚀之前检查是否断线及焊盘脱落等。元的焊接元件焊接时候先查看跳，首先焊接所有的跳线，其次焊接分离件最后接成块外接的引然了美观在布线最好不出现跳线。整检查。查是否断线和虚等。烧录序第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计（论文）4.3片测试判断片机芯及时系统是正常作有个简单办法是用万用表测单机振脚18、19）的对地电压以正常作单片机用数字万用表测为例18对地约2.24V19对地约对怀疑是复位路故障而不能常工作的单片机也可采模拟复位的方来判断机常作时第9对地电压为零可以用导线短间和5V接下，模拟一下上电位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电问题。4.4硬件及软件调试硬件试，第步是目，在印电路板后，先查印制是否有线、是否毛刺是否与其线或盘粘连焊盘是否有落过孔是有未金化现象而目的过程我们发现一条印线断开因我用焊使这条断线在一起第步是万用测量在目测完之利万表来量连线和接检它们通断状是否和计一样再查种电源和地线否有短路象在查的过程中发现不管是线还接点都合设计定电和地线没有短现象第步是电检查给印制板加电我们检到的器件的电端合求电压+端电压为0。第四步联检查利系和片开发统仿真缆接来现检查后上连接都确、通可。软件试第一步在具汇编件主上和用户系统连起行试准。二步是单步运行三步是系统连即进软和件合试经调软件行好4.5整的调试与测试首是测试显示电路的正确性硬写一段显示程序入单机中。安装好硬件，上电，示正常，达到预效果。证明显示电正常。按下复位按键，LED无显，松开，显示正常，证明复位电路正。然后测试得到温度程，将初始化程序，DS18B20正工作的初始程序、写DS18B20序、读DS18B20序，得温子程序，温转换程序数据转换子程序，显示子程正确编排后写入片机中，上电，显不正常。重新读取源程序经查后发现问题在于DS18B20始化序有错改后重新编译并写入单机上后显当前度证温传器DS18B20工作常，部分第页陕西教育学院高等专科学校毕业设计