AT89C51与DS18B20技术结合的温度采集系统设计

AT89C51与DS18B20技术结合的温度采集系统设计目录一、内容概览．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.1研究背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.2研究意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.3研究内容与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5二、系统总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.1系统目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.2系统架构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.3系统工作流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11三、AT89C51与DS18B20技术概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.1AT89C51特点与优势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.2DS18B20性能参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．183.3两者技术对比与应用场景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23四、硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．254.1硬件电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．264.2电源电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．294.3传感器接口电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．314.4信号调理电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.5抗干扰措施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36五、软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．385.1主程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．395.2温度采集程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．425.3数据处理与显示程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．445.4命令与接口程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．455.5系统调试与测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47六、系统测试与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．496.1测试环境搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．506.2功能测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．526.3性能测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．546.4数据分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．556.5问题与改进．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57七、结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．587.1研究成果总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．597.2存在问题与不足．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．627.3未来工作展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64一、内容概览本文档旨在阐述“AT89C51与DS18B20技术结合的温度采集系统设计”的详细设计思路及实现过程。以下是内容概览：引言：简述温度采集系统的重要性，介绍项目背景及设计目的。系统概述：介绍系统的基本构成及功能，阐述本设计的主要任务和目标。硬件设计：主控制器：详细介绍AT89C51单片机的特点、功能及其在系统中的作用。温度传感器：重点介绍DS18B20温度传感器的性能参数、工作原理及其在系统中的应用方式。其他外围设备：概述除主控制器和温度传感器外，其他必要硬件的选型及作用。硬件连接：给出详细的硬件连接内容，包括单片机与DS18B20的接线方式、电源供应等。软件设计：程序设计思路：描述温度采集、数据处理及传输的程序设计流程。编程语言及工具：介绍开发过程中使用的编程语言和开发工具。关键代码解析：对关键代码段进行解释，阐述其实现的功能。系统调试与优化：介绍系统的调试过程，包括硬件调试、软件调试及系统联调。同时阐述优化措施，如提高数据采集精度、降低功耗等。系统性能评估：通过实际测试，评估系统的性能，包括温度采集的准确性、响应速度、稳定性等方面。表格：此处省略一张表格，总结系统的主要性能参数、硬件组成及软件功能等。结论：总结本设计的成果，指出系统的优点及可能存在的问题，提出改进建议。1.1研究背景随着物联网技术的快速发展，环境监测和智能控制成为现代科技的重要领域之一。在这一背景下，开发能够实时采集并传输环境参数的设备变得尤为重要。传统的温度传感器虽然功能强大，但其体积较大且成本较高，难以满足便携性和经济性的需求。而无线温度传感器则为解决这些问题提供了新的途径。DS18B20是一款基于单线制的数字温度传感器，具有体积小、功耗低、响应速度快等优点。它通过将温度转换成二进制编码的方式进行数据传输，使得数据读取更加方便快捷。然而DS18B20传感器本身并不能直接连接到微控制器中，需要一个合适的接口电路来实现两者之间的通信。AT89C51是广泛应用于微处理器领域的8位单片机，以其强大的计算能力和丰富的外设资源著称。该芯片具备良好的可编程性，可以灵活地扩展各种功能模块，非常适合用于构建嵌入式系统中的温度采集模块。此外AT89C51还支持多种I/O口类型，包括模拟输入/输出、定时器、串行通信等功能，这为其与其他硬件组件（如DS18B20）的集成提供了便利条件。因此在本项目中，我们将结合AT89C51和DS18B20技术，设计一种集成了温度采集功能的系统。此系统不仅能够实时测量环境温度，还能通过无线方式将数据发送至中央服务器，从而实现实时监控和远程管理。通过这种创新的设计方案，我们希望能够提高温度监测的效率和准确性，并为用户提供更便捷、可靠的环境感知服务。1.2研究意义在当今科技飞速发展的时代，温度传感器作为关键的技术组件，在工业自动化、环境监测以及智能家居等多个领域扮演着至关重要的角色。本研究旨在深入探讨将AT89C51微控制器技术与DS18B20数字温度传感器相结合的设计方案，以开发一款高精度、高稳定性的温度采集系统。（一）技术创新该系统的研究不仅融合了微控制器与数字温度传感器的先进技术，还通过创新的数据处理算法和通信接口设计，显著提升了系统的性能和可靠性。这种跨学科的结合为温度采集领域带来了新的技术思路和方法。（二）实际应用价值通过实现温度数据的实时采集、处理与远程传输，该系统具有广泛的应用前景。无论是家庭中的智能温控系统，还是工业生产过程中的温度监控，亦或是环境监测的自动化设备，该系统都能提供精准、可靠的数据支持。（三）学术贡献本研究在学术上具有重要的意义，它不仅丰富了微控制器与数字温度传感器应用的理论研究，还为相关领域的研究者提供了新的思路和方法。此外通过系统的实验验证和性能分析，还能为后续的相关研究提供有力的理论支撑。（四）社会效益随着温度采集技术的不断进步和应用领域的拓展，该系统有望在节能减排、环境保护等方面发挥积极作用。例如，在工业生产中，通过实时监测关键设备的温度变化，及时发现并处理潜在的安全隐患，从而提高生产效率和产品质量；在环境监测领域，精确的温度数据有助于更准确地评估环境状况，为政府决策提供科学依据。（五）总结本研究具有显著的研究意义，它不仅推动了微控制器与数字温度传感器技术的融合与发展，还为实际应用提供了高精度、高稳定性的温度采集解决方案。同时该研究还具有重要的学术价值和社会效益，有望在未来得到广泛应用和推广。1.3研究内容与方法本研究旨在设计并实现一个基于AT89C51单片机与DS18B20数字温度传感器的温度采集系统，通过硬件电路设计与软件编程相结合的方式，实现对环境温度的精确测量与实时显示。研究内容主要包括以下几个方面：硬件系统设计硬件系统主要由AT89C51单片机、DS18B20数字温度传感器、显示器（如LCD或数码管）以及外围电路（如电源电路、复位电路等）组成。其中AT89C51单片机作为核心控制器，负责读取DS18B20传感器的温度数据，并通过显示器进行直观展示。硬件电路设计的关键在于确保各组件之间的正确连接与信号传输，以保证系统的稳定性和可靠性。软件系统设计软件系统主要包括主程序、数据采集程序、数据处理程序和显示程序等模块。主程序负责初始化系统，调用各模块函数，实现温度数据的采集、处理和显示。数据采集程序通过AT89C51单片机的I/O口与DS18B20传感器进行通信，读取温度数据。数据处理程序对采集到的原始数据进行校准和转换，得到准确的温度值。显示程序则将处理后的温度数据通过显示器进行展示。数据采集程序示例代码：#include<reg51.h>

sbitDQ=P3^0;//DS18B20数据线连接到P3.0

voidDelay(unsignedintt){

unsignedinti,j;

for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);}

unsignedcharReadOneChar(){

unsignedchari,dat;

for(i=0;i<8;i++){

DQ=0;

dat>>=1;

DQ=1;

if(DQ)dat|=0x80;

Delay(5);

}

returndat;}

voidWriteOneChar(unsignedchardat){

unsignedchari;

for(i=0;i<8;i++){

DQ=0;

DQ=dat&0x01;

Delay(5);

DQ=1;

dat>>=1;

}

}

unsignedintReadTemperature(){

unsignedinttemp;

chartemp_l,temp_h;

WriteOneChar(0xCC);//发送跳过ROM命令WriteOneChar(0x44);//发送温度转换命令

Delay(500);//等待温度转换完成

WriteOneChar(0xCC);//发送跳过ROM命令

WriteOneChar(0xBE);//发送读取温度命令

temp_l=ReadOneChar();

temp_h=ReadOneChar();

temp=(temp_h<<8)+temp_l;

returntemp;}

voidmain(){

unsignedinttemp;

while(1){

temp=ReadTemperature();

//处理和显示温度数据}}系统测试与优化系统测试主要包括功能测试、性能测试和稳定性测试。功能测试验证系统是否能够正确采集和显示温度数据；性能测试评估系统的响应速度和精度；稳定性测试则通过长时间运行，检验系统的可靠性和稳定性。根据测试结果，对硬件电路和软件程序进行优化，以提高系统的整体性能。温度数据转换公式：温度值（℃）=(读取的温度值/16.0)-0.5通过以上研究内容和方法，可以设计并实现一个基于AT89C51单片机与DS18B20数字温度传感器的温度采集系统，满足实际应用中的温度测量需求。二、系统总体设计本系统设计旨在通过AT89C51单片机与DS18B20数字温度传感器相结合，实现对环境温度的精确测量和实时监控。系统主要由以下几个部分组成：AT89C51单片机作为主控芯片，负责数据处理和通信；DS18B20温度传感器用于直接读取温度信号；以及必要的外围电路，如电源管理模块、时钟源等。◉系统架构内容为了清晰地展示系统的整体架构，我们提供一个简化版的系统架构内容：[AT89C51单片机]

|

V

[DS18B20温度传感器]|

V[电源管理模块]->[时钟源]->[复位电路]->[AT89C51单片机]其中电源管理模块为系统供电，并提供稳定的电压给其他组件；时钟源确保了单片机能够准确工作；复位电路则保证在系统启动时可以正确初始化。◉数据采集流程数据采集过程主要包括两个阶段：一是DS18B20温度传感器的数据采集，二是将采集到的数据传输至AT89C51单片机进行进一步处理和存储。DS18B20温度传感器采样DS18B20温度传感器具有内部寄存器，可以直接读取温度值。通过调用相应的I2C协议命令，读取传感器寄存器中的温度值。数据传输与处理将读取到的温度值转换成标准的温度单位（例如摄氏度或华氏度），并进行数据缓存和存储。使用AT89C51单片机的定时器/计数器功能来控制数据的发送频率，以避免频繁通信导致的数据丢失。◉硬件连接与接口定义AT89C51单片机的P0口连接DS18B20的VCC引脚，P1口连接GND。DS18B20的SCL和SDA引脚分别连接到AT89C51的P2.0和P2.1引脚上。AT89C51的P3.4引脚连接外部电源的地线，用于保护系统免受瞬态干扰的影响。◉软件设计软件设计主要涉及两个方面：一是DS18B20的初始化与数据读取；二是AT89C51的程序编写，包括数据接收、处理及显示等功能。DS18B20初始化：首先通过I2C总线唤醒DS18B20，然后发送命令使其进入查询模式，最后读取其寄存器中的温度值。数据处理：读取到的温度值需要转换成用户可识别的格式（例如摄氏度或华氏度），并通过串行通信模块（如UART）发送给主控制器或者其他设备。◉总结通过AT89C51单片机与DS18B20数字温度传感器的有机结合，实现了高精度温度数据的实时采集与处理。该系统的设计充分考虑了硬件的稳定性和软件的灵活性，能够在实际应用中有效地监测环境温度变化，为用户提供精准的温度信息支持。2.1系统目标◉第一章项目概述及背景分析……（其他部分省略）◉第二章系统设计目标及需求分析本设计旨在实现一个基于AT89C51单片机与DS18B20温度传感器相结合的温度采集系统。系统的主要目标包括以下几个方面：（一）精确采集温度数据：通过使用DS18B20温度传感器，实现高精度的温度数据采集，确保数据的准确性。（二）实时数据传输：将采集到的温度数据实时传输至单片机进行处理和存储。（三）数据存储与显示：将采集到的温度数据存储在单片机内部或外部存储器中，并通过液晶显示屏或其他显示设备实时显示当前温度数据。（四）友好的人机交互界面：提供简单直观的操作界面，使用户能够方便地查看和设置温度采集系统的参数。（五）低功耗设计：优化系统的功耗设计，延长系统的使用寿命。（六）系统稳定性与可靠性：确保系统在长时间运行过程中的稳定性和可靠性。通过优化算法和合理的电路设计，降低系统出错率，提高系统的整体性能。同时考虑抗干扰能力，以适应不同的工作环境。具体目标参数如下表所示：表：系统目标参数表（此处省略表格）包括数据采集精度、数据传输速率、存储方式等内容的具体描述。实际参数设计时可以根据实际应用需求进行设定和调整，同时需要考虑实际应用场景下的温度范围、环境噪声等因素对系统性能的影响。此外为了满足日益增长的市场需求，系统还应具备可扩展性，以适应未来可能的升级和扩展需求。通过不断优化设计和创新技术，提高系统的整体性能和竞争力。2.2系统架构在本系统中，我们将AT89C51单片机作为主控芯片来管理整个系统的运行，并通过I2C总线接口连接到DS18B20数字温度传感器。此外为了确保数据传输的稳定性和可靠性，我们还配置了相应的硬件和软件层。◉硬件部分AT89C51单片机：作为核心处理器，负责接收来自DS18B20的温度读数并进行计算处理。DS18B20数字温度传感器：用于测量环境中的实际温度值。I2C通信模块：提供必要的电平转换功能，使AT89C51能够正确地与DS18B20进行双向通讯。电源电路：为所有组件供电，包括主控芯片和传感器等。◉软件部分主程序：实现AT89C51单片机的基本操作，如初始化、温度读取及显示等功能。温度读取算法：通过编写特定的算法来解析从DS18B20获取的数据，将其转换成可理解的形式。数据存储与展示：将温度读取结果保存到SD卡上，并以内容形化的方式在显示屏上显示出来。以下是相关示例代码片段：//初始化AT89C51

voidinit(){

//设置时钟频率TCCR1A=_BV(WGM11)|_BV(WGM10);

TCCR1B=_BV(CS10);

//开始定时器TCNT1=0;

OCR1A=64;//设置溢出值

//启动计数器

TIMSK1|=_BV(TOIE1);//开启定时中断}

//获取DS18B20温度值unsignedcharreadTemp(){Wire.beginTransmission(0x48);//设定地址

Wire.write(0x00);//读取温度寄存器

if(Wire.endTransmission(false))return-1;

unsignedchardata[7];

Wire.requestFrom(0x48,sizeof(data));

for(inti=0;i<sizeof(data);++i){

data[i]=Wire.read();

}

//解析数据

unsignedinttemp=(data[1]<<8)+data[0];

returntemp/16;}以上是关于系统架构的设计概要，具体的细节还需要根据实际情况进行调整和完善。2.3系统工作流程本温度采集系统的设计旨在实现高精度、实时温度数据的采集与传输。系统结合了AT89C51微控制器与DS18B20数字温度传感器，通过精心设计的电路和软件程序，确保了系统的高效运行和数据的准确性。◉系统初始化在系统上电后，首先进行硬件初始化。这包括对AT89C51微控制器的内部寄存器进行初始化，设置工作模式为ISP（在系统编程）或IAP（在应用编程），并配置必要的端口和定时器。同时对DS18B20传感器进行初始化，包括设定分辨率（如12位）、温度范围（通常为-55℃至+125℃）以及报警温度阈值。◉数据读取与处理随着温度的变化，DS18B20传感器会通过一个信号转换过程，将模拟温度信号转换为数字信号。AT89C51微控制器通过一个10位ADC（模数转换器）读取这些数字信号，并将其转换为可处理的温度值。为了提高精度，系统可以选择更高的分辨率设置，但这会增加数据吞吐量和存储需求。在读取到温度数据后，AT89C51微控制器会对其进行处理。这可能包括计算温度差、判断是否超过预设的安全阈值，或者在必要时触发报警。处理后的温度数据会被存储在微控制器的内部RAM中，以便后续传输或分析。◉数据传输与显示为了实现远程监控和数据记录，系统采用了串口通信技术。AT89C51微控制器通过串口向外部设备（如计算机或智能手机）发送温度数据。这些数据可以以ASCII码或二进制格式传输，具体取决于所选通信协议的类型。此外系统还可以配备一个LCD显示屏，用于实时显示当前温度和状态信息。当温度超过预设阈值时，LCD屏幕会显示警告信息，提醒用户采取相应措施。◉电源管理在整个工作过程中，电源管理至关重要。系统采用稳定的5V电源供电，并通过适当的电源滤波和稳压电路来确保电压的稳定性和可靠性。此外AT89C51微控制器具有低功耗特性，可以在待机模式下减少能耗，延长系统的工作时间。◉系统复位与故障处理为了确保系统的可靠运行，设计了系统复位电路。当系统接收到复位信号时，会执行一系列操作，包括清除内部寄存器、重启微控制器等。此外系统还具备基本的故障检测和处理功能，例如，当检测到传感器故障或通信异常时，系统会发出警报并尝试重新连接或启动故障单元。本温度采集系统通过结合AT89C51微控制器与DS18B20数字温度传感器的优势，实现了高效、准确且可靠的温度数据采集与传输。三、AT89C51与DS18B20技术概述AT89C51微控制器简介AT89C51是一款基于8位CPU的微控制器，由Atmel公司生产，广泛应用于各种嵌入式系统设计中。它内部集成了多种功能模块，如中央处理器、存储器、定时器/计数器、并行I/O接口等，为温度采集系统的设计提供了强大的硬件支持。AT89C51采用8051指令集，具有8KB的Flash存储器，可用来存储程序代码，并且支持在线编程和擦除功能，极大地简化了开发流程。主要特性：8位CPU：提供丰富的指令集，处理速度快。8KBFlash存储器：用于存储程序代码，可在线编程。256BRAM：用于数据存储。多个定时器/计数器：支持多种时间控制功能。并行I/O接口：可连接多种外部设备。串行通信接口：支持串行数据传输。AT89C51引脚功能简述：

|引脚名称|功能描述|

|—————-|——————————-|

|VCC|电源输入|

|GND|地线|

|P0|8位双向I/O口|

|P1|8位双向I/O口|

|P2|8位双向I/O口|

|P3|8位双向I/O口，具有第二功能|

|RXD|串行通信接收端|

|TXD|串行通信发送端|

|INT0|外部中断0输入|

|INT1|外部中断1输入|

|T0|定时器/计数器0输入|

|T1|定时器/计数器1输入|

|RESET|复位输入|DS18B20数字温度传感器简介DS18B20是一款高精度、数字化的温度传感器，由DallasSemiconductor公司生产。它采用单总线通信协议，只需一根数据线即可连接多个传感器，极大地简化了硬件连接。DS18B20具有宽温度范围（-55°C至+125°C）和高精度（0.0625°C），并且具有可编程的温度报警功能，非常适合用于温度采集系统。主要特性：单总线通信协议：只需一根数据线即可连接多个传感器。高精度：温度测量范围为-55°C至+125°C，精度为0.0625°C。可编程温度报警功能：支持设置高低温报警阈值。低功耗：工作电流仅为0.1μA。可重复编程：支持多次读写，便于系统调试。DS18B20引脚功能简述：引脚名称功能描述VDD电源输入GND地线DQ数据输入/输出端，具有上拉电阻AT89C51与DS18B20的接口设计AT89C51与DS18B20的接口设计相对简单，主要利用AT89C51的I/O口与DS18B20的数据线进行通信。由于DS18B20采用单总线通信协议，因此只需一根数据线（DQ）即可实现双向通信。在硬件连接方面，AT89C51的P3.2口（或任意空闲的I/O口）连接到DS18B20的DQ口，并在DQ口上接一个4.7kΩ的上拉电阻，以确保数据线的稳定性。接口电路内容：AT89C51DS18B20P3.2(DQ)—-|>|—-VDD

|

|—-4.7kΩ

|

GND通信协议：DS18B20采用单总线通信协议，通信过程包括复位脉冲、存在脉冲、读写操作等。以下是DS18B20与AT89C51进行通信的基本步骤：复位脉冲：AT89C51通过P3.2口发送一个高电平维持至少500μs，以复位DS18B20。存在脉冲：DS18B20在接收到复位脉冲后，会在15~60μs内通过DQ口发送一个低电平作为存在脉冲，表示DS18B20存在。读写操作：AT89C51通过P3.2口发送读写命令，DS18B20根据命令进行相应的数据传输。示例代码：#include<reg51.h>#defineDS18B20_PINP3^2

voidDS18B20_Init();

voidDS18B20_Reset();

bitDS18B20_ReadBit();

unsignedcharDS18B20_ReadByte();

voidDS18B20_WriteByte(unsignedcharbyte);

unsignedintDS18B20_ReadTemperature();

voidmain(){

unsignedinttemperature;

while(1){

temperature=DS18B20_ReadTemperature();

//处理温度数据}}

voidDS18B20_Init(){

DS18B20_Reset();

DS18B20_WriteByte(0xCC);//跳过ROM指令DS18B20_WriteByte(0x44);//温度转换指令}

voidDS18B20_Reset(){

DS18B20_PIN=1;

Delay_us(500);

DS18B20_PIN=0;

Delay_us(500);

DS18B20_PIN=1;

if(!DS18B20_ReadBit()){

//处理复位失败}

Delay_us(100);

}

bitDS18B20_ReadBit(){

bitbitValue;

DS18B20_PIN=0;

Delay_us(5);

DS18B20_PIN=1;

bitValue=DS18B20_PIN;

Delay_us(50);

returnbitValue;

}

unsignedcharDS18B20_ReadByte(){

unsignedcharbyteValue=0;

for(inti=0;i<8;i++){

byteValue>>=1;

if(DS18B20_ReadBit()){byteValue|=0x80;

}

}

returnbyteValue;}

voidDS18B20_WriteByte(unsignedcharbyte){

for(inti=0;i<8;i++){

DS18B20_PIN=0;

Delay_us(5);

DS18B20_PIN=(byte&0x01)?1:0;

Delay_us(50);

byte>>=1;

}

}

unsignedintDS18B20_ReadTemperature(){

DS18B20_Init();

DS18B20_Reset();

DS18B20_WriteByte(0xCC);//跳过ROM指令DS18B20_WriteByte(0xBE);//读取温度指令

unsignedcharlowByte=DS18B20_ReadByte();

unsignedcharhighByte=DS18B20_ReadByte();

return(highByte<<8)|lowByte;}

voidDelay_us(unsignedintus){

while(us–){

//延时1微秒}}总结AT89C51与DS18B20的结合为温度采集系统设计提供了一种高效、可靠的解决方案。AT89C51强大的处理能力和DS18B20高精度的温度测量特性，使得该系统在精度、稳定性和成本方面都具有显著优势。通过合理的接口设计和通信协议实现，可以轻松地实现温度数据的采集、处理和传输，满足各种应用场景的需求。3.1AT89C51特点与优势AT89C51是一款基于8051内核的微控制器，具有以下特点和优势：高性能：AT89C51具有强大的处理能力，能够快速处理各种任务。其指令周期短，执行效率高，能够满足高速数据采集和处理的需求。丰富的接口：AT89C51提供了丰富的接口，包括串行通讯接口、并行通讯接口、I/O端口等，可以方便地与其他设备进行连接和通信。低功耗：AT89C51采用低功耗设计，能够在保证性能的同时降低能耗。这使得它在便携式设备和电池供电的设备中具有广泛的应用前景。易于开发：AT89C51具有丰富的开发工具和库文件，使得开发者可以快速上手并开发出各种应用。此外它还支持多种编程语言，如C语言、汇编语言等，方便了不同背景的开发者使用。可靠性高：AT89C51具有很高的可靠性，经过严格的测试和验证，确保了其稳定性和安全性。这使得它成为工业控制和自动化领域的常用选择。3.2DS18B20性能参数（1）硬件特性封装形式：双线通信，支持热插拔，采用MSP430微控制器进行数据处理和存储。供电电压：工作电压范围为3.0V至5.5V，推荐使用外部电源供电。（2）数据传输速率读取温度时间：通常情况下，单次读取温度的时间在几毫秒到几十毫秒之间。重复读取间隔：可以设置一个可调的重复读取间隔，以适应不同的应用需求。（3）温度精度基本精度：标准环境条件下（参考温度约为23°C），测量误差通常不超过±0.5°C。扩展精度：通过增加温度分辨率寄存器，进一步提高测量精度。（4）内置功能自动校准：具备自校准机制，能够自动调整传感器内部温度补偿系数。过温保护：当传感器检测到过高或过低的温度时，会自动停止数据采集并发出警报。（5）延伸性多点温度采集：通过配置多个DS18B20传感器，并利用总线协议进行数据共享，实现多点温度监测。扩展能力：可以通过编程方式灵活扩展传感器数量和类型，满足不同应用场景的需求。◉表格展示特性描述封装形式双线通信，支持热插拔，采用MSP430微控制器进行数据处理和存储。供电电压工作电压范围为3.0V至5.5V，推荐使用外部电源供电。读取温度时间通常情况下，单次读取温度的时间在几毫秒到几十毫秒之间。重复读取间隔可以设置一个可调的重复读取间隔，以适应不同的应用需求。基本精度标准环境条件下（参考温度约为23°C），测量误差通常不超过±0.5°C。扩展精度通过增加温度分辨率寄存器，进一步提高测量精度。自动校准具备自校准机制，能够自动调整传感器内部温度补偿系数。过温保护当传感器检测到过高或过低的温度时，会自动停止数据采集并发出警报。多点温度采集通过配置多个DS18B20传感器，并利用总线协议进行数据共享，实现多点温度监测。扩展能力通过编程方式灵活扩展传感器数量和类型，满足不同应用场景的需求。3.3两者技术对比与应用场景在本节中，我们将对AT89C51和DS18B20技术进行深入对比，并探讨其在温度采集系统设计中的应用场景。技术对比：硬件集成度：AT89C51：作为传统的微控制器，AT89C51具有基本的IO端口、定时器、串行通信等功能。但其功能相对于现代微控制器有所局限。DS18B20：这是一个高度集成的数字温度传感器，具有精确的温度测量能力和简单的数据读取接口。能耗效率：AT89C51：由于其是传统的微控制器设计，功耗相对较高。DS18B20：具有低功耗模式，能够在特定的应用场合提供较低的能耗。精确度与稳定性：AT89C51需要结合外部传感器进行温度采集，其精确度取决于外部传感器的质量。DS18B20具有极高的温度测量精确度，且具有良好的稳定性。接口与编程复杂性：AT89C51需要编写较为复杂的程序来与外部传感器通信，并进行数据处理。DS18B20通过简单的命令即可完成温度读取，接口简单，编程相对容易。应用场景：基于AT89C51的应用场景：在需要复杂控制逻辑和较高自定义需求的温度采集系统中，AT89C51可以发挥优势。例如，工业控制系统中需要与其他设备协同工作的场景。基于DS18B20的应用场景：在需要精确温度测量和简单实现的场合，如智能家居、农业大棚等，DS18B20可以提供精确的温度数据，并且易于集成和部署。结合两者技术的优势，可以在许多场合构建一个高效且精确的温度采集系统。例如，在工业环境中，可以利用AT89C51的复杂控制逻辑和DS18B20的精确测温能力，构建一个既具有高精度又具备高度可定制性的温度监测系统。在智能家居领域，可以利用DS18B20的简易集成和精确测温特点，为用户提供便捷的温度监控服务。AT89C51与DS18B20技术在温度采集系统中各有优势，应根据具体应用场景和需求进行合理选择和设计。四、硬件设计在本项目中，我们将AT89C51单片机作为核心控制器，通过其内部的ADC（模数转换器）模块来采集DS18B20数字温度传感器的数据。具体的设计方案如下：DS18B20数字温度传感器的选择与配置首先我们需要选择一个合适的DS18B20数字温度传感器，并对其进行必要的初始化设置。DS18B20是一种采用直接数字温度传感器(DigitalTemperatureSensor)技术的新型温湿度传感器，具有体积小、功耗低、精度高等优点。初始化步骤：将DS18B20芯片连接到单片机的引脚上，确保各引脚正确无误。使用适当的软件库或驱动程序对DS18B20进行初始化配置，包括设置工作模式、地址选择等参数。#include<Wire.h>#include“ds18b20.h”

//定义DS18B20的I2C总线和时钟引脚#defineDS18B20_I2C_ADDR0x18//DS18B20的默认地址#defineDS18B20_CLK_PIN2//I2C时钟引脚voidsetup(){Wire.begin();//开始I2C通信ds18b20_init(DS18B20_I2C_ADDR);//初始化DS18B20

}AT89C51单片机的配置与编程接下来我们利用AT89C51单片机的ADC功能来读取DS18B20传感器传回的模拟电压信号，并将其转换为相应的数字温度值。ADC模块的配置：为了实现ADC功能，需要在AT89C51的汇编语言或C语言程序中编写相关的控制指令。下面是一个基本的示例：;导入ADC寄存器LJMPADC_Init;调用ADC初始化函数LJMPADC_Read;调用ADC读取数据函数$$$$c#include<avr/io.h>

uint16_tadc_value;

voidADC_Init(void)

{ADMUX=(1<<REFS0)|(1<<MUX4)|(1<<MUX3);//设置参考电压为AVCC，A/D通道选择第4位ADCSRA|=(1<<ADEN)|(1<<ADPS2)|(1<<ADPS1)|(1<<ADPS0);//启动ADC，倍率设为2分频}

uint16_tADC_Read(void){

uint16_tresult;ADCL=0x00;//清零ADCL寄存器ADCH=0x00;//清零ADCH寄存器ADCSRA|=(1<<ADSC);//启动转换while((ADCSRA&(1<<ADIF))==0);//等待转换完成result=((uint16_t)(ADCL<<8)+ADCH);

returnresult;

}温度显示界面的设计最后我们需要将从DS18B20获取到的温度数据以用户友好的方式显示出来。这可以通过LCD显示屏或其他类型的显示器来实现。示例代码：intmain(void){

DDRD&=~(1<<PD7);//PD7引脚定义为输入端口PORTD|=(1<<PD7);//PD7引脚接高电平，初始化LED状态while(1){

adc_value=ADC_Read();if(adc_value>0x800)//如果温度大于0摄氏度

{

PORTD^=(1<<PD7);//切换LED状态

}}

}以上是AT89C51与DS18B20技术结合的温度采集系统的硬件设计方案。整个系统由DS18B20温度传感器、AT89C51单片机以及相关外围电路组成，能够实时监测环境温度并进行准确显示。4.1硬件电路图在温度采集系统的设计中，我们采用了AT89C51微控制器作为核心控制器，结合DS18B20数字温度传感器来实现高精度的温度测量。以下是硬件电路的详细设计。◉电路原理内容电路原理内容展示了AT89C51与DS18B20的连接方式。AT89C51通过I2C总线与DS18B20通信，实现温度数据的读取和控制信号的发送。信号线描述SDA数据线SCL地线VCC电源正极GND电源负极DIN数据输入DOUT数据输出◉硬件组件AT89C51微控制器：作为系统的核心控制器，负责数据处理和控制逻辑的实现。DS18B20数字温度传感器：用于高精度测量温度，采用单总线通信协议。上拉电阻：用于DS18B20在信号线DIN悬空时的上拉，确保数据读取的准确性。电源：为整个系统提供稳定的工作电压。◉电路连接电源部分：将系统电源正极（VCC）连接到AT89C51的VCC引脚，负极（GND）连接到地线（GND）。I2C总线部分：SDA引脚连接到DS18B20的DIN引脚。SCL引脚连接到DS18B20的SCL引脚。数据读取与控制：AT89C51通过I2C总线发送命令字，控制DS18B20进行温度测量。DS18B20将测量结果以单总线协议的方式传输到AT89C51。◉代码实现在AT89C51的程序设计中，我们编写了相应的I2C通信协议和控制逻辑，确保能够正确读取DS18B20的温度数据，并将其存储在微控制器的内部存储器中。#include<reg52.h>#defineDS18B20_ADDR0x28//DS18B20的I2C地址#defineTEMPERATURE_REG0x00//温度寄存器地址voidI2C_Init(void){

//初始化I2C总线}

voidI2C_ReadByte(uint8_taddr,uint8_t*data){

//发送读命令并读取数据}

uint16_treadTemperature(void){

uint8_tdata[2];

I2C_ReadByte(DS18B20_ADDR,data);return(uint16_t)((data[0]<<8)|data[1]);}

voidmain(void){

I2C_Init();

while(1){

uint16_ttemp=readTemperature();

//处理温度数据，例如显示或存储}}通过上述硬件电路内容和代码实现，我们构建了一个高效、可靠的温度采集系统，能够实时监测环境温度并输出结果。4.2电源电路设计在AT89C51单片机与DS18B20温度传感器的温度采集系统中，电源电路的设计至关重要，它直接影响整个系统的稳定性和精度。为了保证系统正常工作，电源电路需要提供稳定、纯净且符合电压要求的直流电源。本节将详细阐述电源电路的设计方案，包括电源选择、稳压电路设计以及滤波措施等。（1）电源选择系统采用+5V直流电源供电，主要供给AT89C51单片机和DS18B20温度传感器。考虑到单片机工作电流较小（典型值为几mA），而DS18B20传感器功耗更低（仅几μA），因此电源电流需求不大。为保证系统可靠性，选用线性稳压器进行电压转换和稳定。（2）稳压电路设计线性稳压器具有输出电压稳定、纹波抑制比高等优点，适合本系统应用。选用78L05三端稳压器，其输入电压范围为7V~12V，输出电压固定为+5V，最大输出电流可达100mA，满足系统需求。稳压电路的典型接线如内容所示（此处仅描述，不输出实际电路内容）。◉【表】稳压电路参数表元件名称型号参数原因说明输入电容C110μF10μF/25V消除输入电压纹波输出电容C20.1μF0.1μF/25V提高输出稳定性，滤除高频噪声稳压芯片78L05输出+5V，最大100mA提供稳定电压，适配系统负载需求（3）滤波与保护措施为减少电源噪声对系统的影响，在稳压电路前后增加滤波电容。输入端电容C1用于滤除输入电源的高频干扰，输出端电容C2则用于抑制输出纹波。此外为防止意外短路或过载，可在输入端串联限流电阻R1，并增加反向二极管D1进行过压保护。◉电路部分关键参数计算限流电阻R1的计算公式如下：R1假设输入电压Vin为12V，最大电流I_max为200mA，则：R1选用标准电阻25Ω（1%精度）。◉部分电路代码示例（若需PWM控制可参考）//伪代码：若需通过单片机调整电源电压（如使用PWM）voidAdjustPower(){

//设置PWM占空比调整输出电压PWM_SetDutyCycle(50);//假设调整占空比控制78L05输入}通过上述设计，电源电路能够为AT89C51和DS18B20提供稳定可靠的+5V供电，确保温度采集系统的长期稳定运行。4.3传感器接口电路设计在AT89C51与DS18B20技术结合的温度采集系统中，传感器接口电路的设计是确保数据采集准确和高效的关键部分。本节将详细阐述如何通过合理的电路设计来实现这一目标。首先需要了解DS18B20传感器的引脚配置及其数据传输方式。DS18B20是一种数字温度传感器，其工作电压为3.0V至5.5V，具有16位分辨率，能够以每秒更新一次的频率输出温度数据。为了实现与AT89C51单片机的连接，需要使用到以下几根信号线：数据线（DQ）：用于接收DS18B20的数字信号，通常接在单片机的RXD引脚上。时钟线（SCLK）：用于同步数据传输，通常接在单片机的SCLK引脚上。电源线（VDD）：提供供电，通常接在单片机的VCC引脚上。地线（GND）：作为参考电平，通常接在单片机的GND引脚上。为了简化电路设计，可以使用外部晶振为DS18B20提供一个稳定的时钟信号。此外为了防止干扰，可以在单片机的电源引脚和地线之间加入去耦电容。接下来编写代码来控制DS18B20的读写操作。以下是一个示例代码片段，展示了如何初始化DS18B20并读取其存储的温度数据：#include<reg52.h>

sbitDQ=P3^0;//数据线连接到P3口的第0位sbitSCLK=P3^1;//时钟线连接到P3口的第1位sbitVDD=P3^2;//电源线连接到P3口的第2位sbitGND=P3^3;//地线连接到P3口的第3位voiddelay(unsignedintms){

while(ms–);

}

voidinit_ds18b20(){

//设置时钟频率为1kHzSCLKCON|=(1<<SCLKCON_SCKF);

//使能时钟

SCLKCON|=(1<<SCLKCON_SCKM);

//设置时钟预分频器为64

SCLKCON&=~(SCLKCON_PSC1+SCLKCON_PSC2);

//设置时钟预分频器为128

SCLKCON|=(1<<SCLKCON_PSC1)|(1<<SCLKCON_PSC2);

//使能时钟中断

TMOD|=(1<<TMOD_XT1);

//允许定时器1中断

ET1=1;

EA=1;}

voidread_temperature(){

unsignedchartemp;

//从DS18B20读取温度值temp=DQ;

//将温度值转换为十进制并存储在变量temp中

temp/=0xFF;

//将温度值写入单片机的RAM中

temp=(temp<<8)|(temp>>8);

//将温度值写入单片机的I/O端口

P0=temp;}

voidmain(){

init_ds18b20();

while(1){

read_temperature();

//处理读取到的温度数据//...

}}以上代码仅为示例，实际应用中可能需要根据具体需求进行修改。通过合理设计传感器接口电路，可以实现与AT89C51单片机的高效通信，从而确保温度采集系统的稳定运行。4.4信号调理电路设计在本节中，我们将详细探讨如何设计一个适用于AT89C51微控制器和DS18B20数字温度传感器的信号调理电路。为了确保数据传输的准确性和稳定性，我们需要对输入信号进行适当的放大、滤波及电压转换。（1）输入信号放大首先我们考虑将DS18B20温度传感器的输出电流信号（通常为毫安级）转换为适合AT89C51使用的电压信号。由于DS18B20的工作电压范围是3V至5V，而AT89C51内部电源电压一般为5V，因此需要一个合适的放大器来增加信号强度。这里可以选用运算放大器LM358或类似的多通道差分放大器。对于一个简单的实验设计，我们可以选择LM358，它具有两个独立的增益通道，并且能够提供足够的动态范围以满足我们的需求。//示例：使用LM358放大voidamplifyVoltage(){

//假设DS18B20的输出电流为I_in=V_out/R_resistor

floatinputCurrent=readDS18B20();//假设readDS18B20函数返回DS18B20的输出电流值intgain=10;//设定放大倍数

floatamplifiedInputCurrent=inputCurrent*gain;}（2）滤波处理放大后的信号经过滤波后，进一步减少噪声干扰。这可以通过RC低通滤波器实现，其中R代表电阻，C代表电容。在这个例子中，我们可以使用一个基本的RC滤波器，其计算公式如下：f式中的f_t表示滤波器的时间常数，单位为秒；R和C分别为电阻和电容的阻值，单位均为欧姆。例如，如果设定时间常数为1ms，则所需电阻和电容值如下：-R=1-C=（3）输出电压转换完成滤波处理后，信号通过ADC模块转换为数字信号。假设ADC模块的最大分辨率为10位，那么转换后的电压范围大约为0V到5V。对于DS18B20来说，这个范围已经足够了，无需额外的电压转换环节。//示例：使用ADCCOM模块读取ADC转换结果uint16_treadADCChannel(uint8_tchannel){

uint16_tresult;

ADCON0&=~_BV(ADEN);//关闭模拟总线ADRESH=0xFFFF;//初始化高字节寄存器为最大值

ADRESL=0xFFFF;//初始化低字节寄存器为最大值

ADPCON|=_BV(CS1);//设置采样保持模式

ADSC=1;//开始采样

while(!(ADSC&0x01));//等待采样结束

ADPCON&=~_BV(CS1);//解除采样保持模式

ADCON0|=_BV(MUX1);//设置MUX1为外部模拟量输入端口

if(channel==0){//计算第0通道的结果

result=(ADRESH<<8)+ADRESL;

}elseif(channel==1){

result=(ADRESH<<8)+ADRESL-0x10000;

}

returnresult;}

//使用读取的ADC值计算温度floatcalculateTemperature(uint16_tadcValue){

//根据实际的温度系数和修正因子调整读数floattemperature=((adcValue>>1)*333.86f)/4096.0f;//这里只是一个示例，实际应用中可能需要根据具体情况进行调整

returntemperature;}以上步骤构成了一个完整的信号调理电路设计，包括输入信号放大、滤波以及最终的温度读取过程。通过这些步骤，我们可以有效地从DS18B20传感器获取温度信息并将其转换成易于处理的数据格式。4.5抗干扰措施在AT89C51与DS18B20技术结合的温度采集系统中，抗干扰措施是保证系统稳定运行的关键环节。为了提高系统的可靠性和准确性，必须充分考虑并实施以下抗干扰措施：电源噪声抑制：使用滤波电容和磁珠等元件来减少电源噪声干扰，对电路中的高频干扰噪声进行滤除，确保系统稳定供电。信号线屏蔽：DS18B20的数据信号线采用屏蔽措施，减少电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)。利用金属编织网或铝箔屏蔽层，将信号线包裹，有效隔离外部干扰。软件滤波算法：在软件层面，采用数字滤波算法，如中值滤波、平均值滤波等，来消除因电磁干扰导致的异常数据。通过编程实现自动识别和剔除异常值，提高数据采集的准确性。信号线路优化：合理布置信号线路，避免与强干扰源（如马达、继电器等）距离过近。同时增加线路阻抗匹配和瞬态抑制元件，减少信号反射和瞬态过电压对系统的冲击。接地处理：良好的接地是抑制干扰的关键，系统采用单点接地方式，确保接地电阻最小，避免因地电位差异造成的干扰。同时数字地和模拟地分开处理，减少两者之间的耦合干扰。硬件去抖设计：针对DS18B20可能因干扰产生的短暂不稳定状态，设计硬件去抖电路。通过一定时间内的数据稳定性检测，滤除因干扰产生的短暂异常数据。其他辅助措施：在电路设计时考虑使用适量旁路电容和去耦电容，以减少电源波动对电路的影响；对于关键信号线路，使用双绞线或同轴电缆，以减小电磁感应干扰。此外合理选用元器件，优先选择抗电磁干扰性能优良的元器件。通过上述综合抗干扰措施的实施，可以显著提高AT89C51与DS18B20结合的温度采集系统的稳定性和数据采集的准确性。这不仅保证了系统的可靠运行，也提高了整个系统的性能和使用寿命。五、软件设计在本设计中，我们将采用标准的嵌入式操作系统内核（如FreeRTOS）来实现主程序的运行管理，并利用定时器机制进行周期性的数据采集和处理。具体步骤如下：初始化硬件模块首先我们需要初始化外部传感器DS18B20，包括配置I/O引脚、设置时钟源等。//定义DS18B20引脚#defineDS18B20_PINGPIOA#defineDS18B20_GPIO_PORTGPIOA#defineDS18B20_GPIO_PIN0

//初始化GPIO

voidinit_digital_io(void){

//设置DS18B20引脚为输入模式HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT,DS18B20_GPIO_PIN,GPIO_PIN_RESET);}数据读取和分析当定时器触发后，通过读取DS18B20寄存器中的温度值并将其转换成数字格式，然后计算出实际温度。uint16_tread_temp_from_ds18b20(){

uint16_ttemp=0;

//读取温度寄存器uint8_tdata[4];

HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,DS18B20_ADDR,0x00,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,sizeof(data),5000);

//解析温度值

for(inti=0;i<4;++i){

if((data[i]>>6)==0x04){

temp+=(data[i]<<8)|data[i+1];//最高位是温度小数点后的位数

}

}

returntemp;}

floatconvert_temperature(uint16_traw_temp){

floatcelsius=(raw_temp-32*5/9)/1000.0f;

returncelsius;

}实现定时器中断服务函数为了确保温度数据每秒更新一次，我们将在定时器中断服务函数中调用上述方法获取当前温度，并存储到用户定义的数据结构中。voidTimer_Configuration(void){

//配置定时器以每秒执行一次中断HAL_Init();

SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();

MX_TIM2_Init();

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

//定时器中断服务函数

TIM2_IRQHandler=handle_timer_interrupt;}

staticvoidhandle_timer_interrupt(void){

int16_tcurrent_temp=read_temp_from_ds18b20();

TemperatureDatatemperature_data={current_temp,convert_temperature(current_temp)};

//将温度数据写入数据库或显示界面write_to_database(temperature_data);}主循环主程序将负责调度定时器中断服务函数的执行，并根据需要调整各种参数。intmain(void){

//初始化硬件模块init_digital_io();

//开启定时器中断

Timer_Configuration();

while(1){

//主循环逻辑

//...

}}以上就是软件部分的设计思路，详细实现可以根据具体需求进一步优化和扩展。5.1主程序设计在温度采集系统的设计中，主程序的设计是整个系统运行的核心部分。本节将详细介绍基于AT89C51与DS18B20技术结合的温度采集系统的主程序设计。◉系统架构概述系统主要由AT89C51微控制器和DS18B20温度传感器组成。AT89C51负责数据采集、处理以及与外部设备的通信；DS18B20则通过单总线协议将温度数据传输至AT89C51。◉主程序流程主程序的主要任务包括初始化硬件、读取温度数据、处理数据以及显示结果。以下是主程序的基本流程：初始化：包括对AT89C51和DS18B20的初始化操作，设置寄存器参数，以及配置中断等。温度数据读取：通过调用DS18B20的读寄存器命令，将温度数据读取到AT89C51的内存中。数据处理：对读取到的温度数据进行滤波、校准等处理，以提高数据的准确性。结果显示：将处理后的温度数据显示在液晶显示屏上，或通过串口发送至上位机进行显示和分析。◉代码实现以下是基于AT89C51与DS18B20的主程序代码示例：#include<reg52.h>

//定义DS18B20相关寄存器地址#defineDS18B20_ADDR0x28#defineDS18B20_CTRL0x0D#defineDS18B20_DATA0x0C

//温度数据结构体typedefstruct{

unsignedinttemp;

unsignedcharstatus;

}TemperatureData;

//全局变量TemperatureDatatemperatureData;

//初始化函数voidInitSystem(void){

//初始化AT89C51

P1=0xF0;

T0=0x0F;//定时器0初始化为16位定时器TMOD=0x01;//设置定时器0为模式1（秒级）

TH0=0x0A;//定时器0初值设置

ET0=1;//开启定时器0中断

EA=1;//开启全局中断

//初始化DS18B20

WDR=0x00;//清除WDR寄存器

DR=DS18B20_ADDR;//设置DS18B20地址

DDRA=0xFF;//设置DP0口为输出模式

LED=0x00;//点亮LED，表示系统已上电}

//主函数voidmain(void){

InitSystem();//调用初始化函数while(1){

//温度数据读取

P1=0x01;//启动DS18B20

delay(10);//延时等待温度转换完成

P1=0x03;//读取DS18B20温度数据

unsignedchartemp=(P1&0x03)<<8|P1;

//数据处理

temperatureData.temp=temp*100/16384.0;//比较温度范围为0-100℃

temperatureData.status=0x01;//温度正常状态

//显示结果液晶显示屏显示(temperatureData.temp);

//或者通过串口发送至上位机//Serial.print("Temperature:");

//Serial.println(temperatureData.temp);

//延时

delay(1000);

}}◉注意事项电源稳定性：确保系统电源稳定，避免电压波动对微控制器和传感器造成影响。环境适应性：考虑系统在不同环境下的工作条件，如温度、湿度等，确保系统的可靠性和稳定性。抗干扰能力：采取必要的抗干扰措施，如屏蔽、滤波等，提高系统的抗干扰能力。通过以上设计和实现，可以构建一个基于AT89C51与DS18B20技术结合的温度采集系统，实现对环境温度的实时监测和显示。5.2温度采集程序设计温度采集程序的设计是实现AT89C51与DS18B20技术结合的核心环节。该程序的主要任务是通过AT89C51单片机读取DS18B20数字温度传感器的温度数据，并进行相应的处理和显示。程序设计主要包括初始化、DS18B20通信协议实现、温度数据读取和数据处理等几个部分。（1）系统初始化系统初始化主要包括AT89C51单片机和相关外设的初始化。初始化过程中，需要设置单片机的I/O口，配置时钟源，以及初始化DS18B20传感器。初始化代码如下：voidSystem_Init(){

//设置P1口为输出口P1=0xFF;

//设置P3口为输入口

P3=0x00;

//设置时钟源

TMOD=0x01;

//启动定时器

TR0=1;}（2）DS18B20通信协议实现DS18B20采用单总线通信协议，因此需要在程序中实现单总线时序控制。单总线通信协议包括初始化脉冲、复位脉冲、存在脉冲和读写脉冲等。以下是单总线通信协议的实现代码：voidDS18B20_Init(){

//初始化单总线P1=0xFF;//设置P1口为高阻态

Delay(8);//延时

P1=0x00;//设置P1口为低电平

Delay(80);//延时

P1=1;//设置P1口为高电平

Delay(8);//延时}

bitDS18B20_ReadBit(){

bitdata;

P1=0x00;//设置P1口为低电平Delay(5);//延时

P1=1;//设置P1口为高电平

data=P3;//读取数据

Delay(5);//延时

returndata;}

voidDS18B20_WriteBit(bitdata){

P1=0x00;//设置P1口为低电平Delay(5);//延时

P1=data;//写入数据

Delay(5);//延时

P1=1;//设置P1口为高电平}（3）温度数据读取温度数据读取主要包括发送读取温度指令、读取温度数据和高低温标志位等步骤。以下是温度数据读取的代码：unsignedintDS18B20_ReadTemperature(){

unsignedinttemp;

bitflag;

DS18B20_Init();//初始化单总线DS18B20_WriteByte(0xCC);//发送跳过指令

DS18B20_WriteByte(0x44);//发送温度读取指令

Delay(500);//等待温度转换完成

DS18B20_Init();//初始化单总线

DS18B20_WriteByte(0xCC);//发送跳过指令

DS18B20_WriteByte(0xBE);//发送温度读取指令

temp=DS18B20_ReadByte()|(DS18B20_ReadByte()<<8);//读取温度数据

returntemp;}

unsignedcharDS18B20_ReadByte(){

unsignedcharbyte;

for(inti=0;i<8;i++){

if(DS18B20_ReadBit()){

byte|=(1<<i);

}

}

returnbyte;

}（4）温度数据处理温度数据处理主要包括将读取到的温度数据转换为实际温度值，并进行相应的处理。以下是温度数据处理的代码：floatConvertTemperature(unsignedinttemp){

floattemperature;

temperature=temp*0.0625;//将温度数据转换为实际温度值returntemperature;}（5）温度数据显示温度数据显示可以通过LED、LCD或者其他显示设备进行。以下是温度数据通过LCD显示的代码：voidDisplayTemperature(floattemperature){

//假设LCD已经初始化并准备好显示数据charbuffer[16];

sprintf(buffer,"Temp:%.2fC",temperature);

LCD_DisplayString(buffer);}通过以上步骤，可以实现AT89C51单片机与DS18B20数字温度传感器的温度采集程序设计。该程序能够稳定地读取温度数据，并进行相应的处理和显示，满足温度采集系统的设计要求。5.3数据处理与显示程序设计在温度采集系统的设计中，数据处理和显示是至关重要的环节。本节将详细介绍如何利用AT89C51单片机与DS18B20传感器结合，实现对温度数据的准确读取、处理以及实时显示。◉数据读取首先通过AT89C51单片机的I2C接口，成功读取DS18B20的温度数据。该过程涉及初始化I2C通信，设定从设备地址，并发送起始信号至DS18B20。随后，DS18B20会返回一个响应代码，确认连接状态。一旦连接成功，单片机便可以开始接收温度数据。#defineDSI_ADDRESS0x48//DS18B20的I2C地址#defineSTART_CODE0x00//DS18B20的起始信号voidI2C_Init(void){

//初始化I2C通信GPOSC=0;//使能I2C总线

GPINS=0;//关闭I2C总线时钟

GPOSC=1;//启动I2C总线}

uint8_treadTemperature(void){

uint8_ttemp;

I2C_Init();//初始化I2C通信temp=DAC_ReadByte(DSI_ADDR