基于51单片机的DS18B20数字温度计的设计

1、单片机课程设计部门名称：电气工程系专业课：10电2学生编号。学生姓名：讲师：2012年6月6日目录1前言12设计任务和要求22.1设计任务22.2设计要求23课程设计方案及设备选型分析33.1总体设计方案33.1.1方案论证33.1.2方案2-4总体设计框图3.2设备选择分析43.2.1 DS18B20温度传感器43 . 2 . 2 at89s 52单片机12介绍3.3软件流程图153.3.1主程序153.3.2读取温度子程序153.3.3温度转换命令子程序163.3.4计算温度子程序164硬件电路设计174.1 Protel 99 SE软件简介174.1.1 Protel99 SE软件174

2、.1.2主控制电路图184.2 Proteus 20模拟4 . 2 . 1 Proteus简介6 204.2.2 proteus仿真图205调试性能和分析22课程设计经验参考文献25附录：DS18B20显示程序261前言目前，单片机已经广泛应用于测控领域。除了电信之外，它还可以用来测量温度和湿度等非电信号。可独立工作的单片机温度检测和温度控制系统已广泛应用于许多领域。单片机是一种特殊的计算机，它将中央处理器、存储器、随机存取存储器、只读存储器和输入输出接口电路集成在一个半导体芯片上。该芯片称为：单片机。由于其集成度高、功能强、通用性好，特别是其体积小、重量轻、能耗低、价格低、可靠性高、抗干扰能

3、力强、使用方便等优点，得到了迅速推广和应用，成为测控系统的首选机型和新型电子产品的关键部件。单片机不仅局限于小系统的概念，而且已经广泛应用于家用电器、机电产品、办公自动化用品、机器人、儿童玩具、航天器等领域。本课程的设计是用单片机实现温度控制。传统的温度检测大多采用热敏电阻作为温度传感器，但热敏电阻在测量温度时可靠性差、精度低，必须通过专用接口电路转换成数字信号后，才能由单片机进行处理。本次采用DS18B20数字温度传感器实现了基于51单片机的数字温度计的设计。传统温度计存在响应速度慢、读数麻烦、测量精度低、误差大等缺点。利用集成温度传感器AD590，设计并制作了一种基于AT89C51的4位数

4、字显示数字温度计。其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。数字温度计采用集成温度传感器的AD590及其接口电路测量温度，并将其转换成模拟电压信号，再通过ADC0804转换成数字信号，由单片机进行处理，然后送到AT89C51进行处理和转换。最后，温度值显示在D4、D3、D2和D1四位七段式发光二极管显示屏上。该系统以AT89C51单片机为控制核心，外加AD590测温电路、模数转换电路、4位温度数据显示电路、外围电源和时钟电路。2设计任务和要求2.1设计任务在现代社会生活中，多功能数字温度计可以给我们的生活带来极大的便利。支持“单线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本；DS18

5、B20温度控制器是以MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，ATMEL公司的AT89S52为控制器而设计的。它结构简单，测温准确，智能温控器具有一定的控制功能。本课程设计是用单片机实现温度控制。传统的温度检测大多采用热敏电阻作为温度传感器，但热敏电阻在测量温度时可靠性差、精度低，必须通过特殊的接口电路转换成数字信号后才能由单片机处理。本次采用DS18B20数字温度传感器实现了基于51单片机的数字温度计的设计。数字温度计采用集成温度传感器的AD590及其接口电路测量温度，并将其转换成模拟电压信号，再通过ADC0804转换成数字信号，由单片机进行处理，然后送到AT

6、89C51进行处理和转换。最后，温度值显示在D4、D3、D2和D1数字发光二极管显示器上。该系统以AT89C51单片机为控制核心，外加AD590测温电路、模数转换电路、4位温度数据显示电路、外围电源和时钟电路。2.2设计要求设计了一种基于单片机的DS18B20数字温度计。课程设计要求：5V电源；温度采集采用DS18B20；4位发光二极管显示器；设计温度控制器原理图，并用proteus进行仿真。设计并绘制软件流程图，并用C语言编写程序；焊接硬件电路及调试。3课程设计和设备选型分析3.1总体设计方案谈到温度检测，我们首先考虑传统的温度测量元件包括热电偶和热电阻，它们通常测量电压，然后将它们转换成相

7、应的温度，这需要更多的外部硬件支持、复杂的硬件电路、复杂的软件调试和高制造成本。因此，该数字温度计是以智能温度传感器DS18B20为检测元件设计的，温度测量范围为-55至125，最大分辨率可达0.0625.DS18B20可以直接读取温度测量值，并通过三线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有成本低、使用方便的特点。根据系统设计功能要求，确定系统由三个模块组成：主控制器STC89C51、温度传感器DS18B20和驱动显示电路。整体电路图如下：主控制器STC89C51DS18B20驱动显示电路图3.1总体系统框图3.1.1方案论证方案1:由于该设计是一个温度测量电路，热敏电阻等器件可以利用其温度

8、传感效应。采集随温度变化的电压或电流并进行模数转换后，数据可由单片机处理，测量的温度可显示在显示电路上。这种设计需要一个模数转换电路，这很麻烦。因此，他的设计理论不符合这个设计方案的要求，所以我们应该继续考虑另一个可行的方案。方案二：此外，考虑到温度传感器的使用，大部分都用在单片机的电路设计中，所以这很容易想到，所以可以使用温度传感器DS18B20，它可以很容易的直接读取测量的温度值并转换成符合设计要求的温度值。因此，从以上两个方案中不难看出，方案2的电路和软件设计都比较简单，所以采用方案2。3.1.2方案2总体设计框图温度计电路设计的总体设计框图如图1所示。控制器采用单片机AT89S51，温

9、度传感器采用DS18B20，3位LED数码管通过串口传输数据，实现温度显示。DS18B20采用3引脚PR-35或8引脚SOIC封装。主控制器发光二极管显示器温度传感器单片机复位时钟振荡报警点按键调整图3.2总体设计框图主控制器：AT89S51单片机具有低压供电和体积小的特点。四端口只需要两个端口就可以满足电路系统的设计需求，非常适合便携式手持产品的设计和使用。该系统可以由两节电池供电。显示电路：显示电路采用3位共阳极发光二极管数码管，从P3端口的RXD和TXD串口输出段码。3.2设备选择分析3.2.1 DS18B20温度传感器1.ds18b20的特性设计的温度测量系统采用了达拉斯公司最新的单线

10、数字温度传感器DS18B20芯片。它体积更小，适用电压更宽，更经济。实施方法介绍DS18B20采用外部电源供电，一条测温线与STC89C51相连。测量数据放在一个寄存器中，数据由BCD码转换，并发送到发光二极管显示。DS18B20温度传感器是美国达拉斯半导体公司最新推出的改进型智能温度传感器。与热敏电阻等传统测温元件相比，它可以直接读取被测温度，并可以根据实际需要通过简单编程实现9-12位数字值的读取方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口只需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20只能在三条线路上并联，实现多点组网功能；不需要外部设备；可由数据线供电，电压范围为3.0 5.5V；

11、零待机功耗；温度为9或12位数字；用户可定义的报警设置；报警搜索命令识别并标记超过程序定义温度的设备(温度报警条件)；低负电压特性，当电源极性反转时，温度计不会因发热而烧坏，但不能正常工作；DS18B20的内部结构主要由四部分组成：64位光刻机只读存储器、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、高速寄存器。DS18B20的引脚排列如图2-3-1所示。64位光刻只读存储器在出厂前进行光刻，可视为DS18B20的地址序列号。不同的设备地址有不同的序列号。C64位置罗姆和单身线条相遇口躲藏存储器和控制逻辑温度传感器高温触发低温触发器t1配置寄存器8位循环冗余校验生成器Vdd图3.3 ds18b

12、 20的内部结构图3.4 ds18b 20引脚分布图在64位只读存储器的结构中，前8位是产品类型的序列号，后面是每个设备的唯一序列号，总共48位，最后8位是前56位的循环冗余校验代码，这就是为什么多个DS18B20可以使用一条线路进行通信。温度报警触发器th和TL可以通过软件写入家庭报警的上限和下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存存储器和一个非易失性电可擦除存储器。暂存内存的结构是一个8字节的内存，如图2-3-2所示。前两个字节包含测得的温度信息，第三和第四个字节中的th和TL的副本是易失性的，每次通电复位时都会刷新。第五个字节是配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转

13、换分辨率。当DS18B20工作时，寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度值。该字节的每个位的定义如下图所示。低5位始终为1，TM为工作模式位，用于设置DS18B20处于工作模式还是测试模式。当DS18B20出厂时，该位置0，用户需要更改。R1和R0决定设置分辨率的温度转换精度位。图3.5 ds18b 20的字节定义DS18B20高速寄存器共有9个存储单元，如下表所示：表3-1 ds18b 20引脚分布图序列号寄存器名供使用序列号寄存器名0温度低字节以16位补码形式存储4、5保留字节1和21温度高字节6计数器剩余值2TH/用户字节1储存温度上限7计数器/3HL/用户字节2储存温度下限8循环冗余码校

14、验以12位转换为例，说明高低温字节的存储形式和计算：12位转换后得到的12位数据存储在18B20的两个8位内存中，二进制的前5位是符号位。如果测量温度大于0，则这5位为0，实际温度可通过将测量值乘以0.0625获得；如果温度小于0，则这5位为1，测量值需要反相加1并乘以0.0625才能得到实际温度。高8位SSSSS262524低8位232221202-12-22-32-4表3-2 ds18b 20字节存储表从下图可以看出，Dsl8820的内部存储器由8个单元组成，其中0和1单元存储测量温度值，2和3单元分别存储报警温度的上限值和下限值，4单元为配置单元，5、6和7单元在DSl8820中不使用。

15、对于第四个寄存器，用户可以设置温度转换精度。系统默认为12位转换精度，相当于0.0625分米1011位0.125375毫秒1112位0.0625750毫秒从表3-3可以看出，DS18B20的温度转换时间相对较长，分辨率越高，温度数据转换所需时间越长。因此，在实际应用中应考虑分辨率和转换时间。暂存内存的第6、第7和第8字节保留为未使用，显示所有逻辑1。第9个字节读出前8个字节的所有循环冗余码，可用于检查数据，从而确保通信数据的正确性。当DS18B20收到温度转换命令时，开始转换。转换后，温度值以16位带符号扩展二进制补码的形式存储在暂存存储器的第一个和第二个字节中。单片机可以通过单线接口读取数据。读取数据时，低位在前，高位在后。数据格式以0.0625/LSB的形式表示。当符号位S=0时，表示测得的温度值为正，二进制位可直接转换