基于DS18B20的数字温度计设计.docx

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1、基于DS18B20的数字温度计设计摘要随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测与显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，需要外加信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这次设计的是基于DS18B20的数字温度计，它具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。在本设计中选用T89C51型单片机作为主控制器件，采用DS18B20数字温度传感器作为测温元件，通过4位共阳极1ED数码显示管并行传送数据，实现温度显示。本设计的内容主要分为两部分，一是对系统硬

2、件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，应用C语言实现温度的采集与显示。通过DS18B20直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处理，之后进行输出显示，最终完成了数字温度计的总体设计。其系统构成简单，信号采集效果好，数据处理速度快，便于实际检测使用。关键词：单片机AT89C51；温度传感器DS18B20；1ED数码管；数字温度计摘要IABSTRACT错误!未定义书签。第一章绪论11.1 课题背景11.2 课题来源21.3 课题内容及要求2第二章基于DS18B20数字温度计设计的可行性分析42.1 数字温度计设计方案论证42.1.1 方案一42.1.2 方案二42.2

3、 单线技术4第三章系统的硬件选择及设计63.1 核心处理器的设计63.1.1 AT89C51的简介63.1.2 复位电路的设计93.1.3 晶振电路的设计103.2 温度采集电路的设计103.2.1 DS18B20的简介113.2.2 DS18B20内部结构133.2.3 DS18B20测温原理173.2.4 温度采集电路183.3 温度显示电路的设计183.3.1 1ED数码管的操作183.3.2 温度显示电路20第四章系统的软件设计214.1 概述214.2 DS18B20的单线协议和命令21421初始化214.2.2 RoM操作命令214.2.3 内存操作命令224.2.4 数据处理23

4、4.3 温度采集程序的设计254.3.2 程序流程图254.3.3 采集程序264.4 温度显示程序的设计314.4.2 程序流程图314.4.3 显示程序31结论33致谢34参考文献35附录A36附录B错误!未定义书签。第一章绪论1.1 课题背景单片机自1976年由InteI公司推出MCS-48开始，迄今已有三十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为。单片机的应用领域己从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯

5、等广大领域，对各个行业的技术改造和产品更新换代起着重要的推动作用。单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器。目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。本设计讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域四。20世纪80年代中期以后，InteI公

6、司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATME1、PHI1IPSANA1OG.DEVICESDA11AS等。这些厂家生产的芯片是MCS51系列的兼容产品，准确地说是与MCS51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，使其更有特点。其功能和市场竞争力更强，其实不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Inte1公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指

7、令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。其中ATME1公司的标准型AT89单片机因其与MCS-51的完全兼容性、优良的工作性能、使用的灵活性以及较高的性能价格比,成为AT89系列单片机的主流机型，在嵌入式控制系统中获得广泛应用。1.2 课题来源众所周知，环境温度一直是生物能否较适宜生存的一个重要因素，而人们对环境温度的感知也从单纯的身体感官的感受发展到用各种温度计来对环境温度进行准确的测量。但是受限于技术等原因，温度计通常都有体积较大，精度不高等各种缺陷。而数字温度测量芯

8、片的出现则解决了这些问题，其中的一款芯片DS18B20是DA11AS公司生产的I-Wire,即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此，用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线上可以挂载很多这样的数字温度芯片，十分方便。美国Da11as半导体公司的数字化温度传感器DS1820M是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板(ON-BOARD)专利技术。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。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充

9、分发挥“一线总线”的优点。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55久+125。(：，在-10+85。C范围内，精度为0.5。&现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小，这就为用最低的成本制作出用途更广，精度更高的便携带的数字温度计提供了可能。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。1.3 课题内容

10、及要求本设计主要介绍了用单片机和数字温度传感器DS18B20相结合的方法来实现温度的采集，以单片机AT89C51芯片为核心，轴以温度传感器DS18B20和1ED数码管及必要的外围电路，构成了一个多功能单片机数字温度计。该装置适用于人民的日常生活和工、农业生产的温度测量与报警，实现对温度的监测。其主要研究内容包括两方面，一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，应用C语言实现温度的采集与显示。通过利用数字温度传感器DS18B20进行设计，能够满足实时检测温度的要求，同时通过1ED数码管的显示功能，可以实现不间断的温度显示，并带有复位功能。本次设计的主要思路是

11、利用51系列单片机，数字温度传感器DS18B20和1ED数码显示器，构成实现温度检测与显示的单片机控制系统，即数字温度计。通过对单片机编写相应的程序，达到能够实时检测周围温度的目的。通过对本课题的设计能够熟悉数字温度计的工作原理及过程，了解各功能器件(单片机、DS18B20、1ED)的基本原理与应用，掌握各部分电路的硬件连线与程序编写，最终完成对数字温度计的总体设计。其具体的要求如下：1、根据设计要求，选用AT89C51单片机为核心器件；2、温度检测器件采用DS18B20数字式温度传感器，利用单总线式连接方式与单片机的串行接口P0.0引脚相连；3、显示电路采用4个1ED数码管显示器接P1口并行

12、显示温度值，数码管由P3口(P3.0P3.3)选通，动态显示。第二章基于DS18B20数字温度计设计的可行性分析2.1数字温度计设计方案论证2.1.1方案一由于本设计实现的是测温电路，首先我们可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，将其随被测温度变化的电压或电流值采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理,通过显示电路就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。因此，我们引出第二种方案。2.1.2方案二我们可以采用技术成熟、操作简单、精确度高的温度传感器，在此，可以选用数字温度传感器DS18B20,根据它的特点和测温原理，很容易就能直接读取被测

13、温度值并进行转换，这样就可以满足设计要求。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，故在本设计中采用了方案二。通过方案二设计的温度计总体电路图如附录图C所示，控制器采用单片机AT89C51,温度传感器采用DS18B20,用4位1ED数码管以串口并行输出方式传送数据实现温度显示。2.2单线技术目前，常用的微机和外设之间数据传输的串行总线有FC总线、SP1总线等，其中UC总线采用同步串行双线（一根时钟线，一根数据线）方式，而SPI总线采用同步串行三线（时钟线，输入线，数据输入线）方式。这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。美国达拉斯半导体公司推出了一项特有的单线

14、技术。该技术于上述总线不同，它采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输时是双向的，因而这种单线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉。便于扩展的优点。单线技术适用以单主机系统，单主机能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单线器件，它们之间的数据交换，控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放线，而让其它设备使用。单线通常要求外接一个约5kQ的上拉电阻，这样，当该线闲置时，器件状态为高电平。主机和从机之间的通信主要分为3个步骤：初始化单线器件，识别单线器件和单线数据传输。由于只有一根线通信，所以它们必

15、须是严格的主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，主机访问每个单线器件都必须严格遵循单线命令序列，从机遵守上述三个步骤的顺序。如果命令序列混乱，单线器件将不会响应主机。所有的单线器件都有遵循严格的协议，以保证数据的完整性。单线协议有复位脉冲，其他均由主机发起，并且所有命令和数据都是字节的地位在前。第三章系统的硬件选择及设计3.1 核心处理器的设计3.1.1 AT89C51的简介对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8051系列，由于8031没有内部RAM,系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。所以，我们选用51系列单片机AT89C51oAT89C51是美国ATME1公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可编程的F1ash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚，并集成了F1ash程序存储器，既可在线编程(ISP),也可用传统方法进行编程，因此，低价位AT89C51单片机可应用于许多高性价比的场合,可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。AT89C51的主要特性如下： 与MCS-51兼容； 4K字节可编程闪烁存储器； 寿命：IOOO写/擦