多路智能溫度測控系統(tǒng)設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計題目：多路智能溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院 計算機與通信工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 號 20081672 姓 名 * 指導(dǎo)老師 * 2011年5月目 錄摘要 3關(guān)鍵字 3前言 3一Proteus內(nèi)容簡介4二、設(shè)計目的4三、設(shè)計內(nèi)容4四、DS18B20簡介5五、單片機簡介9六、基本設(shè)計原理9七、設(shè)計步驟10八、Proteus設(shè)計圖11九、Proteus仿真調(diào)試11十、軟件設(shè)計13結(jié)語總結(jié) 14參考文獻 14附錄115附錄217摘 要：本文介紹了數(shù)字溫度傳感器DS18B20測溫的基本原理以及基于DS18B20的多點溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計過程，包括軟件設(shè)計和硬件設(shè)計兩大部分。軟件部分給出

2、了軟件設(shè)計思想及軟件流程圖，硬件部分給出了單片機、測溫電路、顯示電路設(shè)計。單片機使用AT89C52單片機，溫度傳感器使用美國DALLAS公司最新推出的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器,顯示模塊采用LCD顯示。基于DS18B2O的多點測溫系統(tǒng)在實際中應(yīng)用廣泛，測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少、轉(zhuǎn)換速度快、給硬件電路設(shè)計工作帶來極大的方便并且縮短了開發(fā)周期。關(guān)鍵詞：DS18B20 多點溫度測量 單片機 Proteus仿真前 言隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，我們生活中的方方面面幾乎都充斥著電子產(chǎn)品，我們也無時無刻不享受著電子技術(shù)帶給我們的便利。作為電子專業(yè)的大學(xué)生，我們應(yīng)當(dāng)在享受電子生活帶給我

3、們的便捷的同時，應(yīng)該更多的理解與思考電子產(chǎn)品的設(shè)計過程，并能在已有的集成芯片和單片機等微控制器的基礎(chǔ)上，自己動手親身體驗電子設(shè)計的過程，以便于將課本上的理論實踐化，做到學(xué)以致用，更好的掌握單片機等元器件的應(yīng)用，鍛煉獨立解決問題的能力。本課程設(shè)計題目是基于DS18B20的多路智能溫度測控系統(tǒng)設(shè)計，主要介紹了DS18B20的工作過程和原理，以及基于它的系統(tǒng)設(shè)計。在這個設(shè)計里，根據(jù)要求設(shè)計了兩個DS18B20與單片機之間的單端口通信，可以推廣到多個DS18B20。通過學(xué)習(xí)了解掌握了Proteus 原理圖設(shè)計及仿真方法，熟悉Keil開發(fā)環(huán)境。在設(shè)計過程中參考或引用了基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)

4、設(shè)計與仿真，DS18B20數(shù)據(jù)手冊等參考資料以及網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)資料。在此，向這些技術(shù)資料的作者表示感謝。由于設(shè)計者的學(xué)識水平有限，加之時間倉促，作品不夠完善，不足之處在所難免，敬請老師指導(dǎo)和改正。一Proteus內(nèi)容簡介Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟

5、件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列處理器。它是能進行模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤和LCD、LED 系統(tǒng)的設(shè)計與仿真的平臺。Proteus 具備原理圖設(shè)計、電路分析與仿真、PCB 設(shè)計功能,可以通過調(diào)入程序的編譯結(jié)果. hex 或. cof 文件來調(diào)試單片機程序,還可直接嵌入到 Microchip 公司的單片機調(diào)試軟件 MPLAB IDE中,進行程序的調(diào)試和仿真。二、設(shè)計目的1、掌握單片機基本編

6、程技術(shù)及外圍電路的搭建2、熟練掌握DS18B20的基本操作并了解其工作原理3、熟練掌握Proteus原理圖設(shè)計及仿真三、設(shè)計內(nèi)容1、單片機最小系統(tǒng)設(shè)計2、DS18B20與單片機的單口通信設(shè)計3、Proteus原理圖的繪制與仿真4、單片機程序編寫四、DS18B20簡介DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire,即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，可以節(jié)約硬件資源，而且使用較為方便。DS18B20產(chǎn)品的特點 （1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 （2）在 DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （3）實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實

7、現(xiàn)測溫。 （4）測量溫度范圍在55°C到125°C之間。 （5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9位到 12 位選擇。 （6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。DS18B20的引腳介紹 TO-92封裝的DS18B20的引腳排列見下圖 DS18B20的使用方法由于 DS18B20 采用的是 1Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51 單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 由于 DS18B20是在一根 I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。

8、DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。（此圖為以下時序圖的圖例）DS18B20的復(fù)位時序DS18B20的讀時序 對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15us之內(nèi)釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20

9、進行一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。（下圖左邊為讀“0”時序，右邊為讀“1”時序）DS18B20的寫時序 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。（下圖左邊為讀“0”時序，右邊為讀“1”時序）單片機檢測到DS18B20的存在，即可向其發(fā)送ROM操作命令 每一片DS18B20在其ROM中都存有其唯一的64位序列號，在

10、出廠前已寫入片內(nèi)ROM中，主機在進入操作程序前必須逐一接入18B20用讀ROM（33H）命令將該18B20的序列號讀出并登陸。當(dāng)主機需要對眾多在線18B20進行操作是，首先要發(fā)出匹配ROM命令（55H）之后的操作就是針對該18B20的。而所謂跳過ROM命令即為：之后的操作是對所有18B20的框圖中先有跳過ROM，即是啟動所有18B20進行溫度變換之后，通過匹配ROM再逐一地讀回每個18B20的溫度數(shù)據(jù)。在18B20組成的測溫系統(tǒng)中，主機在發(fā)出跳過ROM命令之后，再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉(zhuǎn)換啟動碼44H就可以實現(xiàn)所有18B20的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過1s后，就可以用很少的時間去逐一讀取。64-bit ROM數(shù)

11、據(jù)結(jié)構(gòu)圖：低8位為產(chǎn)品類型編碼（DS18B20均為10h），中間48位為每個器件唯一的序號，高8位為CRC（循環(huán)冗余校驗）碼。DS18B20中有用于存儲測得的溫度值的兩個8位RAM存儲器，編號為0號到1號。1號存儲器存放溫度值的符號，如果溫度為負，則1號存儲器8位全為1，否則全為0。0號存儲器用于存放溫度值的補碼，LSB（最低位）的“1”表示0.5攝氏度。將存儲器中的二進制數(shù)求補再轉(zhuǎn)化成十進制數(shù)并處以2就得到被測溫度值（-55攝氏度125攝氏度）。溫度/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換示例五、單片機簡介單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、

12、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。六、基本設(shè)計原理單片機在本設(shè)計中充當(dāng)了重要的角色，是整個溫度測控系統(tǒng)的核心，作為控制中心而存在，與本設(shè)計中的另一個重要部分DS18B20進行數(shù)據(jù)通信并控制LCD液晶屏顯示輸出，完成了整個多點溫度的測控任務(wù)，DS18B20、AT89C52單片機、LCD液晶屏

13、構(gòu)成了整個多點溫度測控系統(tǒng)。本設(shè)計共采用了2片DS18B20芯片并接于P1.1口采用AT89C52作為控制中心與DS18B20完成單口通信，讀取DS18B20采集的溫度信息，并經(jīng)過處理交由1602LCD顯示。本設(shè)計出于只闡述說明原理考慮只使用了2片DS18B20芯片，并外接了一個開關(guān)用于這2片芯片溫度數(shù)據(jù)之間的切換。系統(tǒng)框圖如下所示。 系統(tǒng)框圖AT89C52DS18B20DS18B20LCD1602七、設(shè)計步驟1、查閱 DS18B20芯片datasheet，熟悉其工作原理2、在Proteus環(huán)境下繪制系統(tǒng)原理圖3、在Keil開發(fā)環(huán)境下編寫程序4、將程序?qū)隤roteus下仿真5、根據(jù)仿真結(jié)果改

14、寫程序6、撰寫設(shè)計報告八、Proteus設(shè)計圖說明：左下角為兩個DS18B20芯片，DQ端同接于AT89C52的P1.1口，右上角為1602LCD，P3.3口接開關(guān)，通過它的開關(guān)切換兩片DS18B20之間的溫度顯示。九、Proteus仿真調(diào)試在Proteus中使用多個DS18B20 時，必須改變器件的屬性，使仿真中的每個器件序列號各不相同。具體做法：右擊DS18B20，選中Edit Properties選項，在其中改變ROM Serial Number的值（在該對話框下還可以改變Granularity的數(shù)值，即改變每次調(diào)整溫度的額度）。在Proteus中，可以人為改變3個字節(jié)的器件序列號。要想

15、得到全部8個字節(jié)，一個簡單的方法就是每一次總線上只連接一個器件，利用0x33讀器件序列號的命令在程序中得到完整的器件序列號。將測試序列號的程序燒入Proteus下AT89C51中，程序中定義通信端口為P1.1只需將DS18B20依次與單片機連接即可。并在運行中點擊菜單項debug，選中watch window，按alt+A，即出現(xiàn)圖1所示對話框，在Name項中輸入a，在Address項中輸入0x08，點擊add，在Watch Window窗口中即可看到序列號低八位的值。然后依次輸入0x090x0f，再點擊done鍵，即可獲得所有64位序列號。所得序列號如圖2所示（本設(shè)計共用了兩個DS18B20

16、）。測試程序詳見附錄1 程序中包含向DS18B20發(fā)送一個字節(jié),讀取一個字節(jié),以及DS18B20的初始化等子程序。 圖 1圖 2 十、軟件設(shè)計1、軟件流程圖判斷K=1？讀取1ST DS18B20LCD顯示讀取2ND DS18B20LCD顯示初始化DS18B20開始是否主程序流程圖 DS18B20讀取溫度流程圖開始初始化DS18B20跳過讀序列號操作匹配ROM啟動溫度轉(zhuǎn)換讀序列號匹配ROM讀取溫度寄存器 2、關(guān)鍵模塊說明本程序由主函數(shù)main.c 、 頭文件ds18b20.h 、 lcd1602.h (為便于調(diào)用特將其編為.h文件)三部分組成。主函數(shù)main.c中處理了由DS18B20采集的溫度

17、信息并交由1602LCD顯示，并設(shè)置了一個開關(guān)，當(dāng)打開開關(guān)顯示1ST的溫度，閉合開關(guān)顯示2ND的溫度。ds18b20.h 是DS18B20的驅(qū)動程序，包含了DS18B20的初始化函數(shù)、讀寫一個字節(jié)的函數(shù)、匹配ROM函數(shù)、溫度讀取函數(shù)。Lcd1602.h是1602LCD的驅(qū)動程序，包含了LCD初始化等程序，使用時只需在主程序中調(diào)用GotoXY()函數(shù)即可讓LCD1602顯示字母數(shù)字等信息。具體程序見附錄2。結(jié)語總結(jié) 在本次課程設(shè)計中，我對于芯片的學(xué)習(xí)能力有了一定了提高，對于初次接觸的DS18B20芯片能通過閱讀它的數(shù)據(jù)手冊了解其使用方法，并付諸于軟件編程思想。在設(shè)計中碰到了一些困難，如在實現(xiàn)多個

18、DS18B20的單總線通信時，遇到了編程上的瓶頸，接著又在Proteus仿真中遇到了不會讀取DS18B20的序列號的困難，幸而被一一克服，才得以完成本設(shè)計最終的仿真實現(xiàn)。第一次親自動手編寫此類較為冗長的程序，將所學(xué)的C語言運用到實際，才發(fā)現(xiàn)實踐總是高于理論的，在實際應(yīng)用中總會出現(xiàn)困難。在完成本設(shè)計后，本人感覺工程設(shè)計能力有較大的提升，培養(yǎng)了系統(tǒng)的思維能力，總之得到了很好的鍛煉。參考文獻1、 唐穎. 單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計.北京：北京大學(xué)出版社，20082、 周潤景.張麗娜.基于Proteus的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006附錄1DS18B20 RO

19、M系列號測試程序#include<reg52.h>sbit DQ = P11; /定義通信端口 unsigned char a8;/延時程序void delay_18B20(unsigned int i) while(i-);/初始化函數(shù)Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ復(fù)位 delay_18B20(4); /稍做延時 DQ = 0; /單片機將DQ拉低 delay_18B20(100); /精確延時 大于 480us DQ = 1; /拉高總線 delay_18B20(40); /讀一個字節(jié) ReadOneChar(

20、void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat>>=1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);/寫一個字節(jié) WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i-)DQ = 0;DQ = dat&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; dat>>=1

21、; void main(void) unsigned char i;Init_DS18B20(); WriteOneChar(0x33);for(i=0;i<8;i+)ai=ReadOneChar();/將Rom序列號存入a中 附錄2主程序1、main.c#include<reg52.h>#include<ds18b20.h>#include<lcd1602.h>unsigned char TempBuffer6;sbit k=P30;void delay(unsigned int i) while(i-);void main(void) unsign

22、ed int temp;Init_DS18B20();delay(5000); while(1) if(k=1)/打開開關(guān)顯示1ST DS18B20 temp = ReadTemperature(1); if(flag_Negative_number)TempBuffer0='-' else TempBuffer0='+' TempBuffer1=temp/1000+'0'/百位數(shù) TempBuffer2=temp%1000/100+'0'/十位數(shù) TempBuffer3=temp%100/10+'0'/個位數(shù) T

23、empBuffer5=temp%10+'0'/小數(shù)位 TempBuffer4='.' /小數(shù)點 LCD_Initial(); GotoXY(0,0); Print(" 1st DS18B20"); GotoXY(0,1); Print("temp:"); GotoXY(5,1); Print(&TempBuffer0); GotoXY(11,1); Print(" cent"); delay(50000); else /閉合開關(guān)顯示2ND DS18B20 temp = ReadTemperatu

24、re(2); if(flag_Negative_number)TempBuffer0='-' else TempBuffer0='+' TempBuffer1=temp/1000+'0'/百位數(shù) TempBuffer2=temp%1000/100+'0'/十位數(shù) TempBuffer3=temp%100/10+'0'/個位數(shù) TempBuffer5=temp%10+'0'/小數(shù)位 TempBuffer4='.' /小數(shù)點; LCD_Initial(); GotoXY(0,0); Pr

25、int(" 2nd DS18B20"); GotoXY(0,1); Print("temp:"); GotoXY(5,1); Print(&TempBuffer0); GotoXY(11,1); Print(" cent"); delay(50000); 2、ds18b20.h#ifndef _DS18B20_H_#define _DS18B20_H_sbit DQ = P11; /定義通信端口 unsigned char flag_Negative_number = 0;/負數(shù)標(biāo)志unsigned char code str

26、1=0x28,0x30,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x8e;unsigned char code str2=0x28,0x31,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xb9;/晶振11.0592MHz void delay_18B20(unsigned int i) while(i-);/初始化函數(shù)Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ復(fù)位 delay_18B20(4); /稍做延時 DQ = 0; /單片機將DQ拉低 delay_18B20(100); /精確延時 大于 480us DQ = 1

27、; /拉高總線 delay_18B20(40); /讀一個字節(jié) ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat>>=1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);/寫一個字節(jié) WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = dat&

28、amp;0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; dat>>=1; /匹配ROMMatchRom(unsigned char a) char j; WriteOneChar(0x55);/發(fā)送匹配ROM命令 if(a=1) for(j=0;j<8;j+) WriteOneChar(str1j);/發(fā)送18B20的序列號，先發(fā)送低字節(jié) if(a=2) for(j=0;j<8;j+) WriteOneChar(str2j);/發(fā)送18B20的序列號，先發(fā)送低字節(jié) /讀取溫度ReadTemperature(unsigned char z)unsigned

29、char a=0;unsigned char b=0;unsigned int t=0; Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序號列號的操作Init_DS18B20();if(z=1)MatchRom(1); /匹配ROM 1if(z=2)MatchRom(2); /匹配ROM 2WriteOneChar(0x44);/*啟動溫度轉(zhuǎn)換*/delay_18B20(5);Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xcc);/讀序列號Init_DS18B20(); if(z=1)MatchRom(1); /匹配ROM 1if(z=2)Mat

30、chRom(2);/匹配ROM 2 WriteOneChar(0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度a=ReadOneChar();b=ReadOneChar();/啟動下一次溫度轉(zhuǎn)換Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0x44); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換t=b;t<<=8;t=t|a;flag_Negative_number = 0;if(t>0x0fff) t=t+1;flag_Negative_number = 0xff;t=t*0.625; /有效位到小數(shù)點后2

31、位return(t);#endif3、lcd1602.h#ifndef LCD_CHAR_1602_2005_4_9#define LCD_CHAR_1602_2005_4_9#include <intrins.h>/Port definitionssbit LcdRs= P20;sbit LcdRw= P21;sbit LcdEn = P22;sfr DBPort = 0x80;/P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.數(shù)據(jù)端口/內(nèi)部等待函數(shù)unsigned char LCD_Wait(void)LcdRs=0;LcdRw=1;_nop_();LcdEn=

32、1;_nop_();/while(DBPort&0x80);/在用Proteus仿真時，注意用屏蔽此語句，在調(diào)用GotoXY()時，會進入死循環(huán)， /可能在寫該控制字時，該模塊沒有返回寫入完備命令，即DBPort&0x80=0x80 /實際硬件時打開此語句LcdEn=0;return DBPort;/向LCD寫入命令或數(shù)據(jù)#define LCD_COMMAND0 / Command#define LCD_DATA1 / Data#define LCD_CLEAR_SCREEN0x01 / 清屏#define LCD_HOMING 0x02 / 光標(biāo)返回原點void LCD_Write(bit s