課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 基于DS18B20的數(shù)字溫度計(jì) 所屬系部： 資源與環(huán)境工程系 專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)應(yīng)用礦井監(jiān)測(cè) 班 級(jí)： 計(jì)算機(jī)應(yīng)用礦井監(jiān)測(cè)101班 姓 名： * 學(xué)號(hào)： 0 指導(dǎo)教師： * 成績(jī)： 完成日期： 2011 年 12 月 22 日摘 要隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，能獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域。溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在工業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和控制具有重要的意義。本文介紹了單片機(jī)為主要控制器件，

2、以DS18B20為溫度傳感器的新型數(shù)字溫度計(jì)。主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。硬件電路主要包括主控制器，測(cè)溫控制電路和顯示電路等，主控制器采用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20，顯示電路采用8位共陰極LED數(shù)碼管，ULN2803A為驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)掃描直讀顯示。測(cè)溫控制電路由溫度傳感器和預(yù)置溫度值比較報(bào)警電路組成，當(dāng)實(shí)際測(cè)量溫度值大于預(yù)置溫度值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，即發(fā)光二極管亮。系統(tǒng)程序主要包括主程序，測(cè)溫子程序和顯示子程序等。DS18B20新型單總線數(shù)字溫度傳感器是DALLAS 公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器, 集溫度測(cè)量和 A /D轉(zhuǎn)換于一體

3、,直接輸出數(shù)字量,具有接口簡(jiǎn)單、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。簡(jiǎn)單介紹溫度傳感器DSl8B20的結(jié)構(gòu)特征、工作原理及控制方法,闡述了以AT89C51為 單片機(jī)和以DSl8B20為傳感器構(gòu)成的智能溫度控制器的電路組成、工作原理、程序設(shè)，AT89C51單片機(jī)和數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測(cè)溫系統(tǒng)，并用LED數(shù)碼管顯示溫度值，易于讀數(shù)。系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，能任意設(shè)定報(bào)警溫度并可查詢最近的10個(gè)溫度值，系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。由于采用了改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比,本數(shù)字溫度計(jì)減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。DS1

4、8B20溫度計(jì)還可以在高溫報(bào)警、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)溫控制等方面進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。此外，還介紹了系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 數(shù)字溫度傳感器 溫度計(jì)顯示電路 AT89C51 DS18B20 目 錄前言.1一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求.41.1 設(shè)計(jì)任務(wù).41.2 設(shè)計(jì)要求.4二、 設(shè)計(jì)方案.42.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案.42.2芯片選擇. 52.3核心器件簡(jiǎn)介. .52.4 AT89C51簡(jiǎn)介.52.5芯片簡(jiǎn)介.62.6 DS18B20外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu).62.7 DS18B20的工作實(shí)序.62.8 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì).62.9 DS18B20的各個(gè)ROM命令.6三、

5、硬件設(shè)計(jì).73.1 電源電路. 73.2住控制器. 73.3顯示電路. 73.4溫度傳感器. 73.5報(bào)警溫度調(diào)整按鍵. 7四、 軟件設(shè)計(jì).94.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).104.2主程序.104.3讀出溫度子程序.114.4二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序.114.5計(jì)算溫度子程序.124.6溫度數(shù)據(jù)顯示子程序.12五、 Proteus 軟件仿真.12六、 5.1實(shí)驗(yàn)仿真.13七、 課程設(shè)計(jì)體會(huì).13參考文獻(xiàn).14附錄1：系統(tǒng)原理圖.15附錄2：源程序代碼.16前言日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，在冶金、食品加工、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，都要

6、求對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。在日常生活中，電烤箱、微波爐、電熱水器、烘干箱等電器也需要進(jìn)行溫度檢測(cè)與控制。傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜，制作成本高。而采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便，簡(jiǎn)單和靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高溫度控制的技術(shù)指標(biāo)。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在測(cè)溫電路中，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，再在顯示電路

7、上，將被測(cè)溫度顯示出來。這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，因此感溫電路的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。進(jìn)而想到采用智能溫度傳感器來設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)。本數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，其溫度值可以直接被讀出來，通過核心器件單片機(jī)AT89C52控制溫度的讀寫和顯示，用LED數(shù)碼管顯示。測(cè)溫范圍為55125，最大分辨率可達(dá)0.0625。而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)有5個(gè)模塊組成：主控制器、溫度傳感器DS18B20、報(bào)警電路、按鍵預(yù)置溫度值電路及顯示電

8、路?？刂破魇褂肁T89C52，溫度傳感器使用DS18B20，用8位共陰極LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。系統(tǒng)程序主要包括主程序、溫度控制子程序及顯示子程序等等。綜上所述，本設(shè)計(jì)以智能集成溫度傳感器DS18B20為例，介紹基于DS18B20傳感器的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)適用于人們的日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于溫度的檢測(cè)及控制。一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)以單片機(jī)為核心元件，設(shè)計(jì)一個(gè)基于DS1302的數(shù)碼時(shí)鐘。要求用DS1302芯片完成數(shù)碼時(shí)鐘設(shè)計(jì)，通過擴(kuò)展按鍵來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)和調(diào)時(shí)，利用LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒。顯示格式為00-00-00，若為23-59-59后，從00-00-00重

9、新開始計(jì)時(shí)。要求人機(jī)界面友好，控制簡(jiǎn)單。1.2 設(shè)計(jì)要求首先進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，先確定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行硬件電路的初步設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上使用Proteus畫出硬件電路原理圖，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行修正硬件電路圖，并對(duì)所涉及的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。該原理圖也是后面仿真運(yùn)行的基礎(chǔ)。在確定了硬件設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，要進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)，包括軟件主程序的設(shè)計(jì)以及各子程序的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)入編程工作。源程序可以使用匯編語言編寫，也可使用C語言編寫。最后統(tǒng)一在Keil uVision中建立uVision工程，編譯生成可執(zhí)行的.Hex文件。最后進(jìn)入仿真運(yùn)行和程序調(diào)試階段。運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行系統(tǒng)的仿真

10、運(yùn)行，并觀察仿真運(yùn)行的效果。若程序設(shè)計(jì)有誤，可通過Keil uVision和Proteus的聯(lián)機(jī)調(diào)試來發(fā)現(xiàn)和找出錯(cuò)誤，并修改錯(cuò)誤和重新生成可執(zhí)行文件，直到整個(gè)程序調(diào)試完成。數(shù)字溫度計(jì)總體電路框圖如圖1-1所示。最后寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二、設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱點(diǎn)阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜，制作成本高。 本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫

11、范圍為20120，最大分辨率可達(dá)0.0625。DS18B20可以直接讀出被測(cè)量的溫度值，而采用8線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由5個(gè)模塊組成：主控制器AT89C51，溫度傳感器DS18B20，報(bào)警電路，按鍵電路及驅(qū)動(dòng)顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路框圖如圖1-1所示。單片機(jī)AT89C51驅(qū)動(dòng)電路溫度測(cè)量電路顯示電路按鍵輸入電路時(shí)鐘復(fù)位電路報(bào)警電路 圖1-1系統(tǒng)總體方框圖2.2 芯片選擇本設(shè)計(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)采用芯片DS18B20， DS18B20是DALLAS公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器，它的體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)，DS18B

12、20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，具有一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。采用智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為20120，最大分辨率可達(dá)0.0625。DS18B20可以直接讀出被測(cè)量的溫度值，而且采用8線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。2.3 核心器件簡(jiǎn)介本系統(tǒng)所使用的核心器件如下：AT89S51單片機(jī)、DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)、時(shí)鐘電路、報(bào)警電路、驅(qū)動(dòng)顯示電路、按鈕電路。2.4 AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable

13、Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。（1）主要特性：·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1

14、000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （2）管腳說明 圖1-2AT89C51     VCC：供電電壓。    GND：接地。    P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8T

15、TL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。    P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。     P2口：P2口

16、為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。    P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL

17、門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。    RST：復(fù)

18、位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。   

19、;/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。    /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。    XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 

20、   XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。(3)振蕩器特性：    XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。(4)芯片擦除：    整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，

21、代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。2.5芯片簡(jiǎn)介（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0 V5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）DS18B20在使用中不需要任何外圍

22、元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（4）測(cè)溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為±0.5。（5） 可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。（6）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（7）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（8）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2.6 DS18B20外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS1

23、8B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如圖1-4和表1-4所示。 64位ROM和單線接 口 高速緩存 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器和控制器8位CRC生成器溫度傳感器 低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置寄存器電源檢測(cè)I/O CVDD圖4-2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1-3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1-4 DS18B20的管腳排列表1-4 DS18B20引腳定義：序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選

24、擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。（1） 64位ROM ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8X5X41）。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。DS18B20溫度值格式表1-3如下所示。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8比

25、特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如25.0625的數(shù)字輸出為0191H，25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH。表1-5 DS18B20溫度值格式表 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0LS Byte22222222 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS ByteSSSSS222 （2）高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TLDS

26、18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 （3）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下表1-6所示。表1-6:配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111低五位一直都是“1”，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表1-7所示（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。 （4）高速暫存器是一個(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器。開始兩個(gè)字節(jié)包含被測(cè)溫度的數(shù)字量信息；第3、4、5字節(jié)分別是TH、TL、配置寄存器的臨時(shí)拷

27、貝，每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新；第6、7、8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。高速暫存器RAM結(jié)構(gòu)圖如下表1-7所示。表1-7： 溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms 0110位187.5ms 1011位375ms 1112位750ms 2.7 DS18B20的工作實(shí)序DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化ROM操作指令存儲(chǔ)器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，如圖1-5 （a）（b）（c）所示。表1-7： DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址溫度值低位 （LS Byte

28、）0溫度值高位 （MS Byte）1高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗(yàn)值8 DS18B20等待 DS18B20Tx產(chǎn)生 15us16us 脈沖60-240 主機(jī)復(fù)位脈沖 VCC 480us<TX<960us 主機(jī)Rx min480us 1-Wire Bus GND圖1-5 （a）初始化時(shí)序主機(jī)控制DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平)，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測(cè)到I/O引腳上的上升沿之后，等待15-60us然后發(fā)出存在脈沖(60-240us的低電平)。 寫時(shí)間片：將

29、數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。在15us之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在15us到60us之間對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平，寫0就發(fā)生。在開始另一個(gè)寫周期前必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。讀時(shí)間片:主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后15us內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為60us,各個(gè)讀周期之間也必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。 主機(jī)寫“0”時(shí)隙 主機(jī)寫“1”時(shí)隙 VCC 60us<TX<120us 1us<txcc<1-Wire Bus GND DS18

30、B20采樣 >1us DS18B20采樣 15us MIN TYP MAX MIN TYP MAX 15us 30us 15us 15us 30us圖1-5（b）寫時(shí)序VCC 主機(jī)讀“0”時(shí)隙 主機(jī)讀“1”時(shí)隙1-Wire Bus GND 主機(jī)采樣 1us15us 15us 30us 主機(jī)采樣 15us圖1-5（c）讀時(shí)序2.8 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)圖1-6以MCS51系列單片機(jī)為例，畫出了DS18B20與微處理器的典型連接。圖1-6（a）中DS18B20采用寄生電源方式，其VDD和GND端均接地，圖1-6（b）中DS18B20采用外接電源方式，其VDD端用3V5.5V電

31、源供電。(a) 寄生電源工作方式 (b) 外接電源工作方式圖1-6 電源工作方式圖2.9 DS18B20的各個(gè)ROM命令（1）Read ROM 33H這個(gè)命令允許總線控制器讀到DS18B20的8位系列編碼，惟一的序列號(hào)的8位CRC碼。只有在總線上存在單只DS18B20的時(shí)候才能用這個(gè)命令。如果總線上有不止一個(gè)從機(jī)，當(dāng)所有從機(jī)試圖同時(shí)傳送信號(hào)時(shí)就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路連在一起形成“與”的效果）。（2）Match ROM 55H這是個(gè)匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，讓總線控制器在多點(diǎn)總線上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)隨后的存儲(chǔ)器操作。

32、所有和64位ROM序列不匹配的從機(jī)都將等待復(fù)位脈沖。這條命令在總線上有單個(gè)或多個(gè)器件時(shí)都可以使用。（3）Skip ROM 0CCH 這個(gè)命令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用存儲(chǔ)器操作命令，在單點(diǎn)總線情況下，可以節(jié)省時(shí)間。如果總線上不止一個(gè)從機(jī)，在命令之后緊跟著發(fā)一條讀命令，由于多個(gè)從機(jī)同時(shí)傳信號(hào)?？偩€上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路連在一起形成“與”的效果）。（4）Search ROM 0F0H當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)初次啟動(dòng)時(shí)，總線控制器并不知道單線總線上有多少個(gè)器件或它們的64位ROM編碼。搜索ROM命令允許總線控制器用排除法識(shí)別總線上的所有從機(jī)的64位編碼。（5）Alarm Search 0ECH

33、這條命令的流程和Search ROM相同。然而，只有在最近一次測(cè)溫后遇到符合報(bào)警條件的情況，DS18B20才會(huì)響應(yīng)這條命令。報(bào)警條件定義為溫度高于TH或低于TL。只要DS18B20不掉電，報(bào)警狀態(tài)將一直保持，直到再一次測(cè)得的溫度值達(dá)不到報(bào)警條件。（6）Write Scratchpad4EH這個(gè)命令向DS18B20的暫存器TH和TL中寫入數(shù)據(jù)?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。（7）Read Scratchpad0BEH 這個(gè)命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從第1字節(jié)開始，一直進(jìn)行下去，直到第9（CRC）字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。（8）Copy

34、Scratchpad48H這個(gè)命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的EROM存儲(chǔ)器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)器字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里。如果控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而DS18B20又忙于把暫存器拷貝到E存儲(chǔ)器，DS18B20就會(huì)輸出一個(gè)0，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20輸出1。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令后立即啟動(dòng)強(qiáng)上拉，并最少保持10ms。（9）Convert T44H 這個(gè)命令啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后DS18B20保持等待狀態(tài)。如果控制器在這條命令之后跟著發(fā)出時(shí)間隙，而DS18B20有忙于做時(shí)間轉(zhuǎn)換的話，DS18B20將在總線上輸出

35、一個(gè)0，若溫度轉(zhuǎn)換完，則輸出1。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即啟動(dòng)強(qiáng)上拉，并最少保持500ms以上時(shí)間。（10）Read E 0B8H這條命令把 觸發(fā)器里的值拷貝回暫存器。這種拷貝操作在DS18B20上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，這樣一上電暫存器里馬上存在有效的數(shù)據(jù)了。若在這條命令之后發(fā)出讀數(shù)據(jù)隙，器件會(huì)輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標(biāo)識(shí)：0為忙，1為完成。（11）Read Power Supply0B4H若把這條命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀時(shí)間隙，器件會(huì)返回它的電源模式：0為寄生電源，1為外部電源。三、硬件設(shè)計(jì)3.1電源電路電源電路通過一帶有整流電路的12V 變壓器外接市電（220V）后，輸入直

36、流12V 電壓。左邊兩個(gè)是12 伏的電源濾波電容，一般大電容旁邊并聯(lián)一個(gè)小電容的目的是降低高頻內(nèi)阻，因?yàn)榇蟮碾娊怆娙菀话悴捎镁砝@工藝制造，所以等效電感較大，小電容可以提供一個(gè)小內(nèi)阻的高頻通道，降低電源全頻帶內(nèi)阻。同時(shí)經(jīng)過3 端集成穩(wěn)壓器LM7805 穩(wěn)壓后輸出+5V 電壓VCC,為訊響電路、紅外接收電路、顯示電路提供電源，5V 電源經(jīng)過二極管D5、限流電阻R1=5K 后，為單片機(jī)及DS1302 提供VDD電壓，BATTERY 是直流供電電源，電壓為3V3.6V,在本電路中為了節(jié)省成本，使用兩節(jié)5 號(hào)可充電電池，C6 和C7 是單片機(jī)電源濾波電容。平時(shí)交流電正常的情況下，VDD 電源為單片機(jī)及D

37、S1302 供電的同時(shí)，也為電池浮充電，大大延長(zhǎng)了電池的使用壽命，當(dāng)交流電停電的時(shí)候，電池為單片機(jī)及DS1302 供電，單片機(jī)及DS1302 在掉電狀態(tài)下維持時(shí)鐘的正常。在控制器設(shè)置成手動(dòng)控制時(shí)，單片機(jī)除執(zhí)行任務(wù)外，均處于睡眠狀態(tài)，遙控器信號(hào)的到來，單片機(jī)從睡眠中喚醒，恢復(fù)正常工作，所以手動(dòng)狀態(tài)下當(dāng)交流停電時(shí)，電池的耗電電流更小。電源電路見3-1所示。圖3-1直流電源電路3.2住控制器單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。晶振采用12MHZ。復(fù)位電路采用上電加按鈕復(fù)位。圖3-2晶振電

38、路圖3-3復(fù)位電路3.3顯示電路顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管，P0口由上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。P2口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示。圖3-4數(shù)碼管顯示電路3.4溫度傳感器 DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 1獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 2、多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能 3、無須外部器件； 4、可通過數(shù)

39、據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5； 5、零待機(jī)功耗； 6、溫度以或位數(shù)字； 7、用戶可定義報(bào)警設(shè)置； 8、報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 9、負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B02可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大

40、為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖3-5溫度傳感器與單片機(jī)的連接報(bào)警溫度調(diào)整按鍵3.5報(bào)警溫度調(diào)整按鍵本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵，采用查詢方式，一個(gè)用于選擇切換設(shè)置報(bào)警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個(gè)分別用于設(shè)置報(bào)警溫度的加和減。均采用軟件消抖。圖3-6按鍵電路與報(bào)警溫度四、 軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)采用的是protues軟件仿真，用Keil軟件進(jìn)行編譯。Protues軟件是英國(guó)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(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真

41、單片機(jī)及外圍器件的工具。開始初始化調(diào)顯示子程序得出溫度總程序返回軟件部分由主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 圖4-1 主程序流程4.2主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見圖3-1所示。4.3讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3-2所示發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗(yàn)9字節(jié)完？CRC

42、校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNYY圖4-2讀出溫度子程序流程4.4二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序流程圖，如圖3-3發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束圖4-3二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼流程圖4.5計(jì)算溫度子程序開始將RAM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖3-4所示。溫度零下?NY溫度值取補(bǔ)碼置“-”標(biāo)志置“+”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度BCD

43、值 結(jié)束圖3-4測(cè)量溫度流程圖4.6溫度數(shù)據(jù)顯示子程序 顯示數(shù)據(jù)子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，查表送段碼至LED，開位碼顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描方式。五、 Proteus 軟件仿真5.1實(shí)驗(yàn)仿真進(jìn)入protuse后，連接好電路，并將程序下載進(jìn)去。將DS18B20的改為0.1，數(shù)碼管顯示溫度與傳感器的溫度相同。圖3-5 溫度顯示仿真 當(dāng)按下SET鍵一次時(shí)，進(jìn)入溫度報(bào)警上線調(diào)節(jié)，此時(shí)顯示軟件設(shè)置的溫度報(bào)警上線，按ADD或DEC分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一。當(dāng)再次按下SET鍵時(shí)，進(jìn)入溫度報(bào)警下線調(diào)節(jié)，此時(shí)顯示軟件設(shè)置的溫度報(bào)警下線，按ADD或DEC分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一。當(dāng)?shù)谌?/p>

44、按下SET鍵時(shí)，退出溫度報(bào)警線設(shè)置。顯示當(dāng)前溫度。六、課程設(shè)計(jì)體會(huì)通過這次對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字溫度計(jì)的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒ΑＫ?，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。 從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。參考文獻(xiàn)1 沙占友. 集成溫度傳感器原理與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002， 8495.2 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999，83105.3 沙占友. 智能化傳感器原理與應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2004，99108.4 趙負(fù)圖. 傳感器集成電路手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，692703.5 張毅剛. MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版