DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

PAGEPAGE9方案設(shè)計(jì)及論證1.1設(shè)計(jì)要求溫度范圍—10°C到50°C,溫度精確到0.1°C。時(shí)溫度測(cè)量的功能并且可以顯示出來(lái)。檢查18B20是否接上了，若沒(méi)有會(huì)提示錯(cuò)誤。1.2總體方案設(shè)計(jì)經(jīng)分析，將系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一個(gè)是由單片機(jī)和1602液晶組成的主控與顯示部分。如圖所示DS18B20溫度檢測(cè)電路將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)將送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并送到數(shù)碼管顯示，5V穩(wěn)壓電源給各個(gè)部分供電。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出兩種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實(shí)現(xiàn)方案。系統(tǒng)框圖如圖1所示顯示電路單片機(jī)顯示電路單片機(jī)電源電源測(cè)溫電路測(cè)溫電路圖1DS18B20溫度測(cè)溫系統(tǒng)框圖1.3溫度檢測(cè)模塊的選擇與論證方案一：使用熱敏電阻。由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二：采用數(shù)字溫度芯片DS18B20。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。在0—100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器AT89S52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接?？刂乒ぷ鳎€可以與PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外AT89S52在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。以上兩種方案，容易看出方案一的測(cè)溫裝置可測(cè)溫度范圍寬、體積小，但是線性誤差較大。方案二的測(cè)溫裝置電路簡(jiǎn)單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故本次設(shè)計(jì)采用了方案二。1.4單片機(jī)控制模塊的選擇論證方案一：采用XC9000系列的FPGA。該類(lèi)器件具有并行處理能力，能快速的響應(yīng)外部的各種數(shù)字信號(hào)，但在數(shù)據(jù)處理方面過(guò)于復(fù)雜，而且芯片價(jià)格較昂貴。方案二：采用單片機(jī)AT89S52作為控制核心，單片機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算功能較強(qiáng)。在程序相互調(diào)用方面，處理方便靈活，性能穩(wěn)定，適合實(shí)際應(yīng)用。且單片機(jī)技術(shù)發(fā)展較為成熟，價(jià)格便宜?；谝陨戏治?，采用單片機(jī)控制可更為簡(jiǎn)便靈活地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，故擬采用方案二。1.5顯示模塊的選擇與論證方案一：采用12864液晶模塊顯示測(cè)得的數(shù)據(jù)，可顯示較多組的數(shù)據(jù)，字體較大，可清晰讀數(shù)，但12864液晶模塊價(jià)格昂貴，接線復(fù)雜，故不采用。方案二：采用數(shù)碼管顯示所測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)碼管顯示清晰，控制原理也簡(jiǎn)單，同時(shí)也能滿足顯示需要，價(jià)格遠(yuǎn)低于12864液晶。因此，本方案為首選方案。綜上所述，顯示模塊選擇方案二。

1.6整體系統(tǒng)組成本系統(tǒng)硬件部分由單片機(jī)主控電路、DS18B20溫度檢測(cè)模塊、數(shù)碼管顯示模塊等部分組成，其中單片機(jī)主控電路有外接晶振，按鍵復(fù)位電路，電源供電電路阻等部分組成。軟件部分詳細(xì)見(jiàn)下文。單片機(jī)全系統(tǒng)如下圖2所示。圖1DS18B20溫度測(cè)溫系統(tǒng)原理圖2系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)單片機(jī)主控模塊包括了振落電路、復(fù)位電路，同時(shí)接入了各個(gè)模塊的接口，保證了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。硬件實(shí)現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計(jì)，每一模塊只實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定功能，最后再將各個(gè)模塊搭接在一起。這種設(shè)計(jì)方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。控制電路的核心器件是由美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，屬于MCS-51系列。AT89S52是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，采用的工藝是Atmel公司的高密度非易失存儲(chǔ)器技術(shù)；片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器；在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案；價(jià)格低廉、性能可靠、抗干擾能力強(qiáng)。因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和嵌入式系統(tǒng)中。單片機(jī)主控電路原理圖如下所示：圖4.1單片機(jī)主控電路原理圖

2.2DS18B20溫度檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)DS18B20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是：ROM只讀存儲(chǔ)器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個(gè)字節(jié)RAM，每個(gè)字節(jié)為8位。第1、2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個(gè)字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5個(gè)字節(jié)則是用戶第3個(gè)EEPROM的鏡像。第6、7、8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9個(gè)字節(jié)為前8個(gè)字節(jié)的CRC碼。EEPROM非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。DS18B20的2管腳要接上拉電阻，所以我們接了個(gè)10K的電阻到VCC。DS18B20溫度檢測(cè)模塊電路原理圖如下所示：圖3.2DS18B20溫度檢測(cè)模塊電路原理圖

2.3數(shù)碼管顯示模塊電路設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖如下所示：圖3.3數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖在日常生活中，我們對(duì)數(shù)碼管顯示器并不陌生。數(shù)碼管顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，如在電梯、溫度計(jì)、萬(wàn)年歷及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)碼管作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低、成本低：本設(shè)計(jì)使用的是4位共陽(yáng)數(shù)碼管。3軟件設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)流程圖主程序流程圖開(kāi)始開(kāi)始檢查18B20檢查18B20插上了沒(méi)有是 顯示溫度顯示溫度 否圖4。1.1主程序流程圖

溫度檢測(cè)程序流程 開(kāi)始開(kāi)始初始化初始化初始化是否成功初始化是否成功否是向18B20寫(xiě)字節(jié)向18B20寫(xiě)字節(jié)讀取溫度讀取溫度顯示溫度顯示溫度圖4.1.3溫度檢測(cè)程序流程3.2軟件設(shè)計(jì)分析如果接通電源就調(diào)用溫度檢測(cè)程序，檢查18B20是否接上了，如果接上了，單片機(jī)對(duì)18B20進(jìn)行初始化，成功則讀字節(jié)，再寫(xiě)入字節(jié)，讀取溫度數(shù)據(jù)送到1602顯示。如果沒(méi)有接上，就會(huì)再次檢查，當(dāng)接上18B20