温度传感器DS18B20测温系统的设计.docx

课程设计报告题目：温度传感器 DS18B20 测温系统的设计名：专 业：电子信息工程 B班级号： 08212学 号 ：2023/12/1温度传感器 DS18B20 测温系统的设计名目温度传感器 DS18B20 测温系统的设计3摘要3关键词3一. 引言3二.元器件资料41.DS18B2042. STC80C52 单片机芯片引脚功能介绍63. LCD1602.7三. 方案论证10承受数字温度芯片 DS18B2010四.总体设计101. 硬件设计101 设计思路102 总体设计方框图113原理图112. 软件设计121 主程序122 读出温度子程序133 温度转换命令子程序134 计算温度子程序145 显示数据刷子程序146 温度数据的计算处理方法14五总结与体会14附录一：程序15附录二：实物图2010温度传感器 DS18B20 测温系统的设计摘要：随着时代的进步和进展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于STC89C52 单片机的测温系统，具体描述了利用数字温度传感器 DS18B20 开发测 温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进展了详尽分析，对各局部的电路也一一进展了介绍,该系统可以便利的实现温度采集和显示，并可依据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当便利，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中， 作为其他主系统的关心扩展。DS18B20 与STC89C52 结合实现最简温度检测系统， 该系统构造简洁，抗干扰力量强，适合于恶劣环境下进展现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：单片机；温度检测；STC89C52；DS18B20；一. 引言随着科技的不断进展，现代社会对各种信息参数的准确度和准确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又快速的获得这些参数就需要受制于现代信息根底的进展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的格外广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度， 在农业生产中也离不开温度的测量，因此争论温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的进展经受了三个进展阶段：传统的分立式温度传感器模拟集成温度传感器智能集成温度传感器。目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年月中期问世 的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度掌握量，适配各种微掌握器(MCU)。社会的进展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的根底上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速进展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高牢靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向快速进展，本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的构造特征及掌握方法，并对以此传感器，STC89C51单片机为掌握器构成的数字温度测量装置的工作原理及程序设计作了具体的介绍。与传统的温度计相比，其具有读数便利，测温范围广，测温准确，输出温度承受数字显示，主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研试验室使用。该设计掌握器使用STC公司的STC89C52单片机，测温传感器使用DALLAS公司DS18B20，用液晶来实现温度显示。二.元器件资料1.DS18B20美国Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820 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-B0ARD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概念。现在，一代的DS18B20 体积更小、更经济、更敏捷。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。目前 DS18B20 批量选购价格仅 6 元左右。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够到达较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都格外恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号简洁受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，承受抗干扰力量强的型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、承受一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。的“一线器件“DS18B20 体积更小、适用电压更宽、更经济。DS18B20、DS1822 的特性DS18B20 可以程序设定 912 位的区分率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。区分率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后照旧保存。DS18B20 的性能是一代产品中最好的！性能价格比也格外精彩！DS1822 与 DS18B20 软件兼容，是 DS18B20 的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、区分率参数的 EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，本钱掌握严格的应用，是经济型产品。 继“一线总线“的早期产品后，DS1820 开拓了温度传感器技术的概念。DS18B20 和 DS1822 使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。DS18B20、DS1822 “一线总线“数字化温度传感器同 DS1820 一样，DS18B20 也支持“一线总线“接口，测量温度范围为-55°C+125°C，在-10+85°C 范围内，精度为±0.5°C。DS1822 的精度较差为±2°C。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：环境掌握、设备或过程掌握、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，的产品支持 3.0V5.5V 的电压范围，使系统设计更敏捷、便利。而且一代产品更廉价，体积更小。一、DS18B20 的主要特性（1） 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（2） 独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯（3） DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温（4） DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，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5温范围55125，在-10+85时精度为±0.5（6） 可编程的区分率为 912 位，对应的可区分温度分别为 0.5、0.25 、 0.125和 0.0625，可实现高精度测温（7） 在 9 位区分率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位区分率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快（8） 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线“串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错力量（9） 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。二、DS18B20 的外形和内部构造DS18B20 外形及引脚排列图DS18B20 内部构造主要由四局部组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置存放器。DS18B20 的外形及管脚排列如以下图 1:DS18B20 引脚定义：(1) GND 为电源地；(2) DQ 为数字信号输入/输出端；(3) VDD 为外接供电电源输入端在寄生电源接线方式时接地三、DS18B20 工作原理DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 一样，只是得到的温度值的位数因区分率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 DS18B20 测温原理如图 3 所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显转变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器 1 和温度存放器被预置在55所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展减法计数，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度存放器的值将加 1，计数器 1 的预置将重被装入，计数器 1 重开头对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0 时，停顿温度存放器值的累加，此时温度存放器中的数值即为所测温度。图 3 中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。图 3： DS18B20 测温原理框图2. STC80C52 单片机芯片引脚功能介绍单片机的 40 个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、掌握和 I/O 引脚。 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 掌握线:掌握线共有 4 根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外 ROM 读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RSTReset功能：复位信号输入端。 VPD 功能：在 Vcc 掉电状况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。 EA 功能：内外 ROM 选择端。 Vpp 功能：片内有 EPROM 的芯片， 在 EPROM 编程期间，施加编程电源 Vpp。 I/O 线 80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1、P2、P3 口，共 32 个引脚。P3 口还具有其次功能，用于特别信号输入输出和掌握信号属掌握总线。STC89C52 单片机芯片封装图STC89C52 芯片的封装有 PLCC、PQFP 以及 DIP40，本设计承受的是引脚双列直插式封装。其封装形式如图 2.2.1。图 1 STC89C52 DIP-40 封装3. LCD1602液晶显示器各种图形的显示原理 线段的显示：点阵图形式液晶由M×N 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 16×8=128 个点组成，屏上 64×16 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的 16 字节的内容打算，当000H=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当3FFH=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当000H=FFH，001H=00H，002H=00H，00EH=00H，00FH=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的根本原理。1602 字符型 LCD 简介1·字符型液晶显示模块是一种特地用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD， 目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模块。下面以长沙太阳人电子的 1602 字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般 1602 字符型液晶显示器实物如图图一2·1602LCD 的根本参数及引脚功能1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基掌握器大局部为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差异，两者尺寸差异如以下图图二3LCD1602 主要技术参数： 显示容量:16×2 个字符芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最正确工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm4引脚功能说明1602LCD 承受标准的 14 脚无背光或 16 脚带背光接口，各引脚接口说明如表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表 1 引脚接口说明表第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高，比照度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整比照度。第 4 脚：RS 为存放器选择，高电寻常选择数据存放器、低电寻常选择指令存放器。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电寻常进展读操作，低电寻常进展写操作。当RS 和 R/W 共同为低电寻常可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电寻常可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电寻常可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电寻常，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。三. 方案论证承受数字温度芯片 DS18B20由 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线智能温度传感器，属于一代适配微处理器的智能温度传感器，可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及掌握仪器、测控系统和大型设备中。与传统的热敏电阻温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可依据实际要求通过简洁的编程实现 912 位的数字值读数方式，可以分别在 93.75ms 和 750ms 内将温度值转化 9 位和 12 位的数字量。它具有体积小、接口便利、传输距离远等特点，内含寄生电源。系统有如下特点：(1) 不需要备份电源，可通过信号线供电，电源电压范围从 3.35V； (2)送串行数据，不需要外部元件；(3)温度测量范围从-55+125，-10+85时测量精度为±0.5，测量区分率为 0.0625，；(4)通过编程可实现 912 位的数字值读数方式出厂时被设置为 12 位； (5)在 93.75ms 和 750ms 内将温度值转化 9 位和 12 位的数字量；(6) 零功耗等待；(7) 系统的抗干扰性好，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境掌握、设备过程掌握、测温类消费电子产品等。四.总体设计1.硬件设计1 设计思路：温度只要在所设定的上下温度界限内，就会在显示设备中准确的显示出来， 假设温度超过了所设定的温度界限，就发出报警声。能够准时向温度监控人员发出温度超限信息。便于温控人员准时的调整与掌握。另外此温度掌握器操作简洁，体积小，灵敏度高，精度高。2 总体设计方框图：数字温度器方框图方框图所示为数字温度掌握器的单体设计方框图。其工作原理为：当该电路上电工作以后，首先刷显示LED，然后，温度传感器采集温度送单片机检查温度的凹凸，由单片机送出信号经过驱动电路送往显示电路。3原理图STC89C52 原理图DS18B20 原理图2.软件设计1602 液晶显示原理图系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令程序、计算温度子程序、显示数据刷子程序等等。1 主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的测量温度值， 温度测量每 1s 进展一次。2 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节，在读出时需进展 CRC 校验， 校验有错时不进展温度数据的改写。3 温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开头命令,当承受 12 位区分率时转换时间约为 750ms，在本程序设计中承受 1s 显示程序延时法等待转换的完成。4 计算温度子程序计算温度子程序将 RAM 中读取值进展 BCD 码的转换运算，并进展温度值正负的判定。5 显示数据刷子程序据刷子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进展刷操作，当最高显示位为0 时将符号显示位移入下一位。6 温度数据的计算处理方法从 DS18B20 读取出的二进制值必需先转换成十进制值，才能用于字符的显示。由于 DS18B20 的转换精度为 912 位可选项的，为了提高精度承受 12 位。在承受12 位转换精度时，温度存放器里的值是以 0.0625 为步进的，即温度值为温度存放器里的二进制值乘以 0.625，就是实际的二进制温度值。通过观看表 5.2 可以觉察一个十进制值和二进制值之间有很明显的关系，就是把二进制的高字节的 低半字节和低字节的低半字节化成十进制后，就是温度值的小数局部。小数局部 由于是半个字节，所以二进制值范围是 0F，转换成十进制小数值就是 0。0625 的倍数015。承受 1 位显示小数，可以准确到 0.1。五总结与体会为期一个月的单片机实习让我深深的感受到了理论与实践相结合的重要性， 平日里我们狠拿书本学习，为的就是在我们以后的工作和学习中能有更突出的发挥，我想我们这次实习，也就是我们与社会接轨的一个演练吧。我很感谢这次实习，让我明白了动手操作的必要性和重要性，也让我明白了学习的目的与方法。一个月的实习，通过不断的上网查资料，去图书馆查信息，通过对以往书本的重学习，让我对以往所学过的学问有了个重的生疏。我是原来职业高中过来的学习，按道理来讲，我们的动手与专业技术水平应当还是不错的，可以通过这次动手操作实习，我觉察在强中更有强中手，每一个人都不是弱者，在学习方面我渐渐有了攀比意识，我知道与别人攀比是不好的，但是在学习上，动手力量上与别人攀比则是好的，所以在以后的学习与实习中我更应当留意自己的动手力量，还有与别人的竞争意识。这一个月实习，我们同时还有考试，但是这一切都不能阻碍我们，寻常我们一边实习，一边又抽空复习，学习与复习的交替，使这一个月过得既劳碌又充实，我想这才是大学校园里真正应当学到的东西。将来的社会是一个竞争与机遇同时存在的社会，有了技术，有了力量，走到哪里都不怕，所以在学校我们都应当尽可能尽力的去学习更多的学问，去培育更大的力量，以便使我具有更大的竞争力量。这次实习正是我们理论学问的一个实践，也是我们动手操作力量的一个提高。在这次实习中我们教师也投入了很大的时间和精力，在此我感谢教师们的辛苦培育。附录一：程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit DQ=P32;/定义ds18b20 的接口sbit RS=P20;/定义 1602 的三个掌握位sbit RW=P21;sbit E=P22;unsigned char code firstline=“temperature is“; uchar data disdata5;uint tvalue;/温度值uchar tflag;/温度正负标志/*lcd1602 程序*/ void delay(unsigned int n)/延时unsigned int i,j; for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<100;j+);void wr_com(unsigned char com)/写指令delay(1);RS=0;RW=0;E=0;P0=com; delay(1); E=1;delay(1);E=0;void wr_dat(unsigned char dat)/写数据delay(1);RS=1;RW=0;E=0;P0=dat; delay(1); E=1;delay(1);E=0;void lcd_init/初始化设置delay(15); wr_com(0x38);delay(5); wr_com(0x08);delay(5); wr_com(0x01);delay(5); wr_com(0x06);delay(5); wr_com(0x0c);delay(5);void display(unsigned char *p)/显示第一行字母while(*p!=”0”)wr_dat(*p); p+;delay(1);init_play/初始化显示lcd_init; wr_com(0x80); display(firstline);/*ds18b20程序*/ void delay_18B20(unsigned int i)/延时while(i-);void ds1820rst/ds1820 复位DQ = 1;/DQ 复位delay_18B20(4);/延时DQ = 0;/DQ 拉低delay_18B20(100);/准确延时大于 480usDQ = 1;/拉高delay_18B20(40);uchar ds1820rd/读数据unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i-)DQ = 0;/给脉冲信号dat>>=1;DQ = 1;/给脉冲信号if(DQ) dat|=0x80;delay_18B20(10);return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据*/unsigned char i=0; for (i=8;i>0;i-) DQ=0;DQ=wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ=1;wdata>>=1;read_temp/读取温度值并转换uchar a,b; ds1820rst;ds1820wr(0xcc);/跳过读序列号ds1820wr(0x44);/启动温度转换ds1820rst;ds1820wr(0xcc);/跳过读序列号ds1820wr(0xbe);/读取温度a=ds1820rd;b=ds1820rd; tvalue=b; tvalue<<=8; tvalue=tvalue|a;if(tvalue<0x0fff)/推断温度的正负值tflag=0; elsetvalue=tvalue+1; tflag=1;tvalue=tvalue*(0.625);/DS18B20 的准确度为 0.0625 度, 即读回数据的最低位代表0.0625 度/将它放大 10 倍, 使显示时可显示小数点后一位, 并对小数点后其次 2 进展 4 舍 5 入(也就是说tvalue 中有n 个 0.0625)return(tvalue);/*温度值显示局部*/ void ds1820disp/温度值显示函数uchar flagdat;disdata0=tvalue/1000+0x30;/百位数,其中 0 的 ASCII 代码为disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位数disdata2=tvalue%100/10+0x30;/个位数disdata3=tvalue%10+0x30;/小数位if(tflag=0)flagdat=” ”;/正温度不显示符号elseflagdat=”-”;/负温度显示负号:- if(disdata0=”0”)disdata0=” ”;/假设百位为 0，不显示if(disdata1=”0”)disdata1=” ”;/假设百位为 0，十位为 0 也不显示wr_com(0xc0);wr_dat(flagdat);/显示符号位wr_com(0xc1);wr_dat(disdata0);/显示百位wr_com(0xc2);wr_dat(disdata1);/显示十位wr_com(0xc3);wr_dat(disdata2);/显示个位wr_com(0xc4);wr_dat(”.”);/显示小数点wr_com(0xc5);wr_dat(disdata3);/显示小数位/*主程序*/ void maininit_play;/初始化 1602 显示while(1)read_temp;/读取温度ds1820disp;/在其次行显示温度附录二：实物图正面反面