2022年基于DS18B20单线多点温度测量系统课程设计设计.docx

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1、精品学习资源第一章 绪论.1.1.1 选题背景和意义1.1.2 系统概述 .2.其次章 硬件电路的设计 .3.2.1 ATmega16单片机 .3.2.1.1 ATmega16的主要特性 .3.2.1.2 ATmega16引脚介绍 .4.2.2 DS18B20芯片 .6.2.2.1 DS18B20芯片的特性 .6.2.2.2 DS18B20引脚排列 .7.2.2.3 DS18B20的内部结构 .7.2.2.4 DS18B20芯片各部分介绍 .8.2.3 单线总线系统112.3.1 处理次序112.3.2 初始化 .1 2.2.3.3 ROM 操作指令 .1 22.3.4 DS18B20功能指令

2、 .1 2第三章 系统软件设计 .1 53.1 DSl8B20 温度测量 .1 53.1.1 单点测量温度 .1 53.1.2 多点测量温度 .1 63.1.3 DS18B20 ROM 搜寻算法 .1 83.1.4 C语言程序实现 .2 2.3.2 单总线信号时序 .2 43.2.1 复位脉冲和应答脉冲 .2 43.2.2 写操作和读操作 .2 6第四章 系统仿真调试 .2 94.1 系统开发环境 .2 94.2 系统仿真调试 .3 0结 论.3.2.致 谢.3.3.参考文献 .3 4.基于 DS18B20 单线多点温度测量系统专业班级：电子信息工程 2 班 同学姓名：杜刘乾指导老师：秦玉龙职

3、 称：讲师摘要 本次毕业设计是基于 DS18B20单线多点温度测量系统；以ATmega16单片机为核心 , 使用温度传感器 DS18B20实现温度的采集；论文设计的目的是对DS1 8B20 进行编程，明白其性能特点，通过所学的C 语言学问和相关资料供应的指欢迎下载精品学习资源令代码完成单片机与 DS18B20的温度监测； DS18B20是一种智能温度传感器 , 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；使用 DS18B20可使系统结构更趋简洁，抗干扰才能强，适合于恶劣环境下现场温度的测量，牢靠性更高，可应用于仓库测温、楼宇空调掌握和生产过程监控等领域

4、；单片机对传感器采集来的数据进行处理，通过LCD 把各个点的温度给显示出来，另一方面单片机可以通过串口通讯传给上位机，由上位机软件显示出来；该系统可以设定温度上下限值，当温度超出系统设定的范围时，系统会报警提示；关键词： ATmega16 DS18B20 单线 多点 温度测量1-Wire Multi-point temperature measurement system based on DS18B20Abstract The graduation project is 1-Wire Multi-point temperature measurement s-yst em based on

5、DS18B20.ATmega16 microprocessor as the core of it, the temper-ature c ollection is use of DS18B20. Our experimental purpose is programming to DS18B20 and understand its performance characteristics .The instruction code thro-ugh the C la nguage knowledge and relevant information to complete the DS18B

6、20 temperature m easurements.DS18B20 is a smart temperature sensor .The DS18B20 digital thermome欢迎下载精品学习资源ter provides 9-bit to 12-bit Celsius temperature measurements. UseDS18B20 makes th e system structure more simple,and higher reliability.The system can be used in many fileds such as the tempera

7、ture measurement system of war-ehouse,the air conditioning control of building and the monitor of productive process.The temperature data is con versed to digital signals in the sensor and then is tran-smitted to MCU, which process es the data from sensor acquisition and displays thetemperature on v

8、arious points thro ugh the LCD. On the other hand MCU can pass-through the serial port communicatio ns PC, from PC software displayed. The syste-m can set temperature limits from top t o bottom, when the temperature exceeds t-e limits set by system, the system will prom pt the police.Key words ATmeg

9、a16DS18B201-wiremulti-pointtemperature measurement欢迎下载精品学习资源第一章 绪论1.1 选题背景和意义温度是日常生活、工业、医学、环境爱护、化工、石油等领域中不行缺少的物理量；温度的测量和掌握在这些领域中就显得特别重要；传统的温度检测 是使用诸如热电偶、热电阻、半导体PN 结之类的模拟传感器，经信号取样电路、放大电路和模数转换电路处理，猎取表示温度值的数字信号，再交由微处 理器或 DSP 处理；由于监测环境复杂，测量点多，信号传输距离远及各种干扰的影响，使得传统测量系统的稳固性和牢靠性下降；随着社会的进步和工业技术的进展，温度因素在社会生活的

10、各个方面都起到了重要的作用；由于很多产品对温度范畴的要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大多都是单点测量，同时有温度信息传递不准时、精度度不够高的缺点，不利于工业生产依据温度的变化准时做出打算；在这样的前提 下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要；国外对温度检测技术讨论较早，始于20 世纪 70 岁月；先是采纳模拟式的组合外表采集现场信息并进行指示、记录和掌握，80 岁月末显现了分布式掌握系统，目前正开发和研制运算机数据采集掌握系统的多因子综合掌握系统；现在世界各国的温度检测技术进展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全

11、自动化、无人化的方向进展；我国对于温度检测技术的讨论较晚，始于20世纪 80 岁月；近年来，我国引进了多达16 个国家和地区的工厂环境掌握系统，在总体上，正从消化吸取、简洁应用阶段向有用化、综合性应用阶段过渡 和进展，对推动工厂温度自动检测产生了积极的作用；与此同时，我国的温度 测控设施运算机应用以单片机掌握的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上 的多参数综合掌握系统；在生产实际中仍旧有很多问题困扰着我们，比如环境 掌握水平落后，软硬件资源不能共享和牢靠性差等缺点；与发达国家相比，仍 存在较大的差距；近年来随着单片机的进展和传感器技术的革新，温度检测领域也完成了从模拟信号到数字信号的转变； D

12、S18B20 温度传感器的广泛应用更是推动了这一 领域的进展；我们可以基于 ATmega16单片机，利用液晶显示器件以及DS18B2欢迎下载精品学习资源0 温度传感器等器件，通过温度传感器在单片机下的硬件连接，软件编程即可设计 DS18B20 温度传感器系统；该系统可以便利的实现单线多点温度的测量， 并可以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，作为其他主系统的帮助扩展； DS18B20 与 ATmega16的结合实现了最简温度监测系统， 该系统

13、结构简洁，抗干扰才能强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广 泛的应用前景；1.2 系统概述本文具体介绍了基于 DS18B20 单线多点温度测量系统的构成；大致可分为硬件电路设计、软件程序设计和仿真设计；其次章介绍了硬件电路的设计，包 括 ATmega16单片机、 DS18B20 传感器的介绍以及电路的连接；第三章介绍了软件的设计，包括 DS18b20 温度传感器的使用过程以及如何在一条线上实现单点和多点温度的测量；第四章介绍了如何通过软件平台得出仿真图；关于各个 模块的流程图和相关原程序代码将在下面的章节中一一介绍；欢迎下载精品学习资源其次章 硬件电路的设计该电路是通过 ATmega16

14、单片机和 DS18B20 传感器连接而成的温度测量系统；单片机除了可以测量电信号外，仍可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度监测、温度掌握系统已广泛应用；单片机的接口信号时数字信号，要用单片机作为掌握其测量温度，用温度传感器将温度信息转换为电流或电压信号输出，假如转化的信号是模拟信号，仍需要进行A/D 转化，以满意单片机接口的需要；可以采纳温度传感器DS18B20，此传感器可以直接猎取测温值，进行转换，胜利采集温度后，利用单片机进行数据处理，通过 LCD 显示温度；以下是系统组成框图；DS18B20DS18B20液晶显示ATmega16单片机按键掌握报警显示图 1-1 系统

15、组成框图2.1 ATmega16单片机ATmega16是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微掌握器；由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达 1 MIPS/MHz, 从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的冲突；ATmega16内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器；全部的寄存器都直接与运算逻单元ALU 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时拜访两个独立的寄存器；这种结构大大提高了代码效率，并且具有比一般的CISC 微掌握器最高至 10 倍的数据吞吐率；2.1.1 ATmega16的主要特性(1) 先进的 RISC结

16、构欢迎下载精品学习资源- 16K 字节的系统内可编程 Flash ，擦写寿命： 10，000 次- 512 字节的 EEPROM，擦写寿命： 100， 000 次- 1K 字节的片内 SRAM(2) JTAG 接口（与 IEEE1149.1 标准兼容）- 符合 JTAG 标准的边界扫描功能- 支持扩展的片内调试功能- 通过 JTAG接口实现对 Flash 、 EEPRO、M 熔丝位和锁定位的编程(3) 外设特点- 两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器 / 计数器- 一个具有预分频器、比较功能和捕获功能的16 位定时器 / 计数器- 具有独立振荡器的实时计数器 RTC- 四通道 PWM

17、- 8 路 10 位 ADC- 8 个单端通道- 面对字节的两线接口- 两个可编程的串行 USART- 可工作于主机 / 从机模式的 SPI 串行接口- 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器- 片内模拟比较器(4) I/O和封装- 32 个可编程的 I/O 口- 40 引脚 PDIP封装,44 引脚 TQFP封装, 与 44 引脚 MLF封装2.1.2 ATmega16引脚介绍欢迎下载精品学习资源图 1-2 ATmega16引脚图(1) VCC：供电电压2GND：接地(3) 端口 APA7PA0：端口 A 做为 A/D 转换器的模拟输入端；端口 A 为 8位双向 I/O 口，具有可编程的内部

18、上拉电阻；其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸取大电流；作为输入使用时，如内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流；在复位过程中，即使系统时钟仍未起振，端口A处于高阻状态；(4) 端口 BPB7PB0：端口 B 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻；其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸取大电流；作为输入使用时，如内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流；在复位过程中，即使系统时钟仍未起振，端口B 处于高阻状态；(5) 端口 CPC7PC0：端口 C 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻；其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸

19、取大电流；作为输入使用时，如内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流；在复位过程中，即使系统时钟仍未起振，端口C 处于高阻状态；假如 JTAG 接口使能，即使复位显现引脚 PC5TDI、PC3TMS与 PC2TCK 的上拉电阻被激活；(6) 端口 DPD7PD0：端口 D 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻；其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸取大电流；作为输入欢迎下载精品学习资源使用时，如内部上拉电阻使能，就端口被外部电路拉低时将输出电流；在复位过程中，即使系统时钟仍未起振，端口D 处于高阻状态；7RESET：复位输入引脚；连续时间超过最小门限时间的低电平将

20、引起系统复位；连续时间小于门限间的脉冲不能保证牢靠复位；8XTAL1 ：反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端；9XTAL2 ：反向振荡放大器的输出端；(10) AVCC ：AVCC 是端口 A 与 A/D 转换器的电源；不使用ADC 时，该引脚 应直接与 VCC 连接；使用 ADC 时应通过一个低通滤波器与 VCC 连接；(11) AREF： A/D 的模拟基准输入引脚；2.2 DS18B20 芯片DS18B20 是美国 DALLAS 公司推出的单总线数字化测温集成电路，它具有特殊的单线接口方式，将非电模拟量温度值转换为数字信号串行输出，仅需占 用 1 位 I/O 端口，能够直接读取被测现

21、场的温度值；它的体积小，电压适用范围宽3V5V ，并且可以通过编程实现912 位的温度读数，即具有可调的温度辨论率，因此有用性和牢靠性较高，在很多行业中被广泛应用；DS18B20 数字温度传感器接线便利，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式；型号多种多样，有LTM8877，LTM8874 等等；主要依据应用场合的不同而转变其外观；封装后的DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，干净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合；由于其耐磨耐碰，体积小，使用便利，封装形式多样的特点，也适用于各种狭小空间设备数字测温顺掌握领域；2

22、.2.1 DS18B20 芯片的特性DS18B20 单线数字温度传感器，即 “一线器件 ”，其具有特殊的优点：(1) 采纳单总线的接口方式，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；单总线具有经济性好，抗干扰才能强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用便利等优点，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；(2) 测量温度范畴宽，测量精度高DS18B20 的测量范畴为 -55 +125；在 -10+85范畴内，精度为 0.5；欢迎下载精品学习资源(3) 在使用中不需要任何外围元件；(4) 持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在惟

23、一的单线上，实现多点测温；(5) 供电方式敏捷， DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上猎取电源；因此，当数据线上的时序满意肯定的要求时，可以不接外部电源，从 而使系统结构更趋简洁，牢靠性更高；(6) 测量参数可配置 DS18B20 的测量辨论率可通过程序设定 912 位； 7负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；8掉电爱护功能， DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统断电以后， 它仍可储存辨论率及报警温度的设定值；2.2.2 DS18B20 引脚排列图 1-3 DS18B20 引脚排列1. GND 为接地；2. DQ 为数字信号输入 /输出端；3.

24、 VDD 为外接供电电源输入口；2.2.3 DS18B20 的内部结构DSl8B20 的内部主要包括寄生电源、温度传感器、64 位激光 ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器、温度报警触发器TH 和 TL 用于储备用户写入欢迎下载精品学习资源报警上下限的报警触； ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码，每个DS18B20 的 64 位序列号均不相同； 64 位ROM 的排的循环冗余校验码（ CRC=X8 X5X4 1）；ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20 的目的；DQME

25、MORYANDCONTROLINTERNAL VDD64-BIT ROM AND1-WIREPORTTEMPRATURESCRATCHPADHIGH TEMPERATURETRIGGER.THPOWERVDSUPPLYSENSE8-BITCRCLOWTEMPERATURE图 1-4 DS18B20 方框图2.2.4 DS18B20 芯片各部分介绍164 位激光 ROM每个 DS18B20 都有一个唯独储存在ROM 中的 64 位编码；最前面 8 位是单线产品系列编码： 28h；接着的 48 位是一个唯独的序列号；最终8 位是以上 56 位的 CRC 编码； 64 位 ROM 和 ROM 操作掌

26、握区答应 DS18B20 作为单总线器件并依据单总线协议工作；8 位 CRC 编码48 位序列号8 位产品系列编码图 1-5 64 位激光 ROM 码(2) 高速暂存储备贮器高速暂存储备器由 9 个字节组成，其安排如下图所示；字节0 和字节 1 为测得温度信息的 LSB 和 MSB ，这两个字节是只读的；字节 2 和字节 3 是 TH 和TL 的拷贝；字节 4 包含配置寄存器数据，具体介绍如下图所示；字节5、6 和7 被器件保留，禁止写入；这些数据在读回时全部表现为规律1；高速暂存器的位 8 是只读的，包含以上八个字节的CRC 码， CRC 的执行方式如 CRC 发生器节所述；欢迎下载精品学习

27、资源bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit00R1R011111R1R0精度最大转换时间009-bit93.75msTconv/80110-bit187.5msTconv/41011-bit375msTconv/21112-bit750msTconvSCRATCHPADBYTE 01EERAMTEMPERATURE LSB TEMPERATURE MSB TH/USERBYTE1 TL/USERBYTE2 RESERVED RESERVEDCOUNT REMAIN2345678TH/USERBYTE1TL/USERBYTE2图 1-6 高速暂存储备器映象储备器的第 4

28、位为配置寄存器；用户可以通过按下图所示设置R0 和 R1 位来设定 DS18B20 的精度；上电默认设置： R0=1,R1=1（12 位精度）；留意：精度和转换时间之间有直接的关系；暂存器的位留，禁止写入；在读回数据时，它们全部表现为规律7 和位 0-4 被器件保1；图 1-7 配置寄存器表 1-1 温度辨论率配置(3) 温度传感器DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量；当温度转换命令发布后， 经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存储备器的第0 和第 1 个字节；单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如下列图；对应的温度运算：当符号位S=0 时，

29、直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变为原码，再运算十进制值；欢迎下载精品学习资源LS232221202-12-22-32-BIT15 BIT14 BIT13 BIT12 BIT11 BIT10 BIT9 BIT8MSSSSSS262524BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0S=SIGN温度/图 1-8 DS18B20 温度寄存器格式表 1-2 温度/数据关系二进制表示十六进制表示+12500000111 1101000007D0H+25.062500000001 100100010191H+10.12500000000 1010001

30、000A2H+0.500000000 000010000008H000000000 000000000000H-0.511111111 11111000FFF8H-10.12511111111 01011110FF5EH-25.062511111110 01101111FE6FH-5511111100 10010000FC90H（ 4） CRC 发生器CRC 字节作为 DS18B20 64 位 ROM 的一部分储备在储备器中； CRC 码由ROM 的前 56 位运算得到，被包含在 ROM 的重要字节当中； CRC 由储备在储备器中的数据运算得到，因此当储备器中的数据发生转变时，CRC 的值也随

31、之转变； CRC 能够在总线掌握器读 DS18B20 时进行数据校验；为校验数据是否被正确读取，总线掌握器必需用接受到的数据运算出一个CRC 值，和储备在 DS1 8B20 的 64 位 ROM 中的值（读 ROM 时）或 DS18B20 内部运算出的 8 位 CRC 值（读储备器时）进行比较；假如运算得到的CRC 值和读取出来的CRC 值相欢迎下载精品学习资源吻合，数据被无错传输； CRC 值的比较以及是否进行下一步操作完全由总线掌握器打算；INPUTXORXORXORMSBLSB欢迎下载精品学习资源2.3 单线总线系统图 1-9 CRC 生成欢迎下载精品学习资源单总线系统只有一条定义的信号

32、线；每一个总线上的器件必需是漏极开路或三态输出；这样的系统答应每一个挂在总线上的区间都能在适当的时间驱动它；DS18B20 的单总线端口（ DQ 引脚）是漏极开路式的，单总线需要一个约5 K 的外部上拉电阻；单总线的闲暇状态是高电平；无论任何理由需要暂停某一执行过程时，假如仍想复原执行的画，总线必需停留在闲暇状态；在复原期间，假如单总线处于非活动（高电平）状态，位与位间的复原时间可以无限长；假如总线停留在低电平超过480us，总线上的全部器件都将被复位；+5V欢迎下载精品学习资源4.7KRXTX5UATypRX100 欢迎下载精品学习资源MOSFET图 1-10 DS18B20 电路连接2.3

33、.1 处理次序经过单线总线接口拜访 DS18B20 的协议如下： 步骤 1：初始化步骤 2：ROM 操作指令欢迎下载精品学习资源步骤 3：DS18B20 功能指令2.3.2 初始化通过单总线的全部执行操作处理都从一个初始化序列开头；初始化序列包括一个由总线掌握器发出的复位脉冲和其后由从机发出的存在脉冲；存在脉冲让总线掌握器知道 DS18B20 在总线上且已预备好操作；2.3.3 ROM 操作指令一旦总线掌握器探测到一个存在脉冲，它就发出一条 ROM 指令；假如总线上挂有多只 DS18B20，这些指令将基于器件独有的 64 位 ROM 片序列码使得总线掌握器选出特定要进行操作的器件；这些指令同样

34、也可以使总线掌握器识别有多少个什么型号的器件挂在总线上，同样，它们也可以识别哪些器件已经符合报警条件； ROM 指令有 5 条，都是 8 位长度；总线掌握器在发起一条DS1 8B20 功能指令之前必需先发出一条ROM 指令；表 2-3 ROM 操作指令指令名称指令代码指令功能读 ROM33H读 DS18B20 ROM 中的编码（即读 64 位地址编码）发出此命令之后，接着发出 64 位欢迎下载精品学习资源ROM 匹配55H搜寻 ROM0F0H跳过 ROM0CCHROM 编码，拜访单总线上与编码相对应 DS18B20 使之作出响应，为下一步对该 DS18B20 的读写作预备用于确定接在同一总线上

35、 DS18B20 的个数和识别 64 位 ROM 地址，为操作各器件作好预备忽视 64 位 ROM 地址，直接向DS18B20 发温度变换命令，适用于单片机工作欢迎下载精品学习资源报警搜寻0ECH该指令执行后，只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应2.3.4 DS18B20 功能指令在总线掌握器发给欲连接的DS18B20 一条 ROM 命令后，跟着可以发送一条 DS18B20 功能指令；这些命令答应总线掌握器读写DS18B20 的暂存器，发欢迎下载精品学习资源起温度转换和识别电源模式； DS18B20 功能指令如下图所示：表 2-4 DS18B20 功能指令指令名称指令代码温度变换44H

36、指令功能启动 DS18B20 进行温度转换，转换时间最长为500ms典型为 200ms,结果存入内部9 字节 RAM 中读暂存器0BEH读内部 RAM 中 9 字节的内容写暂存器4EH发出向内部 RAM 的第 3,4 字节写上，下限温度数据命令，紧跟着该命令之后是传送两字节的数据复制暂存器48H将 RAM 的第 3,4 字节的内容复制到 EEPROM 中重调 EEPROM0B8HEEPROM 中的内容复原到 RAM 中的第 3,4 字节读供电方式0B4H读 DS18B20 的供电模式，寄生供电时DS18B20 发送“0，”外接供电时DS18B20 发送“1”欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源第三章 系统软件设计整个系统的功能是由硬件电路协作软件来实现的，当硬