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单片机及DSB温度传感器的数字温度计设计方案.pdf

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文档编号：56603468

上传时间：2022-11-02

格式：PDF

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1、1/35 基于 51单片机及 DS18B20温度传感器的数字温度计设计2/35 摘要本设计采用的主控芯片是 ATMEL公司的 AT89S52 单片机，数字温度传感器是DALLAS 公司的 DS18B20。本设计用数字传感器DS18B20 测量温度，测量精度高，传感器体积小，使用方便。所以本次设计的数字温度计在工业、农业、日常生活中都有广泛的应用。单片机技术已经广泛应用社会生活的各个领域，已经成为一种非常实用的技术。51 单片机是最常用的一种单片机，而且在高校中都以51单片机教材为蓝本，这使得51 单片机成为初学单片机技术人员的首选。本次设计采用的AT89S52 是一种 flash 型单片

2、机，可以直接在线编程，向单片机中写程序变得更加容易。本次设计的数字温度计采用的是DS18B20 数字温度传感器，DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本设计根据设计要求，首先设计了硬件电路，然后绘制软件流程图及编写程序。本设计属于一种多功能温度计，温度测量范围是-55到 125。温度值的分辨率可以被用户设定为 9-12 位，可以设置上下限报警温度，当温度不在设定的范围内时，就会启动报警程序报警。本设计的显示模块是用四位一体的数码管动态扫描显示实现的。在显示实时测量温度的模式下还可以

3、通过查询按键查看设定的上下限报警温度。关键词：单片机、数字温度计、DS18B20、AT89S52 文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10

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6、8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU

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9、2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2

10、F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I103/35 目录1 概述-1-1.1 系统概述-1-2 系统总体方案及硬件设计-2-2.1 系统总体方案-2-2.1.1 系统总体设计框图-2-2.1.2 各模块简介-2-2.2 系统硬件设计-5-2.2.1 单片机电路设计-5-2.2.2 DS18B20 温度传感器电路设计-6-2.2.3 显示电路设计-6-2.2.4 按键电路设计-7-2.2.5 报警电路设计-8-3 软件设计-9-3.1 DS18B20 程序设计-9-3.1.1 DS18B20 传感器操作流程-9-3.

11、1.2 DS18B20 传感器的指令表-9-3.1.3 DS18B20 传感器的初始化时序-10-3.1.4 DS18B20 传感器的读写时序-10-3.1.5 DS18B20 获取温度程序流程图-11-3.2 显示程序设计-12-3.3 按键程序设计-13-4 实物制作及调试-14-5 电子综合设计体会-15-参考文献-15-附 1 源程序代码-17-附 2 系统原理图-32-文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M

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19、温准确，上下限报警功能。其输出温度采用LED 数码管显示，主要用于对测温比较准确的场所。该设计控制器使用的是51 单片机 AT89S52，AT89S52 单片机在工控、测量、仪器仪表中应用还是比较广泛的。测温传感器使用的是DS18B20，DS18B20 是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。显示是用4 位共阴极LED 数码管实现温度显示，LED 数码管的优点是显示数字比较大，查看方便。蜂鸣器用来实现当测量温度超过设定的上下限时的报警功能。文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F1

20、0 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M

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27、件设计2.1 系统总体方案2.1.1系统总体设计框图由于 DS18B20 数字温度传感器具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠，所以在该设计中采用DS18B20 数字温度传感器测量温度。温度计电路设计总体设计框图如图2-1 所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用 DS18B20，显示采用 4 位 LED 数码管，报警采用蜂鸣器、LED 灯实现，键盘用来设定报警上下限温度。图 2-1 温度计电路总体设计框图2.1.2各模块简介1.控制模块AT89S52单片机是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能CMOS 8 位单片机，片内

28、含有 8kb 的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统可编程的Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2 种软件可选择节电模式。空闲模式下

29、，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.显示模块显示电路采用4 位共阴 LED 数码管，从 P0 口输出段码，P2 口的高四位为位选端。用动态扫描的方式进行显示，这样能有效节省I/O 口。文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4

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31、文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2

32、F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F

33、10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8

34、M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5

35、Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码

36、:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10-3-/35 3.温度传感器模块DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912 位的数字值读数方式。DS18B20

37、的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5v；零待机功耗；温度以9 或12 位二进制数字表示；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度温度报警条件）的器件；负电压特性，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；DS18B20 采用 3 脚 TO92 封装或 8 脚 SO 或 SOP 封装，其其封装形式如图2-2 所示。图 2-2 DS18B20 的封装形式DS18B20 的 64 位 ROM 的结构开始 8 位是产品类型的编号，接着

38、是每个器件的惟一的序号，共有 48位，最后 8 位是前面 56位的 CRC 检验码，这也是多个DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH 和 TL，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPRAM。高速暂存 RAM 的结构为 8字节的存储器，结构如图2-3所示。文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10

39、 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M1

40、0V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8

41、I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:C

42、U4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I

43、10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9

44、G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U

45、2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10-4-/35 图 2-3 DS18B20 的高速暂存RAM 的结构头 2 个字节包含测得的温度信息，第3 和第 4 字节 TH 和 TL 的拷贝是易失的，每次上电复位时被刷新。第5 个字节，为配置寄存器，它的内容

46、用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值，该字节各位的定义如表2-1 所示。表 2-1：配置寄存器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TM R1 R0 1 1 1 1 1 配置寄存器的低5 位一直为 1，TM 是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20 出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率，“R1R0”为“00”是 9 位，“01”是 10 位，“10”是 11 位，“11”是 12 位。当 DS18B20 分辨率越高时，所需要的温度数据转换时

47、间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存 RAM 的第 6、7、8 字节保留未用，表现为全逻辑1。第 9 字节读出前面所有8 字节的 CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2 字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB 形式表示。文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7

48、U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8

49、HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L6Y5Y8I8 HQ8M10V7U2F10 ZF9G2F3Q10I10文档编码:CU4L

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4.3 金币

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