单片机和DSB的数字温度计设计方案.pdf

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1、题目：基于 89C51和 DS18B20的数字温度计设计一、设计要求数字式温度计要求测温范围为55125 C，精度误差在0.1C 以内，LED数码管直读显示。二、方案论证根据系统的设计要求，选择DS18B20 作为本系统的温度传感器，选择单片机 AT89C51 为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以及进行长距离传输时的串/并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20 把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51 单片机

2、处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器用 4 位共阳 LED 数码管以动态扫描法实现。检测范围-55 摄氏度到 125摄氏度。按照系统设计功能的要求，确定系统由3 个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。数字温度计总体电路结构框图如图1 所示。图 1 数字温度计总体电路结构框图三、系统硬件电路的设计温度计电路设计原理图如图2 所示，控制器使用单片机AT89C51，温度传感器使用 DS18B20，用 4位共阳 LED 数码管实现温度显示。AT89C51 主控制器显示电路温度传感器DS18B20 扫描驱动2/19 图 2 数字温度计设计电路原理图1、主控制器AT89C51 是一种带4K 字

3、节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2、显示电路显示电路采用4 位共阳LED 数码管，从P0 口输出段码，列扫描用P3.0P3.3口来实现，列驱动用8550三极管。3、温度传感器工作原理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

4、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 的性能特点如下：独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信；多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；无需外部器件；可通过数据线供电，电压范围：3.05.5V；测温范围 55 125，在-10+85时精度为 0.5零待机功耗温度以 9 或 12 位数字量读出；用户可定义的非易失性温度报警设置文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:C

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10、I1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档

11、编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D93/19 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 PR35 封装或脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图3所示图 3 DS18B20内部结构框图64 b闪速 ROM 的结构如下：开始 8 位是产品类型的编号，接着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

12、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。主机操作ROM 的命令有五种，如表1 所列文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N

13、5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:

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17、码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1

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19、M。高速暂存 RAM 的结构为 8字节的存储器，结构如图 4 所示。图 4 高速暂存 RAM 结构图前 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。温度低位LSB 温度高位MSB TH TL 配置保留保留保留8 位 CRC 指 令说 明读ROM33H）读DS1820的序列号匹配 ROM55H）继读完 64位序列号的一个命令，用跳过ROMCCH）此命令执行后的存储器操作将针对搜ROMF0H）识别总线上各器件

20、的编码，为操作报警搜索 TH 或 TTL,则将该器件内的告警标志置位，并对文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1

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27、 56 位来计算 CRC 值，并和存入 DS18B20中的 CRC值做比较，以判断主机收到的ROM 数据是否正确。3）DS18B20测温原理DS18B20的测温原理如图 5所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量.计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1 和温度寄存器中，减法计数器1 和

28、温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置值减到 0 时温度寄存器的值将加1，减法计数器 1的预置将重新被装入,减法计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到 0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温图2 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，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是 DS18B20的测温原理。另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他

29、有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20发复位脉冲）发 ROM 功能命令 发存储器操作命令 处理数据。在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为 0.5，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS1820提供的读暂存器指令BEH）读出以 0.5为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位 LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用 BEH 指令取计数器 1 的计数剩余值 Cs和每度计数值 CD。考虑到 DS1820测量温度的整数部分以 0.25、0.75为进位界限的关系，实际温度Ts可用下

30、式计算：Ts=/CD 文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档

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33、 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9

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35、7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5

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37、0的测量温度值。温度测量每1s进行一次。主程序流程图如图6所示。2 读出温度子程序读出温度子程的主要功能是读出RAM 中的 9 字节。在读出时须进行CRC 校验，校验有错时不能进行温度数据的改写。读出温度子程序流程图如图 7 所示。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始命令。当采用12 位分辨率时，转换时间约为750 ms。在本程序设计中，采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如图8 所示。4 计算温度子程序计算温度子程序将RAM 中读取的值进行 BCD 码的抓换运算，并进行温度值正负的判断。其流程图如图9 所示。5 显示数据刷新子程序显示数据刷新

38、子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0 时，将符号显示位移入下一位。显示数据刷新子程序流程图如图10所示。文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5

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45、图Y 发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令读取操作，CRC 校9字节完？结束CRC 校验正确？移入温度暂存器N Y N 初始化显示调用子程序1s到？初次上电？读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令图 6 主程序流程图图 7 读出温度子程序流程图文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V4X10D9文档编码:CE9Q1C2F7H1 HJ2L5Z2D5R2 ZI1N5V

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