基于C-51的DS18B20测温系统.doc

1、沈阳理工大学课程设计专用纸 1 1设计要求 凌阳， 拇指 凌阳 1.1具体要求 凌阳， 拇指 凌阳 本次课程 设计采用的是基于 C51单片机的 DS18B20简易测温系统 ， 拇指 电路图中主要包含51单片机 ， 拇指 DS18B20和数码管显示 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 1.2技术指标 凌阳， 拇指 凌阳 实验要求测温显示精度为 :1 凌阳， 拇指 凌阳 测量范围为 :-55 +125 凌阳， 拇指 凌阳 2设计方案与论证 凌阳， 拇指 凌阳 2.1方案选择 凌阳， 拇指 凌阳 方案一： 采用热敏电阻可满足测温要求 ， 拇指 但热敏电阻精度低 ， 拇指 重复性和可靠性较差 ，拇指 对于精

2、度要求较高的测温不适用 ， 拇指 而 且采用热敏电阻要求复杂的电路和算法 ， 拇指 增加了设计复杂度 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 方案二：采 用专用的集成温度传感器（如 AD590、 LM35/LM45）和数字化温度传感器（ DS18B20、 DS1620）测温 ， 拇指 数字化温度传感器具有接口简单、直接数字量输出、精确度高等优点 。 食指 DS18B20是 DALLAS公司的最新单线数字温度传感器 ， 拇指 它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器 。 食指 一线总线独特而且经济的特点 ， 拇指 使用户可轻松地组建传感器网络 ， 拇指 它的测量温度范围为 55 125 ， 拇指

3、在 10 85范围内 ， 拇指 精度为 0.5 ， 拇指 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输 ， 拇指 大大提高了系统的抗干扰性 ， 拇指 适合于恶劣环境的现场温度测量 ， 拇指 如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等 ， 拇指 DS18B20支持 3 5.5V的电压范围 ， 拇指 使系统设计更灵活、更方便、更便宜、体积更小 。 食指 DS18B20可以程序设定 9 12位的分辨率 ， 拇指 精度为 0.0625 ， 拇指 分辨率设定及用户设定的报警温度存储在 E2PROM中 ， 拇指 掉电后依然保存 。食指 因此 ， 拇指 本方案选用 DS18B20作为温度测量传感器 。

4、食指 凌阳 ，拇指 凌阳 2.2总体设计 凌阳， 拇指 凌阳 2.2.1单片机系统 凌阳， 拇指 凌阳 目前比较流行 51系列单片机和凌阳单片机 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 AT89C51单片机需要用仿真器来实现软硬件的调试 ， 拇指 较为繁琐； 凌阳， 拇指 凌阳 AT89S52八位单片机除具有 AT89C51单片机所有的优点外 ，拇指 具有更大的程序存储空间 ， 拇指 可在线仿真的功能 ， 拇指 方便调试 。 食指 凌阳十六位单片机虽然可以更好的完成控制功能 ， 拇指 但较 AT89S52八位单片机价格昂贵 ， 拇指 而且编程以及外围功能电路的设计都不及 AT89S52成熟 。 食指 因

5、此 ， 拇指 选用 AT89S52八位单片机作为温度采集沈阳理工大学课程设计专用纸 2 的控部分 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 2.2.2电源模块 凌阳， 拇指 凌阳 采用普通的直流电源实现电路简单 ， 拇指 而且采用集成电源芯片设计的直流电源电压比较稳定 ， 拇指 完全满足系统各模块的供电要求 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳凌阳， 拇指 凌阳 2.2.3显示模块 凌阳， 拇指 凌阳 由 于系统设计初衷就是以简单方便抗干扰性为主 ， 拇指 而且在恶劣的环境下也能很好的完成任务 ， 拇指 本实验只需显示出温度 ， 拇指 因此液晶显示器还 是不够廉价的 ， 拇指 而数码管就具备了以上功能 ， 拇指

6、因此选用数码管座位显示工具 。 食指 凌阳， 拇指凌阳 2.2.4确定方案 凌阳， 拇指 凌阳 为了不失通用性和智能性 ， 拇指 本方案采用 AT89S52单片机作为控制器 ， 拇指 单总线温度传感器 DS18B20进行温度采集 。 食指 电源部分采用普通的直流电源 ， 拇指 完全满足 AT89S52和DS18B20等各模块的工作电压范围 。 食指 温度显示采用数码管 ， 拇指 实用性高 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 2.3总体框图 凌阳， 拇指 凌阳

7、凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 3设计原理及电路图 凌阳， 拇指 凌阳 3.1温度传感器模块 凌阳， 拇指 凌阳 数 码 管 显 示 模 块 单片机系统 电源模块 程序控制模块 温度传感器模块 沈阳理工大学课程设计专用纸 3 3.1.1DS18B20工作 原理 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20 凌阳， 拇指 凌阳 采用 3 凌阳， 拇指 凌阳 脚 PR-35 凌阳， 拇指 凌阳 封装或 8 凌阳， 拇指 凌阳 脚 SOIC 凌阳， 拇指 凌阳 封

8、装 ， 拇指 管脚排列如图 3所示 。 食指 图中 GND 凌阳， 拇指 凌阳为地 ， 拇指 DQ 凌阳， 拇指 凌阳 为数据输入 /输出端（即单线总线） ， 拇指 该脚为漏极开路输出 ， 拇指 常态下呈高电平 ， 拇指 Vcc 凌阳， 拇指 凌阳 是外部 +5V 凌阳， 拇指 凌阳 电源端 ， 拇指 不用时应接地 ， 拇指 NC 凌阳， 拇指 凌阳 为空脚 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 3 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20的外部结构 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20内部主要包括寄生电源、温度传感器、 64 凌阳， 拇指 凌阳 位激光 ROM 凌

9、阳， 拇指 凌阳 单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式 RAM） ， 拇指 用于存储用户设定的温度上下限值的 TH 凌阳， 拇指 凌阳 和 TL 凌阳， 拇指 凌阳 解发器存储与控制逻辑、 8 凌阳， 拇指 凌阳 位循环冗余校验码（ CRC）发生器等七部分 ， 拇指 内部结构如图 4。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 4 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20内部结构 凌阳， 拇指 凌阳 寄生电源由二极管 VD1、 VD2 凌阳， 拇指 凌阳 和寄生电容 C 凌阳， 拇指 凌阳 组成 ， 拇指 电源检测电路用于判定供电方式 ，拇指 寄生电源供电时 ，

10、 拇指 VDD 凌阳， 拇指 凌阳 端接地 ， 拇指 器件从单线总线上获取电源 ， 拇指 在 DQ 凌阳， 拇指 凌阳 线呈低电平时 ，拇指 改由 C上的电压 Vc继续向器件供电 。 食指 该寄生电源有两个优点：第一 ， 拇指 检测远程温度沈阳理工大学课程设计专用纸 4 时无需本地 电源；第二 ， 拇指 缺少正常电源时也能读 ROM。 食指 若采用外部电源 VDD， 拇指 则通过 VD2 凌阳， 拇指 凌阳 向器件供电 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 光刻 ROM中的 64位序列号是出厂前被光刻好的 ， 拇指 它可以看作是该 DS18B20的地址序列码 ， 拇指 如图 5所示 。 食指 开始 8

11、位（ 28H）是产品类型标号 ， 拇指 接着的 48位是 DS18B20自身的序列号 ， 拇指 最后 8位是前面 56位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1） 。 食指 光刻 ROM的作用是使每一个 DS18B20都各不相同 ， 拇指 这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20的目的 。 食指 主机操作 ROM 凌阳， 拇指 凌阳 的命令有五种 ， 拇指 如表 1 凌阳， 拇指 凌阳 所示 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 5 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 64 凌阳， 拇指 凌阳 位 ROM 凌阳， 拇指 凌阳 的结构 凌阳， 拇指 凌阳 表

12、1 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20的 ROM命令 指令 说明 读 ROM（ 33H） 读 DS1820 的序列号 匹配 ROM（ 55H） 继读完 64 位序列号的一个命令 ， 拇指 用于多个 DS1820时定位 跳过 ROM（ CCH） 此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820 搜 ROM（ F0H） 识别总线上各器件的编码 ， 拇指 为操作各器件作好准备 报警搜索（ ECH） 仅温度越限的器件对此命令作出响应 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20 凌阳， 拇指 凌阳 测量温度时使用特有的温度测量技术 。 食指 其内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号

13、f0， 拇指 高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号 f。 食指 当计数门打开时 ， 拇指 DS18B20 凌阳， 拇指 凌阳 对 f0 凌阳， 拇指 凌阳 计数 ， 拇指 计数门开通时间由高温度系数振荡器决定 。 食指 芯片内部还有斜率累加器 ， 拇指 可对频率的非线性予以被偿 。 食指 测量结果存入温度 寄存器中 。 食指 一般情况下的温度值应为 9 凌阳， 拇指 凌阳 位（符号点 1位） ， 拇指 但因符号位扩展成高 8 凌阳， 拇指 凌阳 位 ， 拇指 故以 16 凌阳， 拇指 凌阳 位被码形式读出 ， 拇指 表 2 凌阳， 拇指 凌阳 给出了温度和数字量的关系 。 食指 凌阳，

14、拇指 凌阳 表 2 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DS1820 凌阳， 拇指 凌阳 温度数字对应关系表 凌阳， 拇指 凌阳 沈阳理工大学课程设计专用纸 5 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM和一个非易失性的可电擦除的 E2RAM， 拇指 后者存放高温度和低温度触发器 TH、 TL和结构寄存器 。 食指 暂存存储器包含了 8个连续字节 ， 拇指 前两个字节是测得的温度信息 ， 拇指 第一个字节的内容是温度的低 8位 ， 拇指 第二个字节是温度的高 8位 ， 拇指 第三个和第四个字节是 TH、 TL的易失性拷贝 ， 拇指

15、第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝 ， 拇指 这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新 ， 拇指 第六、七、八个字节用于内部计算 ， 拇指 第九个字节是冗余检验字节 ， 拇指 如表 3所示 。食指 凌阳， 拇指 凌阳 表 3 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20暂存器分布 寄存器内容 字节地址 温度最低数字位 0 温度最高数字位 1 高温限制 2 低温限制 3 保留 4 保留 5 计数剩余值 6 每度计数值 7 CRC 校验 8 该字节各位的意义 为 TM 凌阳， 拇指 凌阳 R1 凌阳， 拇指 凌阳 R0 凌阳， 拇指 凌阳 1 凌阳， 拇指 凌阳 1 凌阳， 拇指 凌阳

16、1 凌阳， 拇指 凌阳 1 凌阳， 拇指 凌阳 1 凌阳， 拇指 凌阳 ， 拇指 低五位一直都是 1 凌阳， 拇指 凌阳 ， 拇指 TM是测试模式位 ， 拇指 用于设置 DS18B20在工作模式还是在测试模式 ， 拇指 在DS18B20出厂时该位被设置为 0， 拇指 用户不 用 改动 ， 拇指 R1和 R0用来设置分辨率 ， 拇指 DS18B20沈阳理工大学课程设计专用纸 6 出厂时被设置为 12位 ， 拇 指分辨率设置如表 4所示 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 表 4 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 分辨率设置表 R1 R0 分辨率 温度最大转

17、换时间 0 0 9位 93.75ms 0 1 10位 187.5ms 1 0 11位 375ms 1 1 12位 750ms 根据 DS18B20 的通讯协议 ， 拇指 主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位 ， 拇指 复位成功后发送一条ROM 指令 ， 拇指 最后发送 RAM 指令 ， 拇指 这样才能对 DS18B20 进行 预定的操作 。 食指 复位要求主 CPU 将数据线下拉 500 微秒 ， 拇指 然后释放 ， 拇指 DS18B20 收到信号后等待 16 60 微秒左右 ， 拇指 后发出 60 240 微秒的存在低脉冲 ，

18、 拇指 主 CPU 收到此信号表示复位成功 。 食指 ROM命令令和暂存器的命令如表 1 和表 5。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 表 5 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20 暂存器的命令 指令 说明 温度转换（ 44H） 启动在线 DS1820 做温度 A/D 转换 读数据（ BEH） 从高速暂存器读 9bits 温度值和 CRC 值 写数据（ 4EH） 将数据写入高速暂存器的第 2和第 3 字节中 复制（ 48H） 将高速暂存器中第 2和第 3字节复制到 EERAM 读 EERAM（ B8H） 将 EERAM 内容写入高速暂存器中第 2 和第 3字节 读电源供电方式（ B4

19、H） 了解 DS1820 的供电方式 沈阳理工大学课程设计专用纸 7 3.1.2 凌 阳， 拇指 凌阳DS18B20电路连接 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 由于 DS18B20 凌阳， 拇指 凌阳 工作在单总线方式 ， 拇指 其硬件接口非常简单 ， 拇指 仅需利用系统的一条 I/ 凌阳， 拇指 凌阳 O 线与 DS18B20的数据总线相连即可 ， 拇指 如图 6所示 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 6 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DS18B20电路 凌阳， 拇指 凌阳 3.2数码管显示模块

20、凌阳， 拇指 凌阳 3.2.1数码管显示原理 凌阳， 拇指 凌阳 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一 ， 拇指 动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔划 “a,b,c,d,e,f,g,dp“的同名端连在一起 ， 拇指 另外为每个数码管的公共极 COM增加位选通控制电路 ， 拇指 位选通由各自独立的 I/O线控制 ，拇指 当单片机输出字形码时 ， 拇指 所有数码管都接收到相同的字形码 ， 拇指 但究竟是 那个数码管会显示出字形 ， 拇指 取决于单片机对位选通 COM端电路的控制 ， 拇指 所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开 ， 拇指 该位就显示出字形

21、 ， 拇指 没有选通的数码管就不会亮 。 食指 通过分时轮流控制各个数码管的的 COM端 ， 拇指 就使各个数码管轮流受控显示 ， 拇指 这就是动态驱动 。食指 在轮流显示过程中 ， 拇指 每位数码管的点亮时间为 1 2ms， 拇指 由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应 ， 拇指 尽管实际上各位数码管并非同时点亮 ， 拇指 但只要扫描的速度足够快 ，拇指 给人的印象就是一组稳定的显示数据 ， 拇指 不会有闪烁感 ， 拇指 动态显示的效 果和静态显示是一样的 ， 拇指能够节省大量的 I/O端口 ， 拇指 而且功耗更低 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 沈阳理工大学课程设计专用纸 8 3.2.2

22、数码管实物及接口电路 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 3.3电路原理图 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 沈阳理工大学课程设计专用纸 9 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 3.4程序流程图 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 4元器件清单 元件序号 型号 主要参数 数量 备注 1 AT89S52 4 组 I/O 口 ， 拇指 3 个定时器 ， 拇指 8 个中断 ，拇指 256 字

23、节程序运行空间 ， 拇指 8K 字节闪存 。 食指 1 个 单片机 2 7SEG-MPX4-BLUE 共阳二极管显示器 ， 拇指 8 段 1 个 数码管 3 74LS373 高性能硅门 CMOS 器件 2 个 锁存器 4 DS18B20 测温范围： -55 +125凌阳， 拇指 凌阳 测温精度： 0.0625 1 个 温度传感器 DS18B20 初始化 结束 温度转换 跳过 ROM 匹配 延时 DS18B20 是否存在？ 跳过 ROM 匹配 读暂存器 转换为显示码 是 否 沈阳理工大学课程设计专用纸 10 5 电阻 1K、 10K 4 个 电阻 6 RESPACK-8 10K 1 个 阻排 7

24、 7SEG-COM-CAT-BLUE 共阳二极管器件 ， 拇指 7 段 1 个 数码管 8 LED-BLUE 发光二极管 1 个 二极管 9 晶振 12MHZ 1 个 晶振 10 电容 30P、 10u 3 个 电容 5 元器件识别与检测 凌阳， 拇指 凌阳 5.1 电阻的识别与检测 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 熟记第一、二环每种颜色所代表的数 。 食指 可这样记忆：棕 1， 拇指 红 2， 拇指 橙 3， 拇指 黄 4， 拇指 绿 5， 拇指蓝 6， 拇指 紫 7， 拇指 灰 8， 拇指 白 9， 拇指 黑 0。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 记准记牢第三环颜色所代表的 凌阳， 拇指 凌阳 阻值范围 ， 拇指 这一点是快识的关键 。 食指 具体是： 凌阳， 拇指 凌阳 金色：几点几 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 黑色：几十几 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 棕色：几百几十 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 红色：几点几 凌阳， 拇指 凌阳 k 凌阳， 拇指 凌阳 橙色：几十几 凌阳， 拇指 凌阳 k 凌阳， 拇指 凌阳 黄色：几百几十 凌阳， 拇指 凌阳 k 凌阳， 拇指 凌阳 绿色：几点几 凌阳， 拇指 凌阳 M 凌阳， 拇指 凌阳 蓝色：几十几 凌阳， 拇指 凌阳 M 凌阳， 拇指 凌阳