基于AT89C52单片机的DS18B20温度传感器设计报告

1、基于at89c52单片机的ds18b20温度传感器设计报告设计时间：12月22日12月26日班 级： 应用电子4班 姓 名： 梁 志 勇 报告页数： 25页 广东工业大学课程设计报告设计题目：基于at89c52单片机的ds18b20温度传感器 学院：信息工程学院 专业：应用电子技术 班：4班 学号：3111002702 姓名：梁志勇 (合作者_号_) 成绩评定_教师签名_摘要：随着时代的进步和发展，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, 本次课程设计主要设计一个基于89c51单片机的数字温度传感器ds18b20开发测温系统，重点学习掌握对传感器在单片机

2、下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程的详尽分析，提高电路设计的技巧。该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，它使用起来相当方便，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，作为其他主系统的辅助扩展。ds18b20与at89c52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，有广泛的应用前景。关键词：单片机；温度采集；at89c52；ds18b20；目 录1 设计任务12 总体方案设计12.1 方案论证121.1 方案一12.1.2 方案二12.2 总体设计框图及电路23 硬件设计33.1

3、单片机系统33.2 数字温度传感器模块43.2.1 ds18b20性能43.2.2 ds18b20外形及引脚说明43.2.3 ds18b20接线原理图53.2.4 ds18b20时序图53.2.5 数据处理63.3 1602液晶显示电路74 软件设计84.1 主程序模块84.2 读温度值模块94.3 中断模块104.4 温度报警模块104.5程序开发10 4.6 pcb电路板的制作.195 程序的仿真及产品调试206 总结与讨论23参考文献：24附录：元器件清单1 设计任务采用方案一（温度传感器lm35，3位半a/d转换器）或者方案二（52单片机，温度传感器ds18b20），数码管或者液晶显示

4、，设计一个日常温度数字计。 产品指标及技术要求： 温度显示范围：045摄氏度 数字显示分辨率：0.1摄氏度 精度误差：小于等于0.5摄氏度 电路工作电源可在59v范围内工作2总体方案设计 2.1方案论证 2.1.1方案一采用温度传感器lm35，3位半a/d转换器，数码管或者液晶显示，设计一个日常温度数字计。本方案主要利用硬件电路连接，通过更改电路器件参数，显示出3位半温度，并没有利用软件编程。本方案设计简单，但电路复杂，这种设计需要用到a/d转换电路，增大了电路的复杂性，而且要做到高精度也比较困难。并且基本电路中所需要的器件和芯片成本不便宜。 2.1.2方案二采用at89c52单片机，温度传感

5、器ds18b20，数码管或者液晶显示，设计一个日常温度数字计。本方案主要利用硬件电路连接，通过软件编程，显示出3位半温度。本方案设计比较难，要同时考虑硬件的连接和软件编程，但电路简单，另外ds18b20具有3引脚的小体积封装，测温范围为-55+125摄氏度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。并且基本电路中所需要的器件和芯片成本便宜。以上两种方案相比较，第二种方案的电路、软件设计更简单，成本便宜，此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到要求，故本设计采用方案二。 12.2总体设计框图及电路本方案设计的系统由单片机系统、数字温度传感器、液晶160

6、2显示模块、时钟模块组成，其总体架构如下图1。at89c52单片机1602液晶显示电路温度传感器时钟，复位电路 电路设计:at89c52单片机最小系统+ds18b20数字温度传感器模块+液晶1602驱动显示模块 图1单片机最小系统 图2 ds18b20数字温度传感器模块 2 图3液晶1602驱动显示模块 3硬件设计3.1 单片机系统 at89c52单片机引脚介绍 at89c52为8 位通用微处理器，采用工业标准的c51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的89c52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主ic 内部寄存器、数据ram及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚

7、测试图控制，红外遥控信号ir的接收解码及与主板cpu通信等。主要管脚有：xtal1（19 脚）和xtal2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接11.0592mhz 晶振。rst/vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。vcc（40 脚）和vss（20 脚）为供电端口，分别接+5v电源的正负端。p0p3 为可编程通用i/o 脚，其功能用途由软件编程定义。 图4 晶振电路图 图5 复位电路图 3 图6 单片机管脚图3.2 数字温度传感器模块 3.2.1 ds18b20性能l 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信l 简单的多点分布应用l 无需外部器件l 可通过数据线供电l 零

8、待机功耗l 测温范围-55+125，以0.5递增l 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625l 温度数字量转换时间200ms，12位分辨率时最多在750ms内把温度转换为数字l 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统l 负压特性：电源极性接反时，传感器不会因发热而烧毁，但不能正常工作 3.2.2 ds18b20外形及引脚说明l gnd：地l dq：单线运用的数据输入/输出引脚l vd：可选的电源引脚 4图7 ds18b20外形及引脚 3.2.3 ds18b20接线原理图单总线通常要求接一个约4.7k左右的上拉电阻，这样，当总

9、线空闲时，其状态为高电平。图8 ds18b20接线原理图 3.2.4 ds18b20时序图主机使用时间隙来读写ds18b20的数据位和写命令字的位。1.初始化时序 5图9 ds18b20初始化时序2.ds18b20读写时序图10 ds18b20读写时序 3.2.5 数据处理高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。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 高速暂存存储器的第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。 6图11 字节分配下表为12位转化后得到的12位数据，存储在18b20的两个8比特的ram中，二进制中的前面5位是符号位

10、，如果测得的温度大于0， 这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际 温度。 例如+125的数字输出为07d0h，实际温度=07d0h*0.0625=2000*0.0625=125。例如-55的数字输出为fc90h，则应先将11位数据位取反加1得370h（符号位不变，也不作运算），实际温度=370h*0.0625=880*0.0625=55。可见其中低四位为小数位。图12 ds18b20温度数据表 3.3 1602液晶显示电路 lcd1602引脚功能说明第1脚：vss为电源地 第2脚：vdd接5

11、v电源正极 7第3脚：v0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度）。 第4脚：rs为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：rw为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：e(或en)端为使能(enable)端。 第714脚：d0d7为8位双向数据端。 第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极 图13 1602液晶显示电路及实物图4 软件设计 4.1 主程序模块 主程序需要调用3个子程序，分别为：l 实时温

12、度显示子程序：驱动液晶1602把实时温度值送出在液晶屏显示l 中断定时及显示子程序：驱动液晶1602把定时时钟送出在液晶屏显示l 温度设定、报警子程序：设定报警温度值，当温度超过或者低于该值时产生报警，即驱动液晶屏显示不同的界面主程序流程图：显示温度时钟，温度报警对温度传感器进行设置，读取温度，对中断定时数据处理转化返回开始开始 8 4.2 读温度值模块 读温度值模块需要调用4个子程序，分别为：l ds18b20初始化子程序：让单片机知道ds18b20在总线上且已准备好操作l ds18b20写字节子程序：对ds18b20发出命令l ds18b20读字节子程序：读取ds18b20存储器的数据l

13、延时子程序：对ds18b20操作时的时序控制读温度值模块流程图：入口 跳过读序列号ds18b20初始化启动温度转换ds18b20初始化延时跳过读序列号读取温度值高低位返回 数据转换处理 图14 读温度值子程序流程图 9 4.3 中断模块中断采用t0定时器方式1，初始值定时为50ms，并不断计数。来模拟时钟中断模块流程图：中断入口定时器重置初值计数值加1否，返回计数1秒？1分？1时？是，显示时钟中断返回图15中断模块流程图 4.4 温度报警模块 设定报警温度上限值，当温度超过该值时产生报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“weater:hot”的界面 设定报警温度下限值，当温度低于该值时产生

14、报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“weater:cold”的界面 当温度在上限值和下限值之间时，不产生报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“happy everyday!”的界面 4.5 程序开发 10 软件程序使用c语言编写开发，开发环境软件为keil4应用keil进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存建立工程并添加源文件设置工程编译/汇编、连接，产生目标文件程序调试。keil使用“工程”(project)的概念，对工程(而不能对单一的源程序)进行编译/汇编、连接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。首先选择菜单file-new，在源程

15、序编辑器中输入汇编语言或c语言源程序(或选择file-open，直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档)并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm(.a51)或.c；然后选择菜单project-new project，建立新工程并保存(保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2)；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择cpu后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页(files)会出现“target1”，将其前面+号展开，接着选择source group1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“add file to group source group1”，出现一个对话框，要求寻找并

16、加入源文件(在加入一个源文件后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其它文件)。加入文件后点close返回主界面，展开“source group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的target1，再选择project-option for targettarget1(或点右键弹出快捷菜单再选择该选项)，打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在target选项卡中设置晶振频率、在debug选项卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在output选项卡中选中“creat hex fi”；其它选项卡内容一般可取

17、默认值。工程设置后按f7键(或点击编译工具栏上相应图标)进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。 成功编译/汇编、连接后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。如下为编译成功，并生成hex文件的界面 程序代码：/*基于at89c52单片机的时钟+lcd1602显示+ds18b20温度*/#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dq=p27; 11sbit rs=p24;/lcd1602数据、命令选择端sbit rw=p23;/l

18、cd1602读、写选择线sbit lcde=p22; /lcd1602使能线 uchar tp,tpx,num,count,miao,fen,shi;uchar code table="happy everyday!"uchar code table1=" : : "uchar code table2="weather:cold "uchar code table3="weather:hot "/*延时函数*/void delay(uint z)/ms级延时函数uint x,y;for(x=z;x>0;x-)

19、for(y=110;y>0;y-);/*void delay1()/us级延时函数1 ; ; */void delay2(uint i)/us级延时函数2while(i-); /* ds18b20初始化*/void init_ds18b20() /初始化dq=1; /数据线拉高delay2(8); /大约80usdq=0; /数据线拉低 12delay2(80); /（480us960us）大约798usdq=1; /数据线拉高delay2(14); /(15us60us+40us240us)大约154us/* ds18b20读一个字节*/uchar read_ds18b20_byte(

20、)uchar i=0;uchar dat=0;for(i=0;i<8;i+) /一个字节为8位，所以循环8次dq=0; /数据线拉低dat=dat>>1; /字节右移一位dq=1; /数据线拉高if(dq=1) /判断读回是否为1dat=dat|0x80; /最高位或上一个1，使得最高位变为1delay2(4); /延时6usreturn dat; /循环8次完成一个字节，并返回数据/* ds18b20写一个字节*/void write_ds18b20_byte(uchar date) uchar i=0;for(i=0;i<8;i+) /一个字节为8位，所以循环8次d

21、q=0; /数据线拉低dq=date&0x01; /取出数据的最低位送到数据线delay2(5); /66us,大于60usdq=1; /数据线拉高 13date=date>>1; /字节右移一位，接着取第二位 /* ds18b20读取温度*/int read_ds18b20_temp() /考虑到温度可能为负值，所以使用int型uchar a=0; /用于读取低8位uint b=0; /用于读取高8位uint t=0; /用于组成新的温度init_ds18b20(); /初始化write_ds18b20_byte(0xcc); /忽略rom指令write_ds18b20_

22、byte(0x44); /进行温度转换init_ds18b20(); /初始化write_ds18b20_byte(0xcc); /忽略rom指令write_ds18b20_byte(0xbe); /读暂存器指令a=read_ds18b20_byte(); /读取低8位b=read_ds18b20_byte(); /读取高8位a=a&0x00ff; /将低8位与上0x00ff，设定低8位b=(b&0x000f)<<8; /将高8位与上0x0000f,去掉高4位，左移取12位，设定为高8位t=a|b; /两者或组成一个16位的字节return t; /将温度值返回 /

23、*lcd写入一个字节命令函数*/ 14void writecom(uchar com)rs=0; /写指令rw=0; /进行写操作lcde=0; delay(5);lcde=0;p1=com;delay(5);lcde=1; /使能端一个上升沿，把命令写入delay(5);lcde=0;/*lcd写入一个字节数据函数*/void writedate(uchar date)rs=1; /写数据rw=0; /进行写操作delay(5);lcde=0;p1=date;delay(5);lcde=1; /使能端一个上升沿，把数据写入delay(5);lcde=0;/*温度显示函数*/void wend

24、udisplay()uint tp,tpz;uint tp2,tpshi,tpge,tpxiao; 15tp=read_ds18b20_temp(); /读温度tp2=tp&0x000f;tpxiao=tp2*6/10;tpz=(tp&0x0ff0)>>4;tpshi=tpz/10; /取十位tpge=tpz%10; /取个位writecom(0x80+0x40+10); writedate(tpshi+0x30); /显示温度十位writedate(tpge+0x30); /显示温度个位writedate('.');writedate(tpxiao

25、+0x30);writedate(0xdf);writedate('c');/显示温度符号if(tpz<15) writecom(0x80); for(num=0;num<16;num+) writedate(table2num);delay(5); if(tpz<25)&&(tpz>15) writecom(0x80); for(num=0;num<15;num+) writedate(tablenum);delay(5); if(tpz>25) writecom(0x80); for(num=0;num<16;num

26、+) writedate(table3num);delay(5); 16/*lcd显示时分秒函数*/void writesfm(uchar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10; /取十位ge=date%10; /取个位writecom(0x80+0x40+add); /写入地址writedate(0x30+shi); /显示十位writedate(0x30+ge); /显示个位writecom(0x80+0x40+add); /返回地址 /*初始化函数*/void init()lcde=0;writecom(0x38); /设置lcd液晶16x2显示

27、writecom(0x0c); /开显示writecom(0x06); /设置光标加1writecom(0x01); /清屏delay(5);tmod=0x01; /设定t0定时器为工作方式1th0=(65536-50000)/256; /装t0定时器初值tl0=(65536-50000)%256;ea=1; /开总中断et0=1;tr0=1;miao=12;fen=12;shi=12; 17/*主函数*/void main() init(); while(1) wendudisplay(); writesfm(0,shi); writesfm(3,fen); writesfm(6,miao)

28、; writecom(0x80+0x40+2); writedate(':'); writecom(0x80+0x40+5); writedate(':'); /* 中断函数*/void timer0() interrupt 1th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256;count+;if(count=20)count=0;miao+;if(miao=60)miao=0; 18fen+; if(fen=60)shi+;fen=0;if(shi=24)shi=0; 4.6 pcb电路板的制作 本次设计的电路板采用prot

29、elpcb技术印制。 图16 protel电路原理图 19 图17 protel电路pcb图5 程序仿真及产品调试 程序仿真采用protuer软件 proteus软件是英国labcenter electronics公司出版的eda工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。proteus是世界上著名的eda工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 设置温度上限为25度，温度下限为15度。如图18所示。此时温度为27.0度，超出上限温度，液晶屏显示“weather：hot”的界面。 20 图18如图19所示。此时温度为13.0度，低于下限温度，液晶屏显示“weather：cold”的界面。 图19如图20所示。此时温度为16.0度，在上限温度和下限温度之间，液晶屏显示“happy everyday!”的界面。 图20如图21所示，为