DS18B20数字温度计的设计

1、Tianjin University of Technology and Education专 业 课 程 设 计 学 院： 电子工程学院 班 级： 应电1112 学生姓名： 冯杰 史娇娜 于海旭 胡玉纳 指导教师： 张健 倪晓昌 2015年7月天津职业技术师范大学课 程 设 计 任 务 书 电子工程学院应用电子技术系 1112 班 学生 冯杰 课程设计课题：DS18B20数字温度计的设计 一、课程设计工作日自 2015 年 7 月 6 日至 2015 年 7 月 24 日二、同组学生： 史娇娜 、于海旭 、胡玉纳 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要

2、参考资料等）：1、课题来源：老师和学生共同拟订。2、类型：实做。3、目的和意义：掌握单片机微机系统的设计。4、基本要求： 设计以8952单片机为核心，设计DS18B20数字温度计，数字式温度计测量范围554125°C，误差在±0.5°C，采用四位LED数码管只读显示。5、完成时间：2015年7月24日6、主要参考资料： 李朝青.PC机及单片机数据通信技术M.北京航空航天大学出版社，2000年. 何立民.单片机应用技术选编M.北京航空航天大学出版社，1993年. 张洪润,蓝清华.单片机应用技术教程M.清华大学出版社，1998年. 马家辰,孙玉德,张颖.MCS51单片

3、机原理及接口技术M.哈尔滨工业大学出版社，1998年.李广弟.单片机基础M.北京航空大学出版社,1994年6月.4、 设计报告内容要求：（每组1份）1、题目4、系统组成框图7、电路仿真10、参考文献2、主要技术指标5、总体电路图8、调试过程及测试结果11、总结（每人一份）3、方案论证及选择6、单元电路设计9、主要元件清单指导教师签字： 教研室主任签字： 目 录1设计任务22方案论证及选择22.1单片机的论证与选择22.2温度传感器的论证与选择22.3系统最终设计方案33电路原理图与程序设计33.1系统电路图设计33.1.1 单片机主控电路原理图33.1.2温度传感器电路原理图43.1.3 显示

4、电路原理图53.1.4电源63.2程序的设计63.2.1程序功能描述与设计思路63.2.2程序流程图74测试方案与测试结果74.1测试方案74.2 测试条件与仪器84.3 软件仿真85元件清单96参考文献9个人课程设计总结10DS18B20数字温度计的设计器1设计任务基本要求： 设计以8952单片机为核心，设计DS18B20数字温度计，数字式温度计测量范围554125°C，误差在±0.5°C，采用四位LED数码管只读显示。 2方案论证及选择2.1单片机的论证与选择方案一.采用89C51芯片作为硬件核心，利用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于

5、3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二:采用STC89C52单片机与MCS-51系列单片机相比有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪存，使程序的写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路的体积更小，且管脚数目为20个，与MCS-51相比减少一倍，使理解更容易。综上所述：本课设中单片机芯片采用STC89C51。2.2温度传感器的论证与选择方案一：采用热敏电阻传感器。利用热敏电阻随温度变化而显著

6、变化，能直接将温度的变化转换为能量的变化，进而制成温度计。但是其测温传感器比较复杂，而且不易通过编制程序来控制测温精度，增大系统设计的难度。 方案二：采用DS18B20温度传感器。DS18B20的内部3脚（或8脚）封装；使用特有的温度测量技术，将被测温度转换成数值信号；3.05.5V的电源供电方式和寄生电源供电方式；ROM由64位二进制数字组成，共分为8个字节；RAM由9个字节的高速暂存器和非易失性电擦写ROM组成。综上所述：温度传感器选取智能测温器件DS18B20。2.3系统最终设计方案综上各方案所述,本课程方案选定为: 采用STC89C52作为主控制系统；四位LED数码管只读显示显示作为温

7、度数据显示装置；而智能温度传感器DS18B20器件作为测温电路主要组成部分。至此，系统最终方案确定。3电路原理图与程序设计3.1系统电路图设计温度计电路设计总体设计方框图如图所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，用四位LED数码管只读显示实现温度显示。 单片机芯片STC89C52复位电路晶振控制LED数码管只读显示温度检测电路DS18B20报警温度调整键蜂鸣器，指示灯 图3-1 系统总体框图3.1.1 单片机主控电路原理图单片机STC89C52 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二

8、节电池供电。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加自动复位。图3-2单片机主控电路原理图3.1.2温度传感器电路原理图DS18B20 最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20 的数据I/O 均由同一条线来完成。DS18B20 的电源供电方式有2 种: 外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时, VDD 和GND 均接地, 它在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用, 原理是当1 W ire 总线的信号线DQ 为高电平时, 窃取信号能量给DS18B20 供电, 同时一部分能量给内部电容充电, 当DQ为低电平时释放能量为DS18B20 供电。但寄生电源方式需要强上拉电路, 软件控制

9、变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROM 时) , 同时芯片的性能也有所降低。外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。因此本设计采用外部供电方式。如下图所示：图3-3温度传感器原理图3.1.3 显示电路原理图本设计显示电路采用四位共阴极LED数码管来显示测量得到的温度值。LED数码管能在低电压下工作，而且体积小、重量轻、使用寿命长，因次本设计选用此数码管作为显示器件。 一个LED数码管只能显示一位的字符，如果字符位数不止一位，可以用几个数码管组成，但要控制多位的显示电路需要有字段控制和字

10、位控制，字段控制是指控制所要显示的字符是什么，控制电路应将字符的七段码通过输出口连接到LED的ag引脚，是某些段点亮，某些段处于熄灭状态。字位控制是指控制在多位显示器中，哪几位发光或那几位不发光，字位控制则需要通过字位码作用于LED数码管的公共引脚，是某一位或某几位的数码管可以发光。数码管显示电路分为动态显示和静态显示。 静态显示方式是指每一个数码管的字段控制是独立的，每一个数码管都需要配置一个8位输出口来输出该字位的七段码。因此需要显示多位时需要多个输出口，通常片内并口不够用，需要在片外扩展。 动态显示又称为扫描显示方式，也就是在某一时刻只能让一个字位处于选通状态，其他字位一律断开，同时在字

11、段线上发出该位要显示的字段码，这样在某一时刻某一位数码管就会被点亮，并显示出相应的字符。下一时刻改变所显示的字位和字段码，点亮另一个数码管，显示另一个字符。绕后一次扫描轮流点亮其他数码管，只要扫描速度快，利用人眼的视觉残留效应，会使人感觉到几位数码管都在稳定的显示。本设计采用数码管动态显示，电路如下图所示：图3-4 数码管显示电路原理图3.1.4电源根据以上设计的前置放大电路和功率放大电路的要求，需要稳压电源输出直流电压。本系统采用直流电源供电，确保电路的正常稳定工作。3.2程序的设计3.2.1程序功能描述与设计思路程序设计思路：本设计采用的CPU是51系列单片机中的STC89C52芯片，ST

12、C89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程的Flash 存储器。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。3.2.2程序流程图设置堆栈

13、指针将温度转换为BCD码发读存储器命令读温度数据复位DS18B20发跳过ROM命令显示缓冲区初始化更新数据缓冲区延时发温度转换命令复位DS18B20发跳过ROM命令开始图 3-9主程序流程图4测试方案与测试结果4.1测试方案1、硬件测试：检查元器件好坏、检查电路板焊接完整，无虚焊，漏焊。2、硬件软件联调：接通电路，进行 实际测量。4.2 测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：测试使用的仪器设备如表5.1.1 所示。表5.1.1 测试使用的仪器设备序号名称、型号、规格数量1UNI-T UT56 数字万用表12SP

14、D3303D 直流电源14.3 软件仿真测试前先检测系统各部分功能，排除硬件连接故障电路具有各模块功能，然后进行系统联调，确保各模块连接无误，按题目要求可实现数字式温度计测量范围-554125°C，误差在±0.5°C，采用四位LED数码管只读显示。综上所述，本设计达到设计要求。5元件清单表4-1系统元件清单6参考文献1.李朝青.PC机及单片机数据通信技术M.北京航空航天大学出版社，2000年.2.何立民.单片机应用技术选编M.北京航空航天大学出版社，1993年.3.张洪润,蓝清华.单片机应用技术教程M.清华大学出版社，1998年.4.马家辰,孙玉德,张颖.MCS5

15、1单片机原理及接口技术M.哈尔滨工业大学出版社，1998年.5.李广弟.单片机基础M.北京航空大学出版社,1994年6月.12个人课程设计总结该基于DS18B20的多点温度测量系统具有硬件结构简单、易于制作、价格低廉、测量值精确和易于操作等许多优点。实际应用中可根据具体情况进行更多点的扩展和对多点进行控制。随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，基于DS18B20的多点温度测量系统已经广泛应用于控制、化工等诸多领域。总之，本次课程设计顺利完成，基本达到了课程设计的要求。本文在深入分析多点智能测温系统的工作原理基础上，完成了该系统设计和调试任务，并且系统的性能误差达到了任务书的要求，

16、使之能达到现场运行水平。总结这一星期以来的工作，得到以下结论:1.针对现有测温系统的特点，提出了一套应用数字式温度传感器DS81B20组建温度测控网络新型方案，该方案的突出特点是系统的数字化、快速化及其经济实用性。2.以单总线为基本结构，采用ATMEL公司的 STC89S52单片机为总线命令，实现与DSl8B20的总线接口，并提供具体电路设计。3.软件编程采用模块化、结构化设计，易于修改和维护。由于时间和精力的限制，对后续的研究还应在以下方面逐步完善: 1.应用软件的完善。温度采集方面，一次命令全部单总线上的DS18B20进行温度转换，减少系统所需时间。2.进一步完善系统的可靠性。由于实际经验

17、的欠缺，设计上难免有考虑不周之处。当某一个传感器出现故障时，虽然系统能发现该测温点故障，但是更换传感器时涉及到其序列号的修改和应用程序的修改，这些还需要在今后应用时加以完善。3.可以增加控制部分，以后在该部分进行PID算法控制，以提高控制精度。 总之 ，本论文在新型数字温度测控系统方面做了一定的研究工作。该系统初步完成了温度测控方案的预定目标，为今后实现数字化与网络化的温度测控系统工程提供了一种参考。社会经济效益分析温度测控系统可以产生的社会经济效益是显而易见的。在工农业许多场合，温度测量和控制对生产起着非常重要的作用，通过温度测控，可以更好的提高工农业生产的产量和效率。 本设计利用数字化的温

18、度传感器作为载体，以STC89S52单片机为控制核心，通过对所测量的温度值进行控制和数据上传，将数字信息上传给上位机进行进一步的处理，从而可以实现这套系统的商品化和技术服务的稳定性。这套系统可以产生的功能强大，扩展温度传感器端口后，可以同时对多个传感器进行测量和控制，并且只需添加DS18B20的初始化程序和与本设计两点测控类似的程序即可以实现，所以程序修改上也比较方便。本系统可以实现产品的专业化和工厂化大生产，应用领域广泛，例如，可以对小区内的供暖系统进行多点温度监控，实时处理DS18B20温度传感器上传的数据；可以在对温度要求比较严格的车间内进行多点温度测控，以保持室内的精准温度；可以在化学反