DS18B20温度检测仪表数码管显示

1、目录第1章绪论.1.1 选题目的11.2设计要求1第2章 电路结构及工作原理 22.1电路方框图22.1.1 电路图22.1.2 系统流程32.2芯片介绍52.2.1 DS18B20 52.2.1.1 DS18B20的工作原理 52.2.1.2 DS18B20的使用方法 62.2.2 AT89C51 82.2.2.1 AT89C51 简介 8第3章 整机工作原理 10第4章 系统调试与分析 124.1 系统的调试12134.2系统的分析12结论收获和体会14致谢15参考文献16附录一元件清单17课程设计任务书功能 技术指标测量温度范围为0-100 C。并通过数码管显示工作量任务书图纸焊接实物程

2、序编写电路仿真工作计划第一周 查找资料设计电路 编写程序软件仿真 第二周焊接电路实物验收 第三周 书写论文 课设答辩指导教师评语第 1 章 绪论1.1 选题目的随着人们生活水平的不断提高 , 单片机技术已经普及到我们 生活，工作，科研等各个领域。单片机控制无疑是人们追求的目 标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，其中数字温度计就 是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工 作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术 入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本文利用单 片机结合传感器技术开发设计，把传感器理论与单片机实际应用 有机结合，详细地讲述了利用温度传感

3、器 DS18B2C测量环境温度, 设置上下报警温度，当温度不在设置范围内是，可以报警。同时 51 单片机在现代电子产品中广泛应用以及其技术已经非常成熟， DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用一线制与单片机相 连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。1.2 设计要求(1) 设计题目和设计指标测量温度范围为0-100 C。并通过数码管显示(2) 设计功能利用DS18B20实现温度采集，并用数码管显示第2章电路结构及工作原理2.1电路万框图DS18B20 -AT89C5174LS245数码管2.1.1 电路图C222pFC1U112MCRYSTAL1918*XTAL1XTAL2

4、R1PO.O/AD( P0.1/AD P0.2/AD： P0.3/AD； P0.4/AD， P0.5/AD!U3 391<181111 1 16 15 14 13 12A0B0A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5A6B6A7B7CEAB/BA74LS245RSTPSEN ALEEAP0.7/AD'P2.0/A；U2 21 22-24 25262728J15v1130釘 12345678P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.3/A1P2.4/A1：P2.5/A1；P2.6/A1,P2.7/A1!P3.0/RXDP3.1/TXIP3.

5、2/INTP3.3/INTP3.4/TP3.5/T P3.6/WFP3.7/RI32VCCdq 9.°1GND.DS18B20图2-2电路图2.1.2系统流程汝循坏次数为&IOOiisuta i 并延 it (ops工'图2-3读DS18B20的子程序发DS18B20复位命令图2-4读转换温度子程序2.2芯片介绍221 DS18B202.2.1.1 DS18B20 的工作原理当DS18B2C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。单片机可通过单线接口读到该数据， 读取时低位在前，

6、高位在后，数据格式以0.062 5 C /LSB形式表示。温度值格式如表2-1所示。表2-1温度值格式212121212022=2=MSBLSBSSSSSSSSMSBLSB这是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，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。图中，S表示位。对应的温度 计算：当符号位S=0时，表示测得的温度植为正值，直接将二进 制位转换为十进制；当S=1时，表示测得的温度植为负值，先将

7、补码变换为原码，再计算十进制值。例如+125C的数字输出为07D0H +25.0625 C的数字输出为 0191H, 25.0625 C的数字输 出为FF6FH 55C的数字输出为FC90HDS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以 0.0625 C/LSB形 式表示。表2-2是部分温度值对应的二进制温度表示数据。表2-2部分温度值温度二进制表示十六进制表示+12507D0H+25.06250191H+0.50008H00000H0.5FFF8H25.0625FE6FH55FC90H2.2.1.2 DS18B20的使用方法由于DS1

8、8B20采用的是1 Wire总线协议方式，即在一根数 据线实现数据的双向传输，而对 AT89S51单片机来说，硬件上并 不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总 线的协议时序来完成对 DS18B2C芯片的访问。由于DS18B2C是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的 数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证 各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序： 初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备， 单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机 主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写 命令后，主机

9、需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都 是低位在先。DS18B20勺初始化(1) 先将数据线置高电平“ 1”(2) 延时(该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）（3）数据线拉到低电平“ 0”。（4 ） 延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微秒）。（5）数据线拉到高电平“ 1”。（6）延时等待（如果初始化成功则在 15到 60毫秒时间之 内产生一个由DS18B2C所返回的低电平“ 0”据该状态可以来确 定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进 入死循环，所以要进行超时控制） 。（7）若CPU卖到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时， 其延

10、时的时间从发出的高电平算起（第 （ 5）步的时间算起）最少 要 480微秒。（8）将数据线再次拉高到高电平“ 1”后结束。DS18B20的写操作（1）数据线先置低电平“ 0”。（2）延时确定的时间为 15微秒。（3）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位） 。（ 4） 延时时间为 45 微秒。（5 ） 将数据线拉到高电平。（6）重复上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字节全部发送 完为止。（ 7） 最后将数据线拉高。DS18B20的读操作（ 1 ）将数据线拉高“ 1 ”。（ 2）延时 2 微秒。（3）将数据线拉低“ 0”。（4）延时 3 微秒。（5）将数据线拉高“ 1”。（ 6）延时 5

11、 微秒。（7）读数据线的状态得到 1 个状态位，并进行数据处理。（8）延时 60 微秒。2.2.2 AT89C512.2.2.1 AT89C51 简介AT89S51美国ATME公司生产的低功耗，高性能CMOS位单 片机，片内含 4K BytesISP（In-system programmable） 的可反复 擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高 密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 AT89C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash存储单元。单片机 AT89S51强大的功能可为许多嵌入式控 制应用系统提供

12、高性价比的解决方案。2.2.2.2 AT89C5 功能AT89S51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片 内程序存储器、 128 Bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）、 32 个 外部双向输入 /输出（ I/O ）口、 5 个中断优先级 2层中断嵌套中 断、 2个数据指针、 2个16位可编程定时 /计数器、 2个全双工串 行通信口、看门狗（ WD）T 电路、片内振荡器及时钟电路。此外， AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电 工作模式,空闲模式，CPU暂停工作，而RAM定时/计数器、串行 通信口、外中断系统可继续工作。 掉电模式冻结振

13、荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该 芯片还具有PDIP、TQFF和PLCC等三种封装形式，以适应不同产 品的需求。第 3 章 整机工作原理当DS18B2Q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。单片机可通过单线接口读到该数据， 读取时低位在前，高位在后，数据格式以 0.062 5 C /LSB形式表 示。温度值格式如下：对应的温度计算：当符号位 S=0时，直接将二进制位转换为 十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。表 2 是对应的一部分温度值。D

14、S18B2C完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH, TL作比 较，若T>TH或 T<TL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发 出的告警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B2C同时测量温度并进行告警搜索。CRC的产生在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗 余校验码(CRC)。主机根据ROM勺前56位来计算CRCS，并和存 入DS18B2C中的CRCfi做比较，以判断主机收到的 RO贓据是否 正确。DS18B2 0的测温原理所示，图中低温度系数晶振的振荡频率 受温度的影响很小1，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

15、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 C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和温度寄存 器被预置在 -55 C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

16、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度。第4章系统调试与分析4.1 系统的调试根据DS18调试显示程序的开始，接线后显85.0,更改DS18B20的温度现实，数码管就会现实相应的温度，温度上下限为 -15128。4.2 系统的分析(1) B20的通讯协议，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，复位 成功后发送一条ROM旨令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微 秒,然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主C

17、PU收到此信号表示复位成功。( 2)动态显示方式，在某一瞬时显示一位，依次循环扫描， 轮流显示，由于人的视觉滞留效应， 人们看到的是多位同时稳定显示结论随着通信技术的不断发展，无线技术越来越多地走进人们的 生活和工作中。采用传统的数据传输信道即通过有线连接传输采 集的数据，已经不能满足数据采集与传输的需要，无线数据传输 显示出巨大的优势，应用前景十分光明。收获和体会为期 3 周的课程设计已经接近尾声，在完成设计的同时，我 还在不断的学习新知识和巩固已有的知识。事实上，我们所学的 课本上的知识在实际应用中与理论还有所差别，不可能解决遇到 的所有问题，我们只能借助一切可利用的资源，询问老师，与同

18、学探讨，上网查找资料等方式，尽量解决问题。在进行程序设计时，首先需要对单片机应用系统预先完成的 任务进入深入的分析，明确系统的设计任务、功能要求、技术指 标。然后，要对系统的硬件资源和人工作环境进行分析和熟悉。 经过分析、研究和明确规定后，利用数学方法或数学模型来对其 进行描述，从而把一个实际问题转化成由计算机进行处理的问题。 进而，对各种算法进行分析比较，并进行合理的优化。在仿真过程中我们的问题是无法正常显示数字，通过老师指 导，我们发现了编程中的问题以及电路图中数码管连接问题并改 正。得到了正确的数码显示与结果。总之，从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后 的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当 中，学习单机片机更是如此。一句话，这次单片机课程设计对我 来说意义重大，不仅让我对单片机教程做了一次整体复习，也让 我发现了许多以前编写程序时忽视得细节。感谢老师，感谢我们 的组员。致谢在这次课程设计中，首先我要感谢我的学校领导，是他们给 了我们这样的机会，让我们能够独立自主完成自己的课题，学到 很多宝贵的东西。同时