数字温度计的设计课件

数字温度计的设计

14.1项目概述14.2项目要求14.3系统设计14.4硬件设计14.5软件设计14.6系统仿真及调试数字温度计的设计14.1项目概述1

教学课题:数字温度计的设计

知识目标:1、掌握数字温度计的工作原理2、掌握数字温度计硬件设计方法

教学重点：1、DS18B20的使用2、数字温度计系统的硬件设计方法

教学难点：

DS18B20的使用

6-3教学课题:数字温度计的设计6-32能力目标：

培养学生对于测温系统的开发与设计能力情感目标：

培养单片机的开发与设计能力教学方法：

讲授法、演示法，举例法，任务驱动法能力目标：3

采用AT89S52单片机做为控制核心，晶振采用12MHZ。能够对环境温度进行实时的测量并通过数码显示设备显示出当前的温度。设计要求如下：（1）温度值用LED数码显示器显示。（2）测量温度的范围为－30摄氏度~100摄氏度，且测量误差不得大于±0.5摄氏度。（3）作品的体积、质量要尽可能的小。项目概述及功能要求采用AT89S52单片机做为控制核心，晶振采用414.3系统设计－方案论证1、常用的温器件(1)热电偶：热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。14.3系统设计－方案论证1、常用的温器5(2)热电阻：利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的

Ri=R0[1+a(t-t0)](3)热敏电阻：利用半导体的热敏性进行温度的测量。(2)热电阻：6(4)集成温度传感器AD590DS1820DS18B20(4)集成温度传感器72、方案论证

方案一采用热电偶，热电阻，热敏电阻温度传感器硬件电路复杂软件调试复杂制作成本高方案二采用数字集成温度传感器DS18B20DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。2、方案论证8根据设计要求分析，基于AT89S52单片机的数字温度计由单片机控制器，电源，显示电路，复位电路和时钟电路组成，系统框图如图1所示。电源给整个电路供电，显示电路显示温度值，时钟电路为单片机提供时钟频率。传感器采用数字式温度传感器DS18B20，其测温范围为－55~125摄氏度，最高分辨率可达0.0625摄氏度，完全符合设计要求。根据设计要求分析，基于AT89S52单片机的93、系统框图复位电路时钟电路显示电路传感器单片机3、系统框图复位电路时钟电路显示电路传感器单片机1014.4硬件电路的设计1、电路硬件资源分析主控制器：单片机AT89S522、数码显示器：采用4位一体LED数码显示器。3、LED驱动电路：LED专用驱动器74LS074、传感器：数字温度式传感器DS18B20。14.4硬件电路的设计1、电路硬件资源分析主控制器：单片机1114.4硬件电路的设计一、电路图14.4硬件电路的设计12二、数字温度传感器DS18B20的工作原理1、DS18B20的性能和特点（1）、只要求一个端口即可实现通信。（2）、多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）、可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V（5）、零待机损耗（6）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。（7）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（8）、内部有温度上、下限告警设置。（9）、负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁。2、DS18B20的内部结构

二、数字温度传感器DS18B20的工作原理13(1)64b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56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。

(1)64b闪速ROM的结构如下开始8位是产品类14(2)非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限。

(3)高速暂存存储器

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。后者用于存储TH，TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如下：

高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8个字节组成，其分配如下所示。其中温度信息（第1，2字节）、TH和TL值第3，4字节、第6～8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。(2)非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户15配置寄存器低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即是来设置分辨率，如表（DS18B20出厂时被设置为12位）。配置寄存器低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS116温度数值格式

当DS18B20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0.0625℃/LSB形式表示。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。

温度数值格式当DS18B20接收到温度转换命令后，开17温度与表示值举例温度与表示值举例184、DS18B20与单片机的接口电路1、采用电源供电方式2、寄生电源供电方式4、DS18B20与单片机的接口电路2、寄生电源供电方式194.4系统程序设计一、DS18B20程序设计开始初始化DS18B20写0CCH命令跳过ROM区送转换温度命令44H，等750ms写0CCH命令跳过ROM匹配,读温度命令（0BEH）保存温度值4.4系统程序设计一、DS18B20程序设计开始初始化DS204.4系统程序设计一、DS18B20程序设计1初始化基于单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，初始化过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成，应答脉冲使主机知道总线上有从机设备且准备就绪，复位和应答脉冲的时间详见单总线信号部分4.4系统程序设计一、DS18B20程序设计1初始化212、ROM命令在主机检测到应答脉冲后就可以发出ROM命令，这些命令与各个从机设备的唯一64位ROM代码相关，允许主机在单总线上连接多个从机设备时指定操作某个从机设备，这些命令还允许主机能够检测到总线上有多少个从机设备以及其设备类型或者有没有设备处于报警状态从1）在温度转换和复制暂存器数据至EEPROM期间主机必须在单总线上允许强上拉并且在此期间总线上不能进行其它数据传输2）通过发出复位脉冲主机能够在任何时候中断数据传输3）在复位脉冲发出前必须写入全部的三个字节2、ROM命令在主机检测到应答脉冲后就可以发出R22数字温度计的设计课件233、通信协议：所有的单总线器件要求采用严格的通信协议以保证数据的完整性该协议定义了几种信号类型复位脉冲应答脉冲写0写1读0和读1所有这些信号除了应答脉冲以外都由主机发出同步信号并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前这一点与多数串行通信格式不同多数为字节的高位在前（1）写数据3、通信协议：所有的单总线器件要求采用严格的通信协议以保24（1）读数据（1）读数据25二、主程序二、主程序26数字温度计的设计

14.1项目概述14.2项目要求14.3系统设计14.4硬件设计14.5软件设计14.6系统仿真及调试数字温度计的设计14.1项目概述27

教学课题:数字温度计的设计

知识目标:1、掌握数字温度计的工作原理2、掌握数字温度计硬件设计方法

教学重点：1、DS18B20的使用2、数字温度计系统的硬件设计方法

教学难点：

DS18B20的使用

6-3教学课题:数字温度计的设计6-328能力目标：

培养学生对于测温系统的开发与设计能力情感目标：

培养单片机的开发与设计能力教学方法：

讲授法、演示法，举例法，任务驱动法能力目标：29

采用AT89S52单片机做为控制核心，晶振采用12MHZ。能够对环境温度进行实时的测量并通过数码显示设备显示出当前的温度。设计要求如下：（1）温度值用LED数码显示器显示。（2）测量温度的范围为－30摄氏度~100摄氏度，且测量误差不得大于±0.5摄氏度。（3）作品的体积、质量要尽可能的小。项目概述及功能要求采用AT89S52单片机做为控制核心，晶振采用3014.3系统设计－方案论证1、常用的温器件(1)热电偶：热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。14.3系统设计－方案论证1、常用的温器31(2)热电阻：利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的

Ri=R0[1+a(t-t0)](3)热敏电阻：利用半导体的热敏性进行温度的测量。(2)热电阻：32(4)集成温度传感器AD590DS1820DS18B20(4)集成温度传感器332、方案论证

方案一采用热电偶，热电阻，热敏电阻温度传感器硬件电路复杂软件调试复杂制作成本高方案二采用数字集成温度传感器DS18B20DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。2、方案论证34根据设计要求分析，基于AT89S52单片机的数字温度计由单片机控制器，电源，显示电路，复位电路和时钟电路组成，系统框图如图1所示。电源给整个电路供电，显示电路显示温度值，时钟电路为单片机提供时钟频率。传感器采用数字式温度传感器DS18B20，其测温范围为－55~125摄氏度，最高分辨率可达0.0625摄氏度，完全符合设计要求。根据设计要求分析，基于AT89S52单片机的353、系统框图复位电路时钟电路显示电路传感器单片机3、系统框图复位电路时钟电路显示电路传感器单片机3614.4硬件电路的设计1、电路硬件资源分析主控制器：单片机AT89S522、数码显示器：采用4位一体LED数码显示器。3、LED驱动电路：LED专用驱动器74LS074、传感器：数字温度式传感器DS18B20。14.4硬件电路的设计1、电路硬件资源分析主控制器：单片机3714.4硬件电路的设计一、电路图14.4硬件电路的设计38二、数字温度传感器DS18B20的工作原理1、DS18B20的性能和特点（1）、只要求一个端口即可实现通信。（2）、多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）、可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V（5）、零待机损耗（6）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。（7）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（8）、内部有温度上、下限告警设置。（9）、负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁。2、DS18B20的内部结构

二、数字温度传感器DS18B20的工作原理39(1)64b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56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。

(1)64b闪速ROM的结构如下开始8位是产品类40(2)非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限。

(3)高速暂存存储器

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。后者用于存储TH，TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如下：

高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8个字节组成，其分配如下所示。其中温度信息（第1，2字节）、TH和TL值第3，4字节、第6～8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。(2)非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户41配置寄存器低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即是来设置分辨率，如表（DS18B20出厂时被设置为12位）。配置寄存器低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS142温度数值格式

当DS18B20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0.0625℃/LSB形式表示。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。

温度数值格式当DS18B20接收到温度转换命令后，开43温度与表示值举例温度与表示值举例444、DS18B20与单片机的接口电路1、采用电源供电方式2、寄生电源供电方式4、DS18B20与单片机的接口电路2、寄生电源供电方式454.4系统程序设计一、DS18B20程序设计开始初始化DS18B20写0CCH命