多路智能温度测控系统设计

电子技术课程设计题目：多路智能温度测控系统设计学院 计算机与通信工程学院专 业 通信工程 学号 姓 名 *** 指导老师 *** 2011年5月错误!错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。11错误!未指定书签。1314目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 3关键字 3前言 3一．内容简介 二、设计目的 三、设计内容 四、 18B20简介 五、 单片机简介 六、 基本设计原理 七、设计步骤 八、设计图 九、仿真调试 十、软件设计 结语总结参考文献 14附录1 15摘要：本文介绍了数字温度传感器18B20测温的基本原理以及基于18B20的多点温度测量系统的设计过程，包括软件设计和硬件设计两大部分。软件部分给出了软件设计思想及软件流程图，硬件部分给出了单片机、测温电路、显示电路设计。单片机使用89C52单片机，温度传感器使用美国公司最新推出的18B20数字式温度传感器,显示模块采用显示。基于18B2O的多点测温系统在实际中应用广泛，测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少、转换速度快、给硬件电路设计工作带来极大的方便并且缩短了开发周期。关键词：18B20多点温度测量单片机仿真随着电子技术的快速发展，我们生活中的方方面面几乎都充斥着电子产品，我们也无时无刻不享受着电子技术带给我们的便利。作为电子专业的大学生，我们应当在享受电子生活带给我们的便捷的同时，应该更多的理解与思考电子产品的设计过程，并能在已有的集成芯片和单片机等微控制器的基础上，自己动手亲身体验电子设计的过程，以便于将课本上的理论实践化，做到学以致用，更好的掌握单片机等元器件的应用，锻炼独立解决问题的能力。本课程设计题目是基于18B20的多路智能温度测控系统设计，主要介绍了18B20的工作过程和原理，以及基于它的系统设计。在这个设计里，根据要求设计了两个18B20与单片机之间的单端口通信，可以推广到多个18B2O通过学习了解掌握了原理图设计及仿真方法，熟悉开发环境。在设计过程中参考或引用了《基于的电路及单片机系统设计与仿真》，18B20数据手册等参考资料以及网络上的相关资料。在此，向这些技术资料的作者表示感谢由于设计者的学识水平有限，加之时间仓促，作品不够完善，不足之处在所难免，敬请老师指导和改正。一．内容简介软件是英国公司出版的工具软件。它不仅具有其它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。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、11、10/12/16/18/24/3033、、、8086、430、和系列处理器。它是能进行模拟电路、数字电路、模数混合电路、232动态仿真、I2C调试器、调试器、键盘和、系统的设计与仿真的平台。具备原理图设计、电路分析与仿真、设计功能,可以通过调入程序的编译结果.或.文件来调试单片机程序,还可直接嵌入到公司的单片机调试软件中,进行程序的调试和仿真。二、设计目的1、掌握单片机基本编程技术及外围电路的搭建2、 熟练掌握18B20的基本操作并了解其工作原理3、 熟练掌握原理图设计及仿真三、设计内容1、单片机最小系统设计2、 18B20与单片机的单口通信设计3、 原理图的绘制与仿真

4、单片机程序编写四、18B20简介18B20数字温度计是公司生产的1,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，可以节约硬件资源，而且使用较为方便。18B20产品的特点只要求一个端口即可实现通信。在18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。测量温度范围在—55°C到+125°C之间。数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择内部有温度上、下限告警设置。18B20的引脚介绍92封装的18B20的引脚排列见下图表丨mISB20 引m功能描述序号引胆功能描述1GXD地信号□Q赃据檢入谁T岀引虬L开海机总圾接口引虹L为被闰着在寄生电源卜・也可%向器件提供电湍；VDD可选择的VDD引脚.当工作于寄生电沥时*此引脚必須播也18B20的使用方法由于18B20采用的是1—总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对89S51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 18B20芯片的访问。由于18B20是在一根线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时

序要求。18B20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。（此图为以下时序图的图例）UMETYPELEGENDBusmasteractivelowDS18S20sctiv6low■■■■BothbusmasterandDS18S20activelow R^istnrpull-up18B20的复位时序MfltwrIA"rfr*etMfltwrIA"rfr*etpliIIm"480mlnmumTX£w^lIE—1&S0lit4CD minmumTXTOC\o"1-5"\h\zresenEePulse" k:60^-240¥ RVcci-WIRE IBUS IGNU 18B20的读时序对于18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15之内释放单总线，以让18B20把数据传输到单总线上。18B20进行一个读时序过程，至少需要60才能完成。（下图左边为读“0”时序，右边为读“1”时序）

代码单片机检测到18B20的存在，即可向其发送操作命令18B20的写时序对于18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60代码单片机检测到18B20的存在，即可向其发送操作命令18B20的写时序对于18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60,保证18B20能够在15到45之间能够正确地采样总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15之内就得释放单总线。（下图左边为读“0”时序，右边为读“1”时序）抬令KcadROMiLJROMIMatchRON!（匹零JROM丨SkipROM（跳过ROM]SearchRQM（搜索ROM）Alarmsearchf告警搜索」殍储器操作命令WriteScratchpadt写暂存存储器）ReadScraichpadiIX暂存存储器）CopyScratchpad（复制暂存存储器）ConvcnTcinpcraturc（Sf5变换｝RecallEPROM（ffl：新调出）ReadPowersupply（读电源）代码I4EH][BEH][4SH][44H][B8H][B4H]Mssie*Read”旷Slot [33UIQll][CCH][F01I][ecu]卯_LVcc1-WlRlEBUSMasterSamples-梢阳轉FWriteK1HSlot€0us 120^伸IFtEBUS恤船即WiME^0"3letDSIftiSWSAMPLESIYP MAXD81BS2DCAMPLESMKI TYPUAX每一片18B20在其中都存有其唯一的64位序列号，在出厂前已写入片内中，主机在进入操作程序前必须逐一接入 18B20用读（33H）命令将该18B20的序列号读出并登陆。当主机需要对众多在线18B20进行操作是，首先要发出匹配命令（55H）之后的操作就是针对该18B20的。而所谓跳过命令即为：之后的操作是对所有18B20的框图中先有跳过，即是启动所有18B20进行温度变换之后，通过匹配再逐一地读回每个18B20的温度数据。在18B20组成的测温系统中，主机在发出跳过命令之后，再发出统一的温度转换启动码44H就可以实现所有18B20的统一转换，再经过1s后，就可以用很少的时间去逐一读取。64数据结构图：&-BITCRCCODE[翻七ITSERIALNUMBER|R-BITFAMILYCODEUGh）|MSB LSRMSI3 LSRMSB LSB低8位为产品类型编码（18B20均为10h）,中间48位为每个器件唯一的序号，高8位为（循环冗余校验）码。18B20中有用于存储测得的温度值的两个8位存储器，编号为0号到1号。1号存储器存放温度值的符号，如果温度为负，则1号存储器8位全为1,否则全为0。0号存储器用于存放温度值的补码，（最低位）的“1”表示0.5摄氏度。将存储器中的二进制数求补再转化成十进制数并处以2就得到被测温度值（-55摄氏度一125摄氏度）。温度/数据转换关系2&2$2+2$2?212。2」LSBMSb(unit=°C)LSbSSSSMSB

转换示例TEMPERATlREDIGITALOlTPlT(Binary)DIGITALOlTPlT(Hex)+85T0000010101010000O55Oh*+125°CoooooooomiloioOOFAh+25.0°C00000000001100100032h+0.5°C0000000000000001000Ih0°CooooooooooooooooOOOOh-0.5cCFFFFhmimilioomoFFCEh-55°C1111111110010010FF92h*Thepoweronresetregistervalueis+85CC五、单片机简介单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处

理能力的中央处理器随机存储器、只读存储器、多种口和中断系统、定时器 /计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（），常用英文字母的缩写表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。六、基本设计原理单片机在本设计中充当了重要的角色，是整个温度测控系统的核心，作为控18B20进行数据通信并控制液晶屏18B2089C52单片机、液晶屏构2片18B20芯片并接于18B20进行数据通信并控制液晶屏18B2089C52单片机、液晶屏构2片18B20芯片并接于P1.1口采经过处理交由1602显示。本设计出于只阐述说明原理考虑只使用了 2片18B20芯片，并外接了一个开关用于这2片芯片温度数据之间的切换。系统框图如下所示。系统框图七、设计步骤1、 查阅18B20芯片，熟悉其工作原理2、 在环境下绘制系统原理图3、 在开发环境下编写程序4、 将程序导入下仿真5、 根据仿真结果改写程序&撰写设计报告八、设计图基TDS18B20多点温度测腔仿真图o鬧—.1IJS6QLV3F,7T./i.£.i，LH]nLALZ■SFT宛3诅PD-VA&1pn基TDS18B20多点温度测腔仿真图o鬧—.1IJS6QLV3F,7T./i.£.i，LH]nLALZ■SFT宛3诅PD-VA&1pntfic£PDWlF7■RLsl0519523■3凸--!■ !I.ur,1st15.**OMD4Id20•+•GHE>3N*□•|•■p■■……-— ''4''□TTAIJEP*童痒时1/J6rf-snfl.il：F?S«J■PZ-ii^iZFZ^AJ-■X■刃步;T1.VTZ=<•gm*P3_TT>iii93jirmra^rilTIPI^TIF3TJH1F丄…打开开关显示佃丁的温度「闭合开关显示2ND的温度1说明：左下角为两个18B20芯片，端同接于89C52的P1.1口，右上角为1602,P3.3口接开关，通过它的开关切换两片18B20之间的温度显示。九、仿真调试在中使用多个18B20时，必须改变器件的属性，使仿真中的每个器件序列号各不相同。具体做法：右击18B20,选中选项，在其中改变的值（在该对话框下还可以改变的数值，即改变每次调整温度的额度）。在中，可以人为改变3个字节的器件序列号。要想得到全部8个字节，一个简单的方法就是每一次总线上只连接一个器件，利用0x33读器件序列号的命令在程序中得到完整的器件序列号。将测试序列号的程序烧入下89C51中，程序中定义通信端口为P1.1只需将18B20依次与单片机连接即可。并在运行中点击菜单项，选中 ，按，即出现图1所示对话框，在项中输入a，在项中输入0x08，点击，在窗口中即可看到序列号低八位的值。然后依次输入0x09—0x0f，再点击键，即可获得所有64位序列号。所得序列号如图2所示（本设计共用了两个18B2C）测试程序详见附录1DisplavformatBinarycDisplavformatBinarycOctal■4HexadecimalSignedIntegerUrsigriedlntegei£ddILorieVatcblindaw 了；忖arrieAddress\xalueAOXOB0X28A0X090X30aOXOd0XC5aoxob0XB8aOxOc0x00aOkOdOXO'OadxoeOXD'Caoxof0X8E<>Watch,lindov 園NameAddressvalLIEa□X080X2^axo?0X31doxoa0XC5a&xoboxe^-aftxO匚OxOOao^odOkOO且oxoecxooa□xofDxG5电l>ll程序中包含向18B20发送一个字节，读取一个字节,以及18B20的初始化等子程序。氐Addl&KDEyItem 陌]区Memory:0051CPUlniernal(IDATA)Memorv-LI1〒.Name: |sAddress莎丽 ■dataType:CASCIIZStrrs>Byte<Word(?by(ei)DoubleWord(4bs<es|-QuadWord(3R怕到IEEEFl冋(4M刖]ClEEEOauble(9丿HiechFinalPbytes]Micrtjch^ziFlaat[4bytes]BigEndiarr十、软件设计1、软件流程图

2、关键模块说明本程序由主函数、头文件18b20、1602(为便于调用特将其编为文件)三部分组成。主函数中处理了由18B20采集的温度信息并交由1602显示，并设置了一个开关，当打开开关显示1的温度，闭合开关显示2的温度。18b20是18B20的驱动程序，包含了18B20的初始化函数、读写一个字节的函数、匹配函数、温度读取函数。1602是1602的驱动程序，包含了初始化等程序，使用时只需在主程序中调用()函数即可让1602显示字母数字等信息。具体程序见附录2。结语总结在本次课程设计中，我对于芯片的学习能力有了一定了提高，对于初次接触的18B20芯片能通过阅读它的数据手册了解其使用方法，并付诸于软件编程思想。在设计中碰到了一些困难，如在实现多个 18B20的单总线通信时，遇到了编程上的瓶颈，接着又在仿真中遇到了不会读取 18B20的序列号的困难，幸而被一一克服，才得以完成本设计最终的仿真实现。第一次亲自动手编写此类较为冗长的程序，将所学的C语言运用到实际，才发现实践总是高于理论的，在实际应用中总会出现困难。在完成本设计后，本人感觉工程设计能力有较大的提升，培养了系统的思维能力，总之得到了很好的锻炼。参考文献1、唐颖.单片机原理与应用及C51程序设计.北京：北京大学出版社，20082、周润景.张丽娜.基于的电路及单片机系统设计与仿真.北京：北京航空航天大学出版社，2006附录118B20系列号测试程序<52>定义通信端口=P1A1;定义通信端口a[8];延时程序18B20(i){();}初始化函数18B20(){0;=1;复位18B20(4);稍做延时=0; 单片机将拉低18B20(100);精确延时大于480=1; 拉高总线18B20(40);}读一个字节(){0;=0;(8>0){=0; 给脉冲信号>>=1;=1; 给脉冲信号()0x80;18B20(10);}();}写一个字节(){0;(8;i>0;){=0;=0x01;18B20(10);=1;(){i;18B20();(0x33);(0<8)a[i]()将序列号存入a[]中}附录2主程序1、<52><18b20><1602>[6];3A0;(i){();}(){18B20();(5000);(1){(1)打开开关显示118B20{=(1);()[0]='-';[0]='+';1000+'0'百位数1000/100+'0'十位数100/10+'0' 个位数[5]10+'0'小数位='.'; 小数点();(0,0);("118B20");(0,1);(":");;([0]);;);(50000);}闭合开关显示218B20{=(2);()[0]='-';[0]='+';1000+'0'百位数1000/100+'0'十位数100/10+'0'个位数10+'0'小数位='.'; 小数点;();(0,0);("218B20");(0,1);(":");;([0]);;);(50000);2、18b2018B2018B20=P1A1; 定义通信端口=0负数标志1[]={0x28,0x30,05,08,0x00,0x00,0x00,0x8e};2[]={0x28,0x31,05,08,0x00,0x00,0x00,09};晶振11.059218B20(i){();}初始化函数18B20(){0;=1;复位18B20(4);稍做延时=0; 单片机将拉低18B20(100);精确延时大于480=1; 拉高总线18B20(40);}读一个字节(){0;=0;(8>0)=0; 给脉冲信号>>=1;=1; 给脉冲信号()0x80;18B20(10);}();}写一个字节(){0;(8;i>0;){=0;=0x01;18B20(10);=1;>>=1;}}匹配(a){j;(0x55)发送匹配命令(1){(0<8)(1[j])发送18B20的序列号，先发送低字节}(2){(0<8)(2[j])