基于单片机和DS18B20的温度传感器

1、任务书利用数字温度传感器DS18B20与单片机结合来测量温度。利用数字温度传感器DS18B20测量温度信号，计算后在LED数码管上显示相应的温度值。其温度测量范围为55125，精确到0.5。数字温度计所测量的温度采用数字显示，控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，用LED数码管实现温度显示。目录第一章、 绪论 31、1 单片机概述 31、2 选题背景及设计意义 31、3 设计方案论证 4第二章、 硬件设计62、1 硬件电路的设计 6 1、时钟电路 7 2、复位电路 8 3、显示电路 102、2 元器件的介绍 11 1、单片机AT89C51 11 2、温度传感器 DS18

2、B20 15第三章 、系统软件设计17 1、系统工作流程图17 2、温度传感器子程序流程图18第四章、汇编语言程序部分（略）19第五章、调试部分19参考文献 20第一章 绪论1.1 单片机概述单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一台功能独特的单片微型计算机。一台典型的单片机的基本组成结构包括中央处理器（CPU），存储器（ROM和RAM），并行I/O口，串行I/O口，定时器/计数器，定时电路及元件。由此可见，单片机在结构上突破了常规的按逻辑功能划分芯片。由多片构成了微型计算机的设计思想，将构成计算机的许多功能集成在一块晶体芯片上。1.2 选题背景及设计意义最早的温度

3、计是在1593年由意大利科学家伽利略发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。它具有结构简单,不需外接元件,采用一根I/ O 数据线既可供电又可传输数据，该设计控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B

4、20,，实现温度显示，能准确达到以下要求: 测温范围-55125 精度误差小于0.51.3设计方案论证方案一：本电路是温度计的设计，在测温电路中利用热敏电阻器件的感温效应，将随被测温变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，用单片机进行数据处理，经过显示电路就可以显示出来。方案二：在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。方案三：基于单片机的温度传感器设计的数字温度计已经很成熟，各种精度很高的温度计不断推出。数字温度计要求检测的精

5、度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。所以精度已经成为数字温度计的一项重要的性能参数。因此追求高精度是数字温度计的一个目标。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量范围等，在很大程度上决定了科学技术的发展水平。同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的前提手段。目前市场上出现了很多传感器，很多精度高的传感器已经出现，而且精度越来越高。数字温度计未来将会更精确、更人性化，为我们做出更多贡献。为此我们选择方案三的设计，框图如下。单片

6、机复位时钟振荡主控制器LED显示DS18B20温度传感器第二章 硬件设计2.1硬件电路的设计本设计系统共由三部分组成： AT89C51为控制装置，负责各部分的控制和数据采集。 DS18B20为温度测量装置，负责对温度进行采集并转换为数字信号送AT89C51进行处理。 共阳极数码管为显示装置，负责显示工作状态和DS18B20 采集到的数据。注：LED数码管驱动电路中采用P0 口加上拉电阻的形式，为方便焊接，本设计中电阻使用了排阻的方式，三极管使用的是S9012.1、时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时

7、钟信号控制下严格地按时序进行工作。在AT89C51单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件(晶体振荡器和电容)，即可构成一个稳定的自激振荡器。在AT89s51芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。在单片机的XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一个晶体振荡器就构成了内部振荡方式。AT89S51单片机内部有一个高增益的反相放大器，XTAL1为内部反相放大器的输入端，XTAL2为内部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶

8、振的固有频率。AT89C51的时钟电路如图2.2所示: 图2.2时钟电路2、复位电路 复位的功能:复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU和系统中各部分处于一个确定的状态，并从这一状态开始工作。系统上电路或死机后都要进行复位操作。单片机复位时，将程序计数器PC初始化为0000H，表明复位后程序从0000H地址单元开始执行，同时复位时输出控制信号ALE，PSEN均为高电平。复位后，P0P3口输出高电平，且使准双向口均处于输入状态。复位不改变片内RAM单元的内容，但使各特殊功能寄存器SFR回复到初始状态，复位后各特殊功能寄存器均恢复初始状态。现简要说明各主要寄存器功能：PSW=00H：表明复位后

9、自动选择第0组工作寄存器组为当前工作寄存器组SP=07H：表明堆栈指针指向片内RAM07H单元，堆栈的压入操作为先加后压，所以第一个被压入的数据存放在08H单元中P0P3=FFH：表明各端口写入1，此时各端口既可作输入口，也可以作输出口AUXR=XXX0 0XX0：表明ALE引脚在CPU不访问外部存储器期间有脉冲信号输出AUXR1=XXXX XXX0：表明选择DPTR0作数据指针IE=00H：表明各中断均关闭TCON=00H：表明T0，T1 均被停止SCON=00H：表明串口处于方式0，允许发送，不允许接收PCON=00H：表明SMOD=0，波特率不加倍。PD=0，IDL=0，单片机处于正常工

10、作方式。单片机的RST引脚为复位引脚，振荡电路正常工作后，RST端加上持续两个机器周期的高电平后，单片机就被复位。复位电路有3种基本方式：上电复位，开关复位和看门狗复位。这里只介绍上电复位和开关复位。复位电路有3种基本方式：上电复位，开关复位和看门狗复位。本系统使用的是上电复位。所谓上电复位就是单片机只要一上电就自动实现复位操作。常用的上电复位电路如图1所示 图13、 显示电路单片机系统中常用的显示器有：发光二极管LED(Light Emitting Diode)显示器、液晶LCD(Liquid Crystal Display)显示器、CRT显示器等。LED、LCD显示器有两种显示结构：段显示

11、（7段、米字型等）和点阵显示（58、88点阵等）。 （1）静态显示方式LED显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。静态显示的特点是每个数码管必须接一个8位锁存器用来锁存待显示的字形码。送入一次字形码显示字形一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。（2）动态显示动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光

12、管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计8段。因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。数码管共阳极09代码。DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB 92H,82H,0F8H,80H,90H 2.2 元器件介绍AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能 CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非

13、易失存储器制造计术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容，并有ISP管脚，只需要将单片机的ISP引脚接入专用的下载线上就可以编程。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在这个芯片中，ATMEL的 AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51图如下： （1）主要特性：8031 CPU与MCS-51兼容4K字节可编程FLASH存储器（寿命：1000写/擦循环） 全静态工作：0Hz-24KHz三级程序存储器保密锁定128*8位内部RAM32条可编程I/O线两个16位定时/器计数器6个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和调电模式VC

14、C：供电电压 GND: 接地 （2） 各引脚及功能说明P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口。P0口能用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FALSH进行校验时，P0口输出原码，此时P0口外部必须被拉高。 P1口: P1口是 一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流。在FALSH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口。当P2口被写入“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。P2口当

15、用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平并用作输入。P3口：除作I/O口使用外，还有特殊功能如图所示P3口同时为编程和校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FALSH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频

16、率为振荡器频率的1/6.因此它可用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如果想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC指令时ALE才起作用。另外，该指令被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有校。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH）,不管是否有内部程序存储器，注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电

17、平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入XTAL2:来自反向振荡器的输出ISP：在线编程引脚P1.5、P1.6、P1.7、RST四个引脚可以作为在系统编程引脚DS18B20产品的特点（1）、只要求一个端口即可实现通信。（2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）、测量温度范围在55。C到125。C之间。（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6）、内部有温度上、下限告警设置。DS18B20的引脚介绍T

18、O92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1表1DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。第三章 系统软件设计系统工作流程图温度传感器实际子程序第四章 汇编语言程序部分 （略） 第五章 调试部分单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，去多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的，但是硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过软件设计则是无从做起，所以我们是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来以进一步排

19、除故障。硬件设计从布线到焊接安装完成之后，我就开始进入硬件调试阶段。硬件静态的调试 排除逻辑故障这类故障由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。我将其排除的方法是首先将焊制的电路板认真对照原理图，看两者是否一致，特别主意了电源系统的检查，以防止电源短路和极性错误，并利用数字万用表的短路测试功能重点检查了系统总线是否存在相互之间短路或与其他信号线路短路。排除电源故障在通电前，首先检查了电源电压的幅值和极性，避免造成集成块损坏，加电后检查各插件上引脚的电位，先检查Vcc与GND之间电位，在5V4.8V 之间属正常，若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有时会使

20、系统中的集成块发热损坏。显示器部分调试首先将AT89S51与LED 显示分离，用静态方法先测试LED 显示，分别用规定的电平加至控制数码管段和位显示的引脚，看数码管显示是否与理论上一致，不一致，一般LED显示器接触不良所致，必须找出故障。参考文献【1】 楼然苗、李光飞编著. 51系列单片机设计实例 北京航空航天大学出版社 2004年10月【2】 何立民、张俊谟编著. 单片机中级教程原理与应用北京航空航天大学出版社 1999年12月【3】 冯文旭、刘传玺编著.单片机应用技术中国矿业大学出版社 2003年5月 【4】 张正明、卓郑安编著 电路与电子技术 北京航空航天大学出版社 2004年9月A_B

21、IT EQU 20H ;存放个位数变量B_BIT EQU 21H ;存放十位数变量FLAG EQU 38H ;DS18B20是否存在标志DQ EQU P2.0 ;DQ引脚由P2.5控制 MAIN: ;主程序标号ACALL RE_TEMP ;对传感器设置及读取 ACALL TURN ;转化温度子程序 ACALL DISPLAY ;显示子程序JMP MAIN ;循环 RE_TEMP: ;对DS18B20初始化及读取SETB DQ ACALL RESET_1820 ;调用复位子程序JB FLAG,ST ;判断DS1820是否存在？RET ST: ; DS18B20存在MOV A,#0CCH ;跳过R

22、OM匹配 ACALL WRITE_1820 ;写入数据MOV A,#44H ;发出温度转换命令ACALL WRITE_1820 ;写入数据 ACALL RESET_1820 ;准备读温度前先复位MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配ACALL WRITE_1820 ;写入数据MOV A,#0BEH ;发出读温度命令ACALL WRITE_1820 ;写入数据ACALL READ_1820 ;读出温度数据 RET RESET_1820: ;复位（有具体的时序要求） SETB DQ NOPCLR DQ ;主机发出延时537微秒的复位低脉冲MOV R1,#3DLY: MOV R0,#107DJNZ

23、 R0,$DJNZ R1,DLY;然后拉高数据线SETB DQ NOPNOPNOP; MOV R0,#25H T2: JNB DQ,T3 ;等待DS18B20回应DJNZ R0,T2JMP T4 ;T3: SETB FLAG ;置标志位，表示DS1820存在JMP T5;T4: CLR FLAG ;清标志位，表示DS1820不存在 JMP T7;T5: MOV R0,#117T6: DJNZ R0,T6 ;时序要求延时一段时间;T7: SETB DQ RET ;WRITE_1820: ;写入DS18B20（有具体的时序要求）MOV R2,#8 ;一共8位数据CLR CWR1:CLR DQ ;总

24、线低位，开始写入 MOV R3,#7DJNZ R3,$ ;保持16微秒以上RRC A ;把字节DATA分成8个BIT环移给CMOV DQ, C ;写入一个BITMOV R3,#23DJNZ R3,$ ;等待SETB DQ ;重新释放总线NOPDJNZ R2,WR1 ;写入下一个BITSETB DQ RET READ_1820: ;将温度高位和低位从DS18B20中读出MOV R4,#2 ;读出两个字节的数据MOV R1,#29H ;低位存入29H,高位存入28hRE0:MOV R2,#8 ;数据一共有8位RE1: CLR CSETB DQ NOPNOP CLR DQ ;读前总线保持为低 NOPNOPNOPSETB DQ ;开始读总线释放 MOV R3,#9RE2: DJNZ R3,RE2 ;延时18微妙MOV C,DQ ;从总线读到一个BIT MOV R3,#23RE3:DJNZ R3,RE3 ;等待100秒RRC A ;把读得的位价值环移给ADJNZ R2,RE1 ;读下一个BITMOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE0RET TURN: MO