單片機溫度課程設計--基于ds18b29的數(shù)字溫度設計實驗

1、<p>　　基于DS18B29的數(shù)字溫度設計實驗</p><p>　　摘要: 本文是一個基于單片機芯片AT89S52和智能型溫度傳感器DBS18B20的數(shù)字測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了能夠顯示當時的溫度還能在溫度高于人們預想時蜂鳴器會響起。</p><p>　　關鍵詞: 智能溫度傳感器 單片機 數(shù)字溫度系統(tǒng) </p><p>　　Abstract: this

2、paper is a based on single chip microcomputer chip AT89S52 devices and intelligent temperature sensor DBS18B20 digital temperature measurement system, this system can display the temperature at that time except in temper

3、ature higher than people expected buzzer when will ring.</p><p>　　keywords: intelligent temperature sensor microcontroller digital temperature system</p><p><b>　　引言 </b></p>

4、<p>　　本文是基于單片機芯片AT89S52和智能型溫度傳感器DBS18B20的數(shù)字測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了能夠顯示當時的溫度還能在溫度高于人們預想時蜂鳴器會響起。到底該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)這樣的功能的，下面從多個具體的對這個溫度系統(tǒng)進行介紹，包括軟件部分還有硬件部分，軟件主要從程序方面進行入手，加強我們對程序的理解，硬件主要加強對數(shù)字測溫系統(tǒng)電路結構的理解，以及各個模塊具有內(nèi)部電路和功能作用的理解。</p><p

5、><b>　　正文</b></p><p><b>　　一.緒論</b></p><p>　　本文設計的簡單的實用的數(shù)字式溫度測控系統(tǒng)，亦可廣泛應用于各種定時.溫度控制領域，如工業(yè)工控過程中，發(fā)電廠.熱電廠,大型中央空調(diào)設備用戶端.自動化生產(chǎn)線.農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖.溫棚.溫室等場合。在應用時需要適時的顯示定時、當時的環(huán)境溫度，同時當溫度超過我們理想的

6、溫度時能夠自動報警，本個實驗就是一個基于單片機控制的智能采集與顯示溫度系統(tǒng)，它以單片機AT89S532為核心，實現(xiàn)對溫度的采集和顯示，由DALIAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20型單型智能溫度傳感器，它是一種新型的適配微處理器的智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9—12位數(shù)字字讀數(shù)方式，可在-55—125度范圍內(nèi)測量溫度。從中央處理器到DS18B20僅需一條信號線，它具有結構簡

7、單.價格便宜.易于操作和系統(tǒng)擴展.性價比高等特點，它利用89S52單片機的強大功能和可擴充性為后盾可實現(xiàn)某一路溫度和溫度上下限進行有效控制與輸出。</p><p>　　該溫度控制系統(tǒng)的設計包括硬件設計和軟件設計兩大部分，結合實際情況，該系統(tǒng)應具備如下功能：　　（1）實時采集溫度；　?。?）顯示溫度；　?。?）串行傳送數(shù)據(jù)；　?。?）控制外設；　?。?）溫度超限報警；　?。?）可擴展，形成多點溫度采集系

8、統(tǒng)，具有遠程監(jiān)控等功能?！　≡谠摐囟瓤刂葡到y(tǒng)中AT89S52 單片機不僅與溫度傳感器DS18B20，外部設備，數(shù)碼管連接，還通過與串口電平芯片MAX232 連接，由數(shù)據(jù)線連接到PC 上，建立起遠程通信。系統(tǒng)上電后，AT89S52 單片機驅(qū)動溫度傳感器DS18B20 工作，進行溫度數(shù)據(jù)采集，傳輸。T89S52單片機在接到溫度傳感器DS18B20 傳送過來的溫度數(shù)據(jù)后，進行操作，一方面送至數(shù)碼管顯示模塊進行溫度顯示，另一方面將數(shù)據(jù)送至 P

9、C 機上，方便在 PC 機進行一些后續(xù)處理和控制操作，有利于遠程控制的實現(xiàn)。</p><p>　　一．系統(tǒng)硬件部分的設計</p><p>　　本系統(tǒng)控制核心選用AT89S52單片機,測溫電路選用了美國DLLAS公司生產(chǎn)的單線總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20；數(shù)字顯示電路采用驅(qū)動芯片MAX7219驅(qū)動LED共陰數(shù)碼管LG2841AH實現(xiàn)。電源部分采用220V交流變壓.濾波.穩(wěn)壓后得到5V電

10、壓供系統(tǒng)使用，單片機由11.0529MHZ標準晶振提供時鐘電路，總框圖見下</p><p>　　主控模塊芯片AT89S52</p><p>　　采用STC89S52單片機最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)包括時鐘電路、復位電路、串口下載電路、電平轉(zhuǎn)換電路和主芯片。與AT89C5X相比STC單片機集成了ISP功能，可進行串口調(diào)試下載，還具有超低功耗，工作頻率范圍和工作電壓范圍寬的特點，性價比更高。芯片引腳圖

11、及連線原理圖如下所示：</p><p>　　圖2.3.1—1 晶振電路</p><p>　　圖2.3.1—2 復位電路</p><p>　　溫度傳感器DS18B20模塊</p><p>　　內(nèi)部結構圖如下所示： </p><p>　　溫度顯示的流程圖如下所示:</p><p>

12、　　DS18B20特點：?。?）、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信?！?(2)、在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （3）、實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫?！。?）、測量溫度范圍在－55。C到＋125。C之間?！。?）、數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇?！。?）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。 </p><p>　　DS18B20的引腳介紹　　TO－92封裝的DS

13、18B20的引腳排列見圖1，其引腳功能描述見表1。</p><p>　　DS18B20的使用方法　　由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問?！　∮捎贒S18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要

14、求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20的復位時序</p><p>　　DS18B20的讀時序　　對

15、于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程?！　τ贒S18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。</p><p>　　DS18B20的寫時序　　對于DS18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程?！　τ贒S18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫

16、0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。</p><p><b>　　單線技術</b></p><p>　　目前常用的微機和外設之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€由I2C總線、SPI總線等，其中I2C總線采用同步串行兩線方式，而SPI總

17、線采用同步串行三線方式。這兩種總線需要至少兩根或兩根以上的信號線。美國達拉斯半導體公司推出了一項特有的單線技術。該技術與上述總線不同，它采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因此這種單線技術具有線路簡單、硬件開銷少、成本低廉、便于擴展的優(yōu)點。</p><p>　　單線技術適用于單主機系統(tǒng)，單主機能夠控制一個或多個從機設備。主機可以視為控制器，從機可以是單線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換、控制

18、都由這根線完成。主機或從機通過一個漏極開路獲三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備再不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放該線，而讓其他設備使用。單線通常要求外接一個約5k的上拉電阻，這樣，當該線閑置時，其狀態(tài)為高電平。</p><p>　　主機和從機之間的通信主要分為3個步驟：初始化單線器件、識別單線器件和單線數(shù)據(jù)傳輸。由于只有一根線通信，所以它們必須是嚴格的主從結構，只有主機呼叫從機，從機才能應答，主機訪問每個單線器件都必須嚴格遵循

19、單線命令序列，即遵守上述3個步驟地順序，如果命令序列混亂，單線器件將不會響應逐級。</p><p>　　所有的單線器件都要遵循嚴格的協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。1-wire協(xié)議有復位脈沖、應答脈沖、寫0、寫1、讀0、讀1這幾種信號類型組成。這些信號中，除了應答脈沖，其他均由主機發(fā)起，并且所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。</p><p><b>　　顯示模塊</b>&l

20、t;/p><p>　　采用LCD1602液晶顯示，具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，而且硬件電路簡單，可顯示32位；而采用數(shù)碼管顯示，硬件電路復雜,占用空間，且顯示字符有限，如果用數(shù)碼管動態(tài)顯示，會占用很多時間來刷新顯示。所以本系統(tǒng)采用了LCD1602做顯示。顯示模塊如下圖所示：</p><p><b>　　4）報警顯示模塊</b></p>

21、<p>　　采用蜂鳴器報警，電路簡單，且程序容易實現(xiàn)，成本較低，而采用語音播報，成本高，程序復雜，因而采用了蜂鳴器報警。報警模塊圖如下圖所示：</p><p><b>　　5）按鍵模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)設計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設置報警溫度和當前溫度，另外兩個分別用于設置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。</p>

22、;<p><b>　　6)電源模塊</b></p><p>　　電源是應用系統(tǒng)的重要組成部分，與單片機電路相連，電源設計的不可靠影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定，而且需要電源部分為整個系統(tǒng)提供能源，以保證正常的工作，本實驗需要的是5V直流穩(wěn)壓電源，而我們?nèi)粘Ｉ钣玫氖?20V的電源，所以如何得到這樣的電壓呢？這次我們選用的是7805三壓穩(wěn)壓器，其工作原理是—220V/50HZ的交流電壓經(jīng)過

23、變壓器為9V的交流電輸入到電橋，其波形為50HZ的交流信號，周期為20ms，其信號經(jīng)橋電路進行整流后轉(zhuǎn)化為直流電源，得到單向全波脈沖波形，在經(jīng)過電解電容的濾波得到信號不太穩(wěn)定的電壓，經(jīng)過一個無極性電容濾掉外部帶來的高頻進入芯片的輸出端輸出一個平穩(wěn)的5V的電壓，如圖所示：</p><p><b>　　二 .軟件模塊</b></p><p><b>　　1）系統(tǒng)

24、主流程圖</b></p><p>　　圖4-1為系統(tǒng)主流程圖，主流程圖具體介紹如下:</p><p>　?。?）系統(tǒng)初始化包括對DS18B20進行初始化、設定GPIO、RTC初始化、液晶屏初始化；</p><p>　　（2）初始化之后顯示當前室內(nèi)溫度;</p><p>　?。?）手動調(diào)節(jié)相應的按鈕有增加按鈕，減小按鈕，還有復位按鈕

25、，并判斷后來的溫度有沒有超過先前預設定的溫度值，超過了的話，LED閃爍報警。</p><p><b>　　總體框圖如下所示</b></p><p>　　其中幾個重要模塊的流程圖如下所:</p><p><b>　　溫度控制模塊</b></p><p><b>　　鍵盤掃描模塊：</b

26、></p><p>　　鍵盤處理子程序主要完成的是通過特定的設置按鍵端口的狀態(tài)，并對端口狀態(tài)進行檢測，然后為按鍵設置特定的值，為主程序提供執(zhí)行判決。需考慮多鍵按下和去抖動的問題。圖 10給出了鍵盤掃描的程序流程圖：</p><p><b>　　液晶顯示子模塊</b></p><p>　　圖11 LED顯示流程圖</p>&

27、lt;p><b>　　三．焊接過程和仿真</b></p><p>　　焊接時我個人覺得吧應該先焊完數(shù)碼管顯示和主控制模塊兩部分，然后著焊接下面的一些小模塊，在焊接時我們常常會遇到一些小麻煩，我們都有相應的解決措施如：</p><p>　　數(shù)碼管顯示模塊—當我們焊接數(shù)碼管時，數(shù)碼管的引腳與主控的引腳有許多的連線，一開始測試試我們的數(shù)碼管并不亮，于是得檢查數(shù)碼管的好

28、壞，這時我們得明白萬用表得打在THE這個檔，并且找來了引腳說明圖，測試之下發(fā)現(xiàn)我們的數(shù)碼管正常。</p><p>　　LED報警顯示模塊—一開始測試時我們的LED燈不能正常發(fā)光的，我們首先測試了它的兩端發(fā)現(xiàn)時通的，于是再觀察它的原理圖發(fā)現(xiàn)它的原理圖的有一個腳是與電源連接的，我們正好少了這一個環(huán)節(jié)，于是排錯成功。</p><p>　　主控模塊—在最后其他模塊都調(diào)試完成后，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不能報警，

29、但在按了復位鍵后卻是一直報警，我們就一個個排錯，最后卻發(fā)現(xiàn)時芯片的問題，就這樣完成了整個電路的焊接和排錯。</p><p>　　當完成了上面所有的排錯我們就可以通過PROTEUS進行仿真，整個仿真結果圖如下所示：</p><p><b>　　四．總結</b></p><p>　　本系統(tǒng)利用控制芯片. 溫度傳感器.LCD液晶屏.LED等分別實現(xiàn):

30、</p><p>　　實時的顯示當前室內(nèi)的溫度</p><p>　　能夠通過鍵盤改變溫度顯示的值</p><p><b>　　溫度超過報警</b></p><p>　　系統(tǒng)設計簡單，但卻方便適用，實用性強，操作簡單，程序設計簡單。</p><p>　　系統(tǒng)不足：對于報警的溫度上限不能調(diào)節(jié)，只能在程

31、序中進行預設</p><p>　　一周的單片機實訓結束了，看是簡單其實蘊藏了很多辛酸與復雜當然更多的是甜蜜還有收獲，個人小結：從一開始對這個系統(tǒng)的一無所知，慢慢的從每一個模塊開始了解認識了整個模塊系統(tǒng)的功能，對程序也稍微有了點了解，但是印象最深刻的還是焊接和排錯的過程，這時我們小組的每一個成員每一個人都參與其中，她測這個模塊，你測這個模塊，充分顯示了小組的團結，更重要的是其他的小組成員在我們排錯未果的情況下主動伸

32、出援助之手，排錯的時候不僅需要細心，仔細更需要對原理圖有充分的了解，我雖然親手實踐的不多，但我是一直在旁邊觀察，怎么排錯，都從那些方面考慮的，經(jīng)過一個星期的學習，我對整個系統(tǒng)有了初步的了解。加深了對單片機這么學科的而理解，單片機雖然看是很小，但卻在生活中發(fā)揮著越來越多的作用。</p><p>　　[參考文獻] (References)　　 [1]王幸之，鐘愛琴，王雷. AT89 系列單片機原理與接口技術[M]

33、. 北京：北京航空航天大學出版社，2004.　　 [ 2] 許海波，廖傳書. 基于AT89S52 單片機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 微計算機信息，2007,7-2: 66-68.　　 [3]明德剛. DS18B20 在單片機溫控系統(tǒng)中的應用[J]. 貴州大學學報(自然科學版)，2006,23(1): 106- 109.　　 [4]沙占友. 集成化智能傳感器原理與應用[M] . 北京：電子工業(yè)出版社，2004.</p>

34、<p><b>　　單片機原理</b></p><p><b>　　課程論文</b></p><p>　　題 目 單片機原理與應用</p><p>　　學生姓名 李婷</p><p>　　學 號 20092305916</p&