基于DS18B20數(shù)字式溫度計課程設(shè)計報告書

1、 文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計報告專業(yè)班級 2010級測控技術(shù)與儀器一班 課 程 電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目基于DS18B20數(shù)字式溫度計設(shè)計學(xué) 號學(xué)生 小鵬指導(dǎo)教師 森林成 績2013年6月20日21 / 21文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生專業(yè)班級學(xué) 號指導(dǎo)教師職 稱教研室課 程 電子技術(shù)課程設(shè)計 題目基于DS18B20數(shù)字式溫度計設(shè)計 任務(wù)與要求利用DS18B20溫度模塊，設(shè)計一個數(shù)字式溫度計，并顯示數(shù)碼管溫度值。 設(shè)計要求：（1）采用單片機(jī)完成，要求結(jié)構(gòu)簡單、成本低；（2）采用DS18B20溫度模塊實現(xiàn)溫度信號采集與數(shù)字轉(zhuǎn)換；（3）完成系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與軟

2、件設(shè)計；（4）采用數(shù)碼管顯示，顯示效果穩(wěn)定；（5）完成原理圖和PCB布板；（6）采用Proteus、KeilC等軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真調(diào)試；（7）完成課程設(shè)計報告。摘 要本設(shè)計是一款簡單實用的小型數(shù)字溫度計，所采用的主要元件有傳感器DS18B20，單片機(jī)AT89S52，四位共陽極數(shù)碼管一個，電容電阻若干。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度圍-55C+128C。在-10+85C圍,精度為0.5C。DS18B20的精度較差為 2C ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。本次數(shù)字溫

3、度計的設(shè)計共分為三部分，主控制器，LED顯示部分，傳感器部分，復(fù)位部分，時鐘電路。主控制器即單片機(jī)部分，用于存儲程序和控制電路；LED顯示部分是指四位共陽極數(shù)碼管，用來顯示溫度；傳感器部分，即溫度傳感器，用來采集溫度，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，復(fù)位部分，即復(fù)位電路。測量的總過程是，傳感器采集到外部環(huán)境的溫度，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理判斷后將溫度傳遞到數(shù)碼管顯示。本設(shè)計能完成的溫度測量圍是-55C+128C，由于能力有限，不能實現(xiàn)報警功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，DS18B20，AD轉(zhuǎn)換， LED顯示目錄第1章基于DS18B20數(shù)字式溫度計的設(shè)計課題介紹2第2章總體方案設(shè)計32.1 DS18B20部結(jié)

4、構(gòu)與功能32.2 方案選擇討論4第3章 硬件部分設(shè)計53.1硬件設(shè)計53.1.1主控制器53.1.2顯示電路63.1.3溫度傳感器工作原理6第4章 軟件電路設(shè)計74.1 軟件設(shè)計思路94.2流程圖94.2.194.2.2104.3 程序10第5章 測試與性能分析136.1測試結(jié)果136.2優(yōu)點136.3不足與改良136.4 結(jié)論13心得體會14致15參考文獻(xiàn)16第1章基于DS18B20數(shù)字溫度計的設(shè)計課題介紹本設(shè)計是一款簡單實用的小型數(shù)字溫度計，所采用的主要元件有傳感器DS18B20，單片機(jī)AT89C51，四位共陽極數(shù)碼管一個，電容電阻若干。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度圍-55

5、C+128C。在-10+85C圍,精度為0.5C。DS18B20的精度較差為 2C ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。本次數(shù)字溫度計的設(shè)計共分為五部分，主控制器，LED顯示部分，傳感器部分，復(fù)位部分，時鐘電路。主控制器即單片機(jī)部分，用于存儲程序和控制電路；LED顯示部分是指四位共陽極數(shù)碼管，用來顯示溫度；傳感器部分，即溫度傳感器，用來采集溫度，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，復(fù)位部分，即復(fù)位電路。測量的總過程是，傳感器采集到外部環(huán)境的溫度，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理判斷后將溫度傳遞到

6、數(shù)碼管顯示。本設(shè)計能完成的溫度測量圍是-55C+128C，由于能力有限，不能實現(xiàn)報警功能。第2章總體方案2.1 DS18B20部結(jié)構(gòu)與功能DS18B20的部結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要包括：寄生電源，溫度傳感器，64位ROM和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器RAM，用于存儲用戶設(shè)定溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器，存儲與控制邏輯，8位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器等7部分。溫度和數(shù)字量的關(guān)系：2.2方案選擇討論根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機(jī)AT89C51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣/保持電路、

7、運(yùn)放、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路以與進(jìn)行長距離傳輸時的串/并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。該系統(tǒng)的總體設(shè)計思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發(fā)送到AT89C51單片機(jī)上，經(jīng)過51單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器用4位共陽LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)。檢測圍-55攝氏度到128攝氏度。按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定系統(tǒng)由3個模塊組成：主控制器、測溫電路和顯示電路。數(shù)字溫度計總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1 數(shù)字溫度計總體電路結(jié)構(gòu)框圖第3章 硬件部分設(shè)計3.1硬件設(shè)計溫度計電路設(shè)計原理圖如圖2所示，控制器使用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器使用

8、DS18B20，用4位共陽LED數(shù)碼管實現(xiàn)溫度顯示。圖2 溫度計電路設(shè)計原理圖3.1.1主控制器AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。3.1.2顯示電路顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管。3.1.3溫度傳感器工作原理DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度

9、傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20 的性能特點如下：獨特的單線接口方式僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無需外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓圍：3.05.5V；測溫圍55125，在-10+85時精度為0.5零待機(jī)功耗溫度以9或12位數(shù)字量讀出；用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作第4章 軟件電路設(shè)計4.1 軟件設(shè)計思路

10、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計，可以采用匯編語言完成，也可以采用C語言實現(xiàn)。匯編語言對單片機(jī)部資源的操作直接，簡潔，代碼緊湊。但是當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時，設(shè)計人員更趨于采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計。這是由于C語言具有良好的可讀性，可移植性和基本的硬件操作能力。 采用C51進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計，編譯器能自動完成變量的存儲單元的分配，編程者可以專注于應(yīng)用程序的邏輯思想；對常用功能模塊和算法編制相應(yīng)的函數(shù)，可以方便地進(jìn)行算法和應(yīng)用程序的移植。因此，用C51進(jìn)行程序設(shè)計可以大大提高實際工程的開發(fā)效率。目前，C51的代碼長度已經(jīng)做到了匯編水平的1.21.5 倍。當(dāng)代碼長度超過4KB以上時，C51比匯編語言更具有明顯優(yōu)勢

11、。我們還可以借助仿真器，對應(yīng)用程序的關(guān)鍵代碼進(jìn)行優(yōu)化，以減少代碼長度，提高運(yùn)行速度。由于單片機(jī)生產(chǎn)工藝的改善，單片機(jī)的運(yùn)行速度和部存儲器容量都有了較大的提高，這些都為C51語言的使用創(chuàng)造了有利的條件。綜上所述，故軟件語言使用C51語言。4.2流程圖主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計算溫度子程序和現(xiàn)實數(shù)據(jù)刷新子程序等。主程序 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量溫度值。溫度測量每1S進(jìn)行一次。主流程圖如下初始化調(diào)用顯示程序N1s到？初次上電YY讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令4.3 程序：/使用AT89C2051單片機(jī)，12

12、MHZ晶振，用共陽LED數(shù)碼管/P1口輸出段碼，P3口掃描/#pragma src(d:aa.asm)#include reg51.h#include intrins.h /_nop_();延時函數(shù)用#define Disdata P1 /段碼輸出口#define discan P3 /掃描口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P37; /溫度輸入口sbit DIN=P17; /LED小數(shù)點控制uint h;/*溫度小數(shù)部分用查表法*/uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02

13、,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;uchar code dis_712=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00,0x40;/* 共陽LED段碼表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 - */ uchar code scan_con4=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; / 列掃描控制字uchar data temp_data2=0x00,0x00; / 讀出溫度暫放uchar data display5=0x00,0x00

14、,0x00,0x00,0x00;/顯示單元數(shù)據(jù),共4個數(shù)據(jù),一個運(yùn)算暫存用/*11微秒延時函數(shù)*/void delay(uint t)for(;t0;t-);/*顯示掃描函數(shù)*/scan()char k; for(k=0;k0; i-) /DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usDQ = val&0x01; /最低位移出delay(6); /66usval=val/2; /右移一位DQ = 1;delay(1); /*18B20讀1個字節(jié)函數(shù)*/從總線上讀取一個字節(jié)uchar read_b

15、yte(void)uchar i;uchar value = 0;for (i=8;i0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value=1;DQ = 0; /_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4usDQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us if(DQ)value|=0x80;delay(6); /66usDQ=1;return(value);/*讀出溫度函數(shù)*/read_temp()ow_reset(); /總線復(fù)位write_byte(0xCC); / 發(fā)Skip ROM命令write_byte(

16、0xBE); / 發(fā)讀命令temp_data0=read_byte(); /溫度低8位temp_data1=read_byte(); /溫度高8位ow_reset();write_byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉(zhuǎn)換命令/*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/work_temp()uchar n=0; /if(temp_data1127)if(temp_data0!=0x00) temp_data1=(255-temp_data1);temp_data0=(256-temp_data0);n=1;/負(fù)溫度求補(bǔ)碼else temp_data1=(256-te

17、mp_data1);n=1;/負(fù)溫度求補(bǔ)碼display4=temp_data0&0x0f;display0=ditabdisplay4;display4=(temp_data0&0xf0)4)|(temp_data1&0x0f)4);/display3=display4/100;display1=display4%100;display2=display1/10;display1=display1%10;if(!display3)display3=0x0A;if(!display2)display2=0x0A;/最高位為0時都不顯示if(n)display3=0x0B;/負(fù)溫度時最高位顯示-

18、/*主函數(shù)*/main()Disdata=0xff; /初始化端口discan=0xff;for(h=0;h4;h+)displayh=8;/開機(jī)顯示8888ow_reset(); / 開機(jī)先轉(zhuǎn)換一次write_byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉(zhuǎn)換命令for(h=0;h500;h+) scan(); /開機(jī)顯示88882秒while(1) read_temp(); /讀出18B20溫度數(shù)據(jù) work_temp(); /處理溫度數(shù)據(jù) for(h=0;h500;h+) scan(); /顯示溫度值2秒 第6章 測試與性能分析6.1測試結(jié)果系統(tǒng)的

19、調(diào)試與性能分析：硬件調(diào)試比較簡單，首先檢查電路的連接是否正確，所選用原件是否合適，然后可仿真運(yùn)行看各部分是否導(dǎo)通。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗，然后分別進(jìn)行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計算溫度子程序和現(xiàn)實數(shù)據(jù)刷新子程序等的編程與調(diào)試。由于DS18B20與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對DS18B20進(jìn)行讀/寫編程時必須嚴(yán)格地保證讀/寫時序；否則將無法讀取測量結(jié)果。本程序采用單片機(jī)匯編或C語言編寫用Keil C51編譯器編程調(diào)試。軟件調(diào)試到能顯示溫度值，并且在有溫度變化時顯示溫度能改變，就基本完成。性能測試可用制作的溫度計和已有的成品溫度計同時進(jìn)行測量比較。由

20、于DS18B20的精度很高，所以誤差指標(biāo)可以限制在0.5以。另外，-55+128的測溫圍使得該溫度計完全適合一般的應(yīng)用場合，其低電壓供電特性可做成用電池供電的手持溫度計。6.2優(yōu)點元器件較少，芯片管腳少，連線方便，容易糾錯，成本低。心得體會通過本次數(shù)字電子的課程設(shè)計加強(qiáng)了我們動手，思考，解決問題的能力。此外培養(yǎng)了我們當(dāng)代大學(xué)生所缺失的一種認(rèn)真細(xì)致，思維嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。耐心，沉穩(wěn)，細(xì)致，可謂是實驗者必備的一種素質(zhì)，缺一不可。在連接線路的過程中只要一不留神就會接錯管腳，導(dǎo)致整個實驗的失敗，花費(fèi)過多的時間來尋找錯誤不如當(dāng)初就多細(xì)心找一個比較完美的方案。這是所謂的欲速則不達(dá)，事半功倍。以往所學(xué)完全通過

21、本次實驗有了很好的融會貫通，取長補(bǔ)短，實用性的結(jié)合。使我們加強(qiáng)了記憶，深刻了體會，使真正的理論轉(zhuǎn)換為實踐，這使得在以后的各種實際操作中都不會畏懼。凡事都怕認(rèn)真二字，這是我的觀念。這一課程設(shè)計使我們將課堂上的理論知識有了進(jìn)一步的了解，并增強(qiáng)了對控制電機(jī)和單片機(jī)以與微機(jī)原理這三門專業(yè)課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如AT89C51單片機(jī)，ULN2003達(dá)林頓晶體管陣列，74LS164數(shù)碼管驅(qū)動芯片，步進(jìn)電機(jī)等；但同時更多地暴露出我在知識上掌握不足，實際操作過于生疏等缺點；其次在此次設(shè)計過程中由于我們頻繁地使用星研軟件操作環(huán)境和STAR ES598PCI實驗箱，因此使我熟悉了軟件的使用，也

22、加強(qiáng)鞏固了我的C語言編程知識；熟悉實驗箱上每個區(qū)域的功能作用和連線方法，也懂得如何讀取輸出；同時在電腦的電子設(shè)計和繪圖操作上有了進(jìn)一步提高；加上在設(shè)計過程中遇到了一些問題，使得我不得不查找相關(guān)資料，增長知識的同時加強(qiáng)了解決問題和動手的能力，鍛煉了我做事細(xì)心、用心、耐心的能力。本次課程設(shè)計，使我向更高的精神和知識層次邁向一大步。所以在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨立思考的能力，積極參加各種設(shè)計活動，培養(yǎng)自己全方位能力，從而使得自己成為一個有綜合能力的人才而更加適應(yīng)社會。同時讓我了解了設(shè)計電路的方式，讓我對各種芯片的使用與功能有了進(jìn)一步的理解，加強(qiáng)和培養(yǎng)了我對電子電路的設(shè)計能力，要設(shè)計一個電路首先是根據(jù)實驗題目要求整合實驗器材構(gòu)想結(jié)構(gòu)框圖，剛開始可以先嘗試電腦仿真，仿真成功后再進(jìn)行實際接線，但最后的成品與仿真常有些差別，仿真是一種比較理想化的狀態(tài)，在實際接線中常會存在各種制約條件，需