基于51單片機與DS18B20的數(shù)字溫度計設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上安徽農(nóng)業(yè)大學課程設計報告基于單片機的DS18B20數(shù)字溫度計設計學生姓名杜恒院系名稱物理與電子工程學院專業(yè)名稱電子信息工程班 級2008 級 6 班學 號指導教師汪文蝶完成時間2011年 5 月 20 日基于單片機的DS18B20數(shù)字溫度計設計學生姓名：杜恒 指導老師：汪文蝶內(nèi)容摘要：隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能獨立工作的溫度檢測系統(tǒng)已廣泛應用于各種不同的領域。本文介紹了一個基于STC89C52單片機和數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測溫系統(tǒng)，并用LED數(shù)碼管顯示溫度值，易于讀數(shù)。系統(tǒng)電路簡單、操作簡便，能任意設定報警溫度并可查詢最近的10個

2、溫度值，系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點。關鍵詞：單片機 數(shù)字溫度傳感器 溫度計1 引言隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便是不可否定的，各種數(shù)字系統(tǒng)的應用也使人們的生活更加舒適。數(shù)字化控制、智能控制為現(xiàn)代人的工作、生活、科研等方面帶來方便。其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子。數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便、測溫范圍廣、測溫精確、功能多樣話等優(yōu)點。其主要用于對測溫要求準確度比較高的場所，或科研實驗室使用，該設計使用STC89C52單片機作控制器，數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度，單片機接受傳感器輸出，經(jīng)處理用LED數(shù)碼管實現(xiàn)溫度

3、值顯示。2 設計要求2.1 基本要求實現(xiàn)實時溫度顯示，測溫范圍0500C，誤差50C以內(nèi)。2.2 擴展功能溫度報警，能任意設定溫度范圍實現(xiàn)聲光報警；每隔10分鐘記錄一次溫度數(shù)據(jù)，至少能查詢過去10個時刻的溫度情況。3 總體方案設計3.1 方案論證3.1.1 方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件，將隨被測溫度變化的電壓或電流采樣，進行A/D轉(zhuǎn)換后就可以用單片機進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)溫度顯示。這種設計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，增大了電路的復雜性，而且要做到高精度也比較困難。3.1.2 方案二考慮到在單片機屬于數(shù)字系統(tǒng)，容易想到數(shù)字溫度傳感器，可選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，此傳感器

4、為單總線數(shù)字溫度傳感器，起體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號給單片機處理，即可實現(xiàn)溫度顯示。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測溫范圍為-55+125攝氏度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，其測量范圍與精度都能符合設計要求。以上兩種方案相比較，第二種方案的電路、軟件設計更簡單，此方案設計的系統(tǒng)在功耗、測量精度、范圍等方面都能很好地達到要求，故本設計采用方案二。3.2 總體設計框圖本方案設計的系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、數(shù)字溫度傳感器、LED顯示模塊、按鍵控制模塊、溫度報警模塊組成，其總體架構(gòu)如下圖1。AT89C2051單片機顯示電路DS18B20、圖1 系統(tǒng)總體方框圖

5、4 硬件設計4.1 單片機系統(tǒng)1. 本設計采用STC89C52單片機作為控制器，完成所有功能的控制，包括：l DS18B20數(shù)字溫度傳感器的初始化和讀取溫度值l LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動與控制l 按鍵識別和響應控制l 溫度設置和報警l 溫度值的存儲和讀取2. 單片機系統(tǒng)電路原理圖：圖2 單片機系統(tǒng)原理圖4.2 數(shù)字溫度傳感器模塊4.2.1 DS18B20性能l 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通信l 簡單的多點分布應用l 無需外部器件l 可通過數(shù)據(jù)線供電l 零待機功耗l 測溫范圍-55+125，以0.5遞增l 可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.06

6、25l 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字l 應用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計和任何熱感測系統(tǒng)l 負壓特性：電源極性接反時，傳感器不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作4.2.2 DS18B20外形及引腳說明圖3 DS18B20外形及引腳l GND：地l DQ：單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳l VD：可選的電源引腳4.2.3 DS18B20接線原理圖單總線通常要求接一個約4.7K左右的上拉電阻，這樣，當總線空閑時，其狀態(tài)為高電平。圖4 DS18B20接線原理圖4.2.4 DS18B20時序圖主機使用時間隙來讀寫DS18B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。

7、1. 初始化時序如下圖：圖5 DS18B20初始化時序2. DS18B20讀寫時序：圖6 DS18B20讀寫時序4.2.5 數(shù)據(jù)處理高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在 高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。圖7 字節(jié)分配下表為12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.

8、0625即可得到實際 溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，實際溫度=07D0H*0.0625=2000*0.0625=125。例如-55的數(shù)字輸出為FC90H，則應先將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370H（符號位不變，也不作運算），實際溫度=370H*0.0625=880*0.0625=55?？梢娖渲械退奈粸樾?shù)位。圖8 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表4.3 顯示電路LED數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描方式，能簡化電路布線，節(jié)約單片機I/O端口。段碼和位碼由單片機P0送出，分別用74HC673N鎖存。圖9 數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路4.4 聲光報警電路當溫度超過設定溫度值時，實現(xiàn)聲光報警，蜂鳴器鳴叫、8個發(fā)光二極

9、管點亮。蜂鳴器由單片機P23口控制，用三極管驅(qū)動，發(fā)光二極管接單片機P1口，由74HC673N鎖存。圖10 聲光報警電路4.5 鍵盤輸入電路四個鍵分別連接單片機P34、P35、P36、P37構(gòu)成獨立式鍵盤，分別實現(xiàn)加、減、報警溫度設定功能鍵和溫度查詢功能鍵。圖11 鍵盤輸入電路5 軟件設計5.1 主程序模塊主程序需要調(diào)用3個子程序，分別為：l 實時溫度顯示子程序：驅(qū)動數(shù)碼管把實時溫度值送出在LED數(shù)碼管顯示l 查詢記錄溫度值子程序：查詢過去存儲的溫度值，最多可查詢10個值l 溫度設定、報警子程序：設定報警溫度值，當溫度超過該值時產(chǎn)生報警，即驅(qū)動蜂鳴器鳴叫、8個發(fā)光二極管發(fā)光主程序流程圖：開始定

10、時器初始化、啟動顯示實時溫度溫度設定、報警查詢記錄溫度值圖12 主程序流程圖5.2 讀溫度值模塊讀溫度值模塊需要調(diào)用4個子程序，分別為：l DS18B20初始化子程序：讓單片機知道DS18B20在總線上且已準備好操作l DS18B20寫字節(jié)子程序：對DS18B20發(fā)出命令l DS18B20讀字節(jié)子程序：讀取DS18B20存儲器的數(shù)據(jù)l 延時子程序：對DS18B20操作時的時序控制1. 讀溫度值模塊流程圖：入口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理讀取溫度值高低位跳過讀序列號DS18B20初始化延時啟動溫度轉(zhuǎn)換跳過讀序列號DS18B20初始化返回圖13 讀溫度值子程序流程圖 2. DS18B20初始化子程序流程圖：入口D

11、Q為低電平？延時1560msDQ拉高電平延時>480msDQ復位0稍延時DQ置高電平N返回Y圖14 DS18B20初始化子程序流程圖3. DS18B20寫字節(jié)和讀字節(jié)子程序流程圖： 圖15 DS18B20寫字節(jié)子程序流程圖圖16 DS18B20讀字節(jié)子程序流程圖5.3 中斷模塊中斷采用T0方式1，初始值定時為50ms。中斷模塊需調(diào)用兩個子程序：l 讀溫度值子程序：定時讀取溫度值，實時更新溫度值l 記錄溫度值子程序：定時記錄溫度值，供查詢使用把這兩個子程序放在中斷的原因是，不會因為調(diào)整報警溫度或查詢歷史溫度值而停止更新溫度值和記錄溫度值。中斷模塊流程圖：1秒？計數(shù)值加1定時器重置初值中斷入

12、口讀溫度值Y中斷返回記錄溫度值 N圖17中斷模塊流程圖5.4 溫度查詢模塊溫度查詢模塊需要接受按鍵輸入，進入查詢界面后，按加減鍵分別查詢上一個和下一個歷史溫度值，并驅(qū)動數(shù)碼管顯示需要查詢的溫度值。溫度查詢模塊流程圖如下：入口功能鍵按下？ N確認按下？延時消抖 YN顯示溫度值與位次 Y加鍵按下？N確認按下？延時消抖 Y查詢下一個值Y減鍵按下？ NN查詢上一個值確認按下？延時消抖 YY退出功能鍵按下？ NN返回 Y圖18 溫度查詢模塊流程圖5.5 溫度設定、報警模塊此模塊跟溫度查詢模塊類似，需要接受按鍵輸入，進入模塊界面后，按加減鍵分別上調(diào)和下調(diào)設定報警溫度值，當實時溫度值超過設定值時驅(qū)動蜂鳴器發(fā)

13、聲，并點亮8位發(fā)光二極管，實現(xiàn)聲光報警。溫度設定、報警模塊流程圖如下：入口延時消抖減鍵按下？確認按下？延時消抖加鍵按下？顯示設定溫度值確認按下？延時消抖功能鍵按下？N YN YN Y上調(diào)設定值Y NN Y下調(diào)設定值確認按下？Y N聲光報警溫度超出設定值？Y N取消報警判斷退出界面？N Y返回圖19 溫度設定、報警模塊流程圖5.6 數(shù)碼管驅(qū)動模塊本設計數(shù)碼管通過鎖存器接單片機P0口，采用動態(tài)掃描驅(qū)動7段LED數(shù)碼管進行顯示，需調(diào)用延時子程序以穩(wěn)定顯示。模塊流程圖如下：P0清零關位選送位碼開位選P0置高關段選入口開段選延時關段選送段碼返回圖20 數(shù)碼管驅(qū)動模塊流程圖6 源程序#include &l

14、t;reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DS=P10; sbit lcden=P34;sbit lcdrs=P35; /define interfaceuint temp; / variable of temperatureuchar flag1; uchar m4; / sign of the result positive or negative/sbit dula=P26;/sbit wela=P27;void delay(uint count) /delay uint i; while(

15、count) i=200; while(i>0) i-; count-; void dsreset(void) /send reset and initialization command uint i; DS=0; i=103; while(i>0)i-; DS=1; i=4; while(i>0)i-;bit tmpreadbit(void) /read a bit uint i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i>0)i-; return (dat);uchar tmpr

16、ead(void) /read a byte date uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); /讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個字節(jié)在DAT里 return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /write a byte to ds18b20 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; i

17、f(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i>0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i>0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /DS18B20 begin change dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); / address all drivers on bus tmpwritebyte(0x44); / initiates a single temperature conversionuint tmp() /

18、get the temperature float tt; uchar a,b; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); b=tmpread(); temp=b; temp<<=8; /two byte compose a int variable temp=temp|a; tt=temp*0.0625; temp=tt*10+0.5; return temp; void write_com(uchar com)lcdrs=0;P2=com;delay(5);lcden=1;

19、delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1;P2=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()/液晶初始化 lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0e);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);void main() init(); do tmpchange(); delay(100); m0=tmp()/100+'0'/將數(shù)據(jù)組成字符串，便于顯示 m1=tmp()%100/

20、10+'0' m2='.' m3=tmp()%10+'0' write_com(0x80); write_data(m0); write_data(m1); write_data(m2); write_data(m3); delay(100); while(1);7 總結(jié)此次課程設計中，難點在于DS18B20的使用，即對它的時序控制、初始化以及字節(jié)讀寫方法，任何一個環(huán)節(jié)出錯或是時序控制不到位的話就不能得到正確的數(shù)據(jù)。一旦學會了正確的使用方法，就能感覺到它帶來的便利是熱電偶不能比擬的，以后再次使用的話就能很快上手了。軟件設計中，把程序按功能分模塊的話能提高編程效率，把問題一一解決，同時畫流程圖能幫助理清思路，使問題簡單化。定義變量時，盡量定義局部變量，在字符型變量能達到要求的情況下就不用定義成整形變量了，以節(jié)省內(nèi)存空間。同時局部變量應避免與全局變量取同名，否則全局變量將被屏蔽或與局部變量相沖突而達不到設計的效果。另一方面，取變量