基于DS18B20设计的数字温度计论文 doc

目录

摘要 ................................................................................................... Ⅰ 第一章 引言 ........................................................................................ 1 第二章 设计 ........................................................................................ 2

2.1设计方案..................................................................................................... 2 2.2 设计框图 .................................................................................................... 2 2.3主控制器..................................................................................................... 2 2.4显示电路..................................................................................................... 2 2.5温度传感器设计....................................................................................... 2 第三章 系统整体硬件电路 ................................................................. 6

3.1主板电路..................................................................................................... 6 3.2显示电路..................................................................................................... 6 第四章 系统软件算法分析 ................................................................. 7

4.1主程序 ......................................................................................................... 8 4.2读出温度子程序....................................................................................... 8 4.3温度转换命令子程序 ............................................................................. 8 4.4计算数据刷新子程序 ............................................................................. 9 4.5显示数据刷新子程序 ........................................................................... 10 第五章 系统仿真 .............................................................................. 10 第六章 课程设计总结与体会 ............................................................ 11 参考文献 ............................................................................................ 12 致谢 ................................................................................................... 13 附录 ................................................................................................... 14

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第1章 引言

随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

在这个信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现的时代。能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。选用AT89C51型单片机作为主控制器件，DSl8B20作为测温传感器通过4位共阳极LED数码管串口传送数据，实现温度显示。通过DSl8B20直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在0℃~100℃最大线性偏差小于0.1℃。该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程。

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，该设计控制器使用8086系统AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用

3位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示，能准确达到以上要求。

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第2章 设计

2.1 设计方案

在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以可以采用一只温度传感器

DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设

计要求。

2.2 设计框图

温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。

LED

图2.1 总体设计方框图

单片机复位 主 报警点按键调整 显示 控 制 器时钟振荡 温度传感器 2.3 主控制器

8086系统AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口

就满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。

2.4 显示电路

显示电路采用3位共阳LED数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。

2.5 温度传感器设计

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智

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能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：

独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为

3.0~5.5Ｖ；零待机功耗；温度以9或12位数字；用户可定义报警设置；报警搜索

命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图2.2所示。

I/O

Vdd 64 位 R O M 和 单 线 接 口 存储器与控制逻C 高速缓存 温度传感器 高温触发器TH 低温触发器TL 配置寄存器 8位CRC发生器 图2.2 DS18B20内部结构

64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序

号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。

DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失

性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图2.3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图2.3所示。低5位一直为１，TM是工作模式位，用

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于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。

..温度 LSB 温度 MSB TH用户字节1 TL用户字节2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC TMR1R01.

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图2.3 DS18B20字节定义

由表2.1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

表2.1 DS18B20温度转换时间表 R1 0 0 1 1

R0 0 1 0 1 分辨率/位 9 10 11 12 温度最大转向时间 93.75 187.5 375 750 高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。

当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以

0.0625℃／LSB形式表示。

当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。

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