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1、題目：基于89C52和DS18B20的數(shù)字溫度計設計一 、設計要求數(shù)字式溫度計要求測溫范圍為0102C，精度誤差在0.1C以內(nèi)，LED數(shù)碼管直讀顯示。二 、方案論證根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機AT89C51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣/保持電路、運放、數(shù)/模轉換電路以及進行長距離傳輸時的串/并轉換電路，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單片機上，經(jīng)過51單片機處理，將把溫度在

2、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)。檢測范圍-55攝氏度到125攝氏度。按照系統(tǒng)設計功能的要求，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。AT89C51主控制器顯示電路溫度傳感器DS18B20掃描驅動數(shù)字溫度計總體電路結構框圖如圖1所示。圖1 數(shù)字溫度計總體電路結構框圖三 、系統(tǒng)硬件電路的設計溫度計電路設計原理圖如圖2所示，控制器使用單片機AT89C51，溫度傳感器使用DS18B20，用4位共陽LED數(shù)碼管實現(xiàn)溫度顯示。圖2 數(shù)字溫度計設計電路原理圖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

3、器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的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。2、顯示電路顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管，從P0口輸出段碼，列掃描用P3.0P3.3口來實現(xiàn)，列驅動用8550三極管。3、溫度傳感器工作原理DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，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

4、。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，電壓范圍：3.05.5V；測溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5零待機功耗溫度以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置報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件負電壓特性，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DS18B20采用3腳PR35 封裝或腳SOIC封裝，其內(nèi)部結構框圖如圖3所示圖3 DS18B20內(nèi)部結構框圖64 b閃速ROM的結構如下：開始8位是產(chǎn)品類型

5、的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后8位是前面56 位的CRC 檢驗碼，這也是多個DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。主機操作ROM的命令有五種，如表1所列指 令說 明讀ROM（33H）讀DS1820的序列號匹配ROM（55H）繼讀完64位序列號的一個命令，用于多個DS1820時定位跳過ROM（CCH）此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有DS1820搜ROM（F0H）識別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準備報警搜索（ECH）僅溫度越限的器件對此命令做出響應表1 主機操作ROM的命令 DS18B20 溫度傳感

6、器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM 的結構為8字節(jié)的存儲器，結構如圖4所示。 圖4高速暫存RAM結構圖前2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。溫度低位LSB溫度高位 MSBTHTL配置保留保留保留8位CRC當DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2字節(jié)。單片機可通過單

7、線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.062 5 /LSB形式表示。溫度值格式如下：這是12位轉化后得到的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0.0625即可得到實際溫度。圖中，S表示位。對應的溫度計算：當符號位S=0時，表示測得的溫度植為正值，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，表示測得的溫度植為負值，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.062

8、5的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。DS18B20溫度傳感器主要用于對溫度進行測量，數(shù)據(jù)可用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，并以0.0625LSB形式表示。表2是部分溫度值對應的二進制溫度表示數(shù)據(jù)。表2 部分溫度值DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較，若TTH或TTL,則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行告警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（CRC）。主機根據(jù)ROM的前56位來計算CR

9、C值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。3）DS18B20測溫原理DS18B20的測溫原理如圖5所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55 所對應的一個

10、基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種

11、操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位（LSB），得到所測實際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值Cs和每度計數(shù)值CD。考慮到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進位界限的關系，實際溫度Ts可用下式計算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD 圖5 DS18B20測溫原理圖

12、四 系統(tǒng)程序的設計系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，報警子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 1 主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示，讀出并處理DS18B20的測量溫度值。溫度測量每1s進行一次。主程序流程圖如圖6所示。2 讀出溫度子程序讀出溫度子程的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時須進行CRC校驗，校驗有錯時不能進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。讀出溫度子程序流程圖如圖7所示。 3 溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令。當采用12位分辨率時，轉換時間約為750 ms。在本程序設計中，采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命

13、令子程序流程圖如圖8所示。4 計算溫度子程序計算溫度子程序將RAM中讀取的值進行BCD碼的抓換運算，并進行溫度值正負的判斷。其流程圖如圖9所示。5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高數(shù)據(jù)顯示位為0時，將符號顯示位移入下一位。顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖如圖10所示。Y發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節(jié)完？結束CRC校驗正確？移入溫度暫存器NYN初始化顯示調(diào)用子程序1s到？初次上電？讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉換開始命令 N YY N 圖6 主程序流程圖發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM

14、命令發(fā)溫度轉換開始命令結束圖7 讀出溫度子程序流程圖圖8 溫度轉換命令子程序流程圖開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標志計算小數(shù)位溫度BCD值計算整數(shù)位溫度BCD值結束置“+”標志YN圖9 計算溫度子程序流程圖溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？百位數(shù)0？百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號）十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示結束圖10 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖 Y NYN右圖為DS18B20 引腳圖DS18S20采用3腳PR35封裝（或8腳SOIC封裝），DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，VDD為電源電壓。五 匯編程序#include#include #define uchar unsigned char #define u

15、int unsigned intsbit DATA = P37; /DS18B20接入口uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;char bai,shi,ge; /定義變量/*延時子函數(shù)*/void delay(uint num)while(num-) ;/*DS18b20溫度傳感器函數(shù)*/Init_DS18B20(void) /傳感器初始化 uchar x=0; DATA = 1; /DQ復位 delay(10); /稍做延時 DATA =

16、 0; /單片機將DQ拉低 delay(80); /精確延時 大于 480us /450 DATA = 1; /拉高總線 delay(20); x=DATA; /稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗 delay(30);/讀一個字節(jié)ReadOneChar(void)uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i0;i-) DATA = 0; / 給脈沖信號 dat=1; DATA = 1; / 給脈沖信號 if(DATA) dat|=0x80; delay(8); return(dat);/寫一個字節(jié)WriteOneChar(unsigned char

17、dat) uchar i=0; for (i=8; i0; i-) DATA = 0; DATA = dat&0x01; delay(10); DATA = 1; dat=1; delay(8);/讀取溫度int ReadTemperature(void)uchar a=0;uchar b=0;int t=0;float tt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0x44); / 啟動溫度轉換Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序號列號的操作WriteOneChar

18、(0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度a=ReadOneChar();/低位b=ReadOneChar();/高位t=b;t=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t= tt*10+0.5; return(t);/*顯示子函數(shù)*/void display(int bai,int shi,int ge)P2=0XFB; /顯示小數(shù)點P0=0X80; /顯示小數(shù)點delay(50);/顯示小數(shù)點P2=0xf7;P0=tablebai;/顯示千位delay(50);/一小段延時動態(tài)顯示P2=0xfb;P0=tableshi;/顯示百位delay(50);P2=0xf

19、d;P0=tablege;/顯示十位delay(100);P2=0xfe;P0=table0;/顯示個位delay(50);void main()int temp;while(1) temp=ReadTemperature();/讀溫度bai=temp%1000/100;/顯示百位shi=temp%100/10;/顯示十位ge=temp%10;/顯示個位display(bai,shi,ge);/顯示函數(shù) 八 元件清單（名稱、型號、數(shù)量）元件名稱型號數(shù)量單片機芯片89C511溫度傳感器DS18B201晶振12MHz1電源5V1三極管8550（PNP）4電容30pF210uF1排阻1K2（并聯(lián)）LED數(shù)碼管03641B（共陽）1電阻1K46.8K17.5K1萬能板1IC插座若干導線若干小組成員：2010年12月24日