基于DS18B20的传感器课程设计.doc

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1、数字温度传感器余晓聪电子科学系 08电科2班 080702236摘 要：本文介绍了基于单片机STC89C52的温度测量系统的设计方案与硬件实现。采用温度传感器DS18B20采集温度数据，数码管显示温度数据，按键设置温度上下限。基于这个基础上可以用于各种温度的控制，如温控饮水机、风扇、咖啡机、冰箱、空调等。关键子：单片机；数字温度传感器引 言随着社会的发展，温度的测量及控制越来越重要。本文采用单片机STC89C52设计了温度实时测量系统。单片机能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度数据来控制其他操作。从而把温度控制在设定的范围内。所有的温度数据通过数码管显示。此方法能对温度进行精确有效的控

2、制。通过对单片机进行编程能减少电路的复杂性进行更多的控制。正 文1 系统总体设计系统主要包括单片机模块、温度采集模块、温度显示模块，温度上下限调整模块等四部分。系统总体框架如图1所示。单片机处理模块温度采集模块温度显示模块温度上下限调整模块图1 系统总体框架报警模块2 单元模块21单片机处理模块处理模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处理与显示、温度上下限值的设定。本文采用STC89C52RC作为处理模块。这是STC公司推出的8051系列微处理器。它的特点是价格低、功耗低、高可靠、无法解密，内部Flash擦写次数为100,000次以上。图2是该芯片的引脚图。图2 STC89C52引脚

3、图 图3是STC89C52的最小系统。图322温度采集模块温度由Dallas 半导体公司的一线数字化温度传感器DS18B20采集。DS18B20测温范围为-55+125，测温分辨率可达0.0625，被测温度用16位二进制形式串行输出。用户设定的上下限温度储存在EEPROM中，掉电后依然保存。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信。占用微处理器的端口少，可节省大量的引线和逻辑电路。图4为DS18B20的引脚图。图4 DS18B20是通过一种片上温度测量技术来测量温度的。图5示出了温度测量电路的方框图。图5由图5可知DS18B20用一个高温度系数的振荡器确立一个门周期，内部计数器在这个门

4、周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应与-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55）的值增加，表明所测的温度大于-55。同时计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以及在测温时获得比较高的分辨力。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道给定温度下计数器的值和每一度的计数值。DS18B20内部对此计算的结

5、果可提供0.0625的分辨力。温度以16bit带符号位扩展的二进制补码形式读出。表1给出了温度值和输出数据的关系。 表1温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+1250000 0111 1101 000007D0+25.06250000 0001 1001 00010191+0.50000 0000 0000 1000000800000 0000 0000 00000000-0.51111 1111 1111 1000FFF8-25.06251111 1110 0110 1111FFCE-551111 1100 1001 0000FC90二进制的低四位是小数数据，高五位是符号位。正温度时，

6、读到的16位数据乘以0.0625就可以得到实际温度。若是负温度则要把读到的数据按位取反再加1，之后按正温度转换，前面加符号就行了。另一种转换方法就是分离出低四位，中间七位和高五位。低四位乘以0.0625就可以得到小数部分的值，中间八位直接就是整数部分的值。高四位就是判断符号的。 DS18B20内部有一个9字节的高速存储器用于存储温度值。其中前两个字节是测得的温度数据，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位，第三和第四字节是温度上限TH与温度下限TL的易失性拷贝，第五字节是结构寄存器的易失性拷贝，第6，7，8这三个字节用于内部计算，第九个字节是冗余检验字节CRC，可用来保证通信

7、的正取性。当温度转换命令发出后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在此存储器的第1和第2个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。通过单线总线端口访问DS18B20的协议如下：初始化、ROM操作命令、存储器操作命令、执行/数据。ROM操作命令:Read ROM 33H 这个命令允许总线控制器读到DS18B20的8位系列编码、唯一的序列号和8位CRC码。只有在总线上存在单只DS18B20的时候才能使用这个命令。如果总线上不止一个从机时，当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突。Match ROM 55H 匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，让总线控制器在多点总线

8、上定位一只特定的DS18B20。只有和64为ROM序列完全匹配的DS18B20才能响应随后的储存操作命令。Skip ROM CCH 这条命令允许总线控制器不用提供64位ROM编码就使用储存器操作命令，在单点总线情况下用以节省时间。如果总线上不止一个从机，在Skip ROM命令之后跟着发一条读命令，由于多个从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。Search ROM F0H 当一个系统初次启动时，总线控制器可能不知道单线总线上有多少器件或它们的64位ROM编码。搜索ROM命令允许总线控制器用排除法识别总线上的所有从机的64位编码。Alarm Search ECH 这条命令的流程图和Search

9、 ROM相同。然而，只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的情况，DS18B20才会响应这条命令。表2为命令设置。 表2命令说明协议单线总线发出协议后温度转换命令Convert T开始温度转换44H存储器命令Read Scratchpad读取暂存器和CRC字节BEHWriteSchratchpad把字节写入暂存器的地址2和3（TH和TL温度报警促发）4EHCopy Scratchpad把暂存器内容拷贝到非易失性存储器中（仅指地址2和3）48HRecall E2把非易失性存储器中的值召回暂存器（温度报警触发）B8HRead Power Supply标识DS18B20的供电模式B4HDS18B20具

10、体的命令和时序图请参考文献1。图6为DS18B20的电路连接图。图6DS18B20有两种供电接法，图6采用的是接入外部电源。这样做的好处是I/O线上不需要加强上拉，而且总线控制器用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据的往来。另外，在单总线上可以挂任意多片DS18B20，而且如果它们都使用外部电源的话，就可以先发一个Skip ROM命令，再接一个Convert T命令，让它们同时进行温度转换。注意当加上外部电源时，GND引脚不能悬空。23温度显示模块由于此文重在说明DS18B20的功能及使用，所以显示部分就采用简单的数码管显示。只显示两位整数和一位小数，负温

11、度就不显示了。图6为数码管的连接图。图724温度上下限调整模块图7为温度上下限调整模块。图8所选按键是轻触开关。按一次S1后，会在数码管显示DS18B20内储存的温度上限。按第2次后就能调节温度的上限，通过S3和S4来调节。按下第3次后恢复到温度的显示。S2是调节温度下限的。操作方法和S1一样。25报警电路该模块只是用发光二极管表示。灯亮就报警。如图9图93 总体原理图 图10为电路的总体原理图。图10图104 程序本程序是采用C语言写的。/*功能说明按S1查看温度上下限按S2、S3可改变上下限，按S2减1，按S3加1如果实际温度超过上下限或18b20不存在，则报警*/#include #in

12、clude #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define flag1 F0 /18b20存在标志sbit io=P22;sbit key1=P10;/查看温度上下限sbit key2=P11;/ 减1sbit key3=P12;/ 加1 sbit wei1=P21;/第一个数码管位选sbit wei2=P23;/第二个数码管位选sbit wei3=P24;/第三个数码管位选sbit bj=P25;uchar count;/key1按下的次数uchar code disp=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,

13、0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/ uchar code xiaoshu16=0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;uchar a,b,h,l;/从ds18b20读出来的数据uchar shi,ge,xiao,temp;uchar delay1;/作延时用void delay(uint i); /延时11us *ivoid deal_with();void display();void reset();uchar read();/读一个字节void write(uchar dat); /写一个字节到ds18b20/void beep(); /报警vo

14、id keyscan();void set();/改变温度上下限和精度void copy();/复制温度上下限到ROMvoid check(); /把当前温度与上下限比较void main() while(1) reset();/改变上下限和精度 while(flag1) /beep(); /报警reset(); reset(); write(0xcc);/ 跳过读序号列号的操作 write(0x44); / 启动温度转换 reset(); write(0xcc);/ 跳过读序号列号的操作 write(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度 a=read();/温

15、度低位 b=read();/温度高位 h=read();/温度上限 l=read();/温度下限 if(count=0) /如果无键按下 deal_with(); display(); keyscan(); check(); void delay(uint i) /延时11us *iwhile(i-);void deal_with()b=b4;/舍弃小数xiao=xiao&0x0f;/得到小数temp=b|a; /得到温度整数部分shi=temp/10;ge=temp%10;void display()uchar d;wei1=0;wei2=0;wei3=0;P0=dispshi;wei1=1

16、;wei2=0;wei3=0;delay(100);wei1=0;wei2=0;wei3=0;d=dispge;P0=d&0x7f;/显示小数点 wei1=0;wei2=1;wei3=0;delay(100); wei1=0;wei2=0;wei3=0;P0=dispxiaoshuxiao;wei1=0;wei2=0;wei3=1;delay(100);void reset()/改变上下限和精度函数flag1=1; io=1; delay(8); /稍做延时 io=0; delay(80);/延时大于480us io=1; delay(6); flag1=io;/如果flag是0,则初始化成功

17、 delay(20);uchar read()/读一个字节uchar k,dat=0;for(k=0;k=1;io=1;if(io)dat=dat|0x80;delay(4);return dat;void write(uchar dat) /写一个字节到ds18b20uchar j;for(j=0;j1; /把dat的最低位送到io口io=CY;delay(5);io=1;delay1=1;/延时2usdelay(4);void beep()/报警函数uchar i;for(i=0;ih)|(templ)beep();5 结束语 本文详细介绍了系统的设计，可以应用本设施到很多温度的控制领域，只要增加单片机的外围电路，就能实现很多操作。如热水器，设置好温度就可以进行加热，水温达到设定的温度时就通过单片机的控制停止加热，或水温低于一个值时，通过单片机控制加热。运用范围很广。6 参考文献1周润景 张丽娜 基于proteus的电路及单片机系统设计与仿真M.北京航空航天大学出版社 20062郭天祥 单片机十天征服你教学视频