基于单片机的DS18B20温度传感器课程设计报告.doc

基于AT89C52单片机的DS18B20温度传感器设计报告设计时间：12月22日12月26日班 级： 姓 名： 报告页数： 25页 广东工业大学课程设计报告设计题目：基于AT89C52单片机的DS18B20温度传感器 学院： 专业： 班 学号： 姓名： (合作者_号_) 成绩评定_教师签名_摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本次课程设计主要设计一个基于89C51单片机的数字温度传感器DS18B20开发测温系统，重点学习掌握对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程的详尽分析，提高电路设计的技巧。该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，有广泛的应用前景。关键词：单片机；温度采集；AT89C52；DS18B20；目 录1 设计任务12 总体方案设计12.1 方案论证121.1 方案一12.1.2 方案二12.2 总体设计框图及电路23 硬件设计33.1 单片机系统33.2 数字温度传感器模块43.2.1 DS18B20性能43.2.2 DS18B20外形及引脚说明43.2.3 DS18B20接线原理图53.2.4 DS18B20时序图53.2.5 数据处理63.3 1602液晶显示电路74 软件设计84.1 主程序模块84.2 读温度值模块94.3 中断模块104.4 温度报警模块104.5程序开发10 4.6 PCB电路板的制作.195 程序的仿真及产品调试206 总结与讨论23参考文献：24附录：元器件清单1 设计任务采用方案一（温度传感器LM35，3位半A/D转换器）或者方案二（52单片机，温度传感器DS18B20），数码管或者液晶显示，设计一个日常温度数字计。 产品指标及技术要求： 温度显示范围：045摄氏度 数字显示分辨率：0.1摄氏度 精度误差：小于等于0.5摄氏度 电路工作电源可在59V范围内工作2总体方案设计 2.1方案论证 2.1.1方案一采用温度传感器LM35，3位半A/D转换器，数码管或者液晶显示，设计一个日常温度数字计。本方案主要利用硬件电路连接，通过更改电路器件参数，显示出3位半温度，并没有利用软件编程。本方案设计简单，但电路复杂，这种设计需要用到A/D转换电路，增大了电路的复杂性，而且要做到高精度也比较困难。并且基本电路中所需要的器件和芯片成本不便宜。 2.1.2方案二采用AT89C52单片机，温度传感器DS18B20，数码管或者液晶显示，设计一个日常温度数字计。本方案主要利用硬件电路连接，通过软件编程，显示出3位半温度。本方案设计比较难，要同时考虑硬件的连接和软件编程，但电路简单，另外DS18B20具有3引脚的小体积封装，测温范围为-55+125摄氏度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。并且基本电路中所需要的器件和芯片成本便宜。以上两种方案相比较，第二种方案的电路、软件设计更简单，成本便宜，此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到要求，故本设计采用方案二。 12.2总体设计框图及电路本方案设计的系统由单片机系统、数字温度传感器、液晶1602显示模块、时钟模块组成，其总体架构如下图1。AT89C52单片机1602液晶显示电路温度传感器时钟，复位电路 电路设计:AT89C52单片机最小系统+DS18B20数字温度传感器模块+液晶1602驱动显示模块 图1单片机最小系统 图2 DS18B20数字温度传感器模块 2 图3液晶1602驱动显示模块 3硬件设计3.1 单片机系统 AT89C52单片机引脚介绍 AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的89C52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接11.0592MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件编程定义。 图4 晶振电路图 图5 复位电路图 3 图6 单片机管脚图3.2 数字温度传感器模块 3.2.1 DS18B20性能l 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信l 简单的多点分布应用l 无需外部器件l 可通过数据线供电l 零待机功耗l 测温范围-55+125，以0.5递增l 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625l 温度数字量转换时间200ms，12位分辨率时最多在750ms内把温度转换为数字l 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统l 负压特性：电源极性接反时，传感器不会因发热而烧毁，但不能正常工作 3.2.2 DS18B20外形及引脚说明l GND：地l DQ：单线运用的数据输入/输出引脚l VD：可选的电源引脚 4图7 DS18B20外形及引脚 3.2.3 DS18B20接线原理图单总线通常要求接一个约4.7K左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。图8 DS18B20接线原理图 3.2.4 DS18B20时序图主机使用时间隙来读写DS18B20的数据位和写命令字的位。1.初始化时序 5图9 DS18B20初始化时序2.DS18B20读写时序图10 DS18B20读写时序 3.2.5 数据处理高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在 高速暂存存储器的第0和第1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。 6图11 字节分配下表为12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0， 这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际 温度。 例如+125的数字输出为07D0H，实际温度=07D0H*0.0625=2000*0.0625=125。例如-55的数字输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H（符号位不变，也不作运算），实际温度=370H*0.0625=880*0.0625=55。可见其中低四位为小数位。图12 DS18B20温度数据表 3.3 1602液晶显示电路 LCD1602引脚功能说明第1脚：VSS为电源地 第2脚：VDD接5V电源正极 7第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。 第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极 图13 1602液晶显示电路及实物图4 软件设计 4.1 主程序模块 主程序需要调用3个子程序，分别为：l 实时温度显示子程序：驱动液晶1602把实时温度值送出在液晶屏显示l 中断定时及显示子程序：驱动液晶1602把定时时钟送出在液晶屏显示l 温度设定、报警子程序：设定报警温度值，当温度超过或者低于该值时产生报警，即驱动液晶屏显示不同的界面主程序流程图：显示温度时钟，温度报警对温度传感器进行设置，读取温度，对中断定时数据处理转化返回开始开始 8 4.2 读温度值模块 读温度值模块需要调用4个子程序，分别为：l DS18B20初始化子程序：让单片机知道DS18B20在总线上且已准备好操作l DS18B20写字节子程序：对DS18B20发出命令l DS18B20读字节子程序：读取DS18B20存储器的数据l 延时子程序：对DS18B20操作时的时序控制读温度值模块流程图：入口 跳过读序列号DS18B20初始化启动温度转换DS18B20初始化延时跳过读序列号读取温度值高低位返回 数据转换处理 图14 读温度值子程序流程图 9 4.3 中断模块中断采用T0定时器方式1，初始值定时为50ms，并不断计数。来模拟时钟中断模块流程图：中断入口定时器重置初值计数值加1否，返回计数1秒？1分？1时？是，显示时钟中断返回图15中断模块流程图 4.4 温度报警模块 设定报警温度上限值，当温度超过该值时产生报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“weater:hot”的界面 设定报警温度下限值，当温度低于该值时产生报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“weater:cold”的界面 当温度在上限值和下限值之间时，不产生报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“Happy Everyday!”的界面 4.5 程序开发 10 软件程序使用C语言编写开发，开发环境软件为Keil4应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存建立工程并添加源文件设置工程编译/汇编、连接，产生目标文件程序调试。Keil使用“工程”(Project)的概念，对工程(而不能对单一的源程序)进行编译/汇编、连接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。首先选择菜单File-New，在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序(或选择File-Open，直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档)并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm(.a51)或.c；然后选择菜单Project-New Project，建立新工程并保存(保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2)；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页(Files)会出现“Target1”，将其前面+号展开，接着选择Source Group1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“Add File to Group Source Group1”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件(在加入一个源文件后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其它文件)。加入文件后点close返回主界面，展开“Source Group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-Option for TargetTarget1(或点右键弹出快捷菜单再选择该选项)，打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在Output选项卡中选中“Creat Hex Fi”；其它选项卡内容一般可取默认值。工程设置后按F7键(或点击编译工具栏上相应图标)进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。成功编译/汇编、连接后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。如下为编译成功，并生成hex文件的界面 程序代码：/*基于AT89C52单片机的时钟+LCD1602显示+DS18B20温度*/#includereg52.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P27; 11sbit rs=P24;/lcd1602数据、命令选择端sbit rw=P23;/lcd1602读、写选择线sbit lcde=P22; /lcd1602使能线 uchar tp,tpx,num,count,miao,fen,shi;uchar code table=Happy Everyday!;uchar code table1= : : ;uchar code table2=weather:cold ;uchar code table3=weather:hot ;/*延时函数*/void delay(uint z)/ms级延时函数uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*void delay1()/us级延时函数1 ; ; */void delay2(uint i)/us级延时函数2while(i-); /* ds18b20初始化*/void init_ds18b20() /初始化DQ=1; /数据线拉高delay2(8); /大约80usDQ=0; /数据线拉低 12delay2(80); /（480us960us）大约798usDQ=1; /数据线拉高delay2(14); /(15us60us+40us240us)大约154us/* ds18b20读一个字节*/uchar read_ds18b20_byte()uchar i=0;uchar dat=0;for(i=0;i8;i+) /一个字节为8位，所以循环8次DQ=0; /数据线拉低dat=dat1; /字节右移一位DQ=1; /数据线拉高if(DQ=1) /判断读回是否为1dat=dat|0x80; /最高位或上一个1，使得最高位变为1delay2(4); /延时6usreturn dat; /循环8次完成一个字节，并返回数据/* ds18b20写一个字节*/void write_ds18b20_byte(uchar date) uchar i=0;for(i=0;i8;i+) /一个字节为8位，所以循环8次DQ=0; /数据线拉低DQ=date0x01; /取出数据的最低位送到数据线delay2(5); /66us,大于60usDQ=1; /数据线拉高 13date=date1; /字节右移一位，接着取第二位 /* ds18b20读取温度*/int read_ds18b20_temp() /考虑到温度可能为负值，所以使用int型uchar a=0; /用于读取低8位uint b=0; /用于读取高8位uint t=0; /用于组成新的温度init_ds18b20(); /初始化write_ds18b20_byte(0xcc); /忽略ROM指令write_ds18b20_byte(0x44); /进行温度转换init_ds18b20(); /初始化write_ds18b20_byte(0xcc); /忽略ROM指令write_ds18b20_byte(0xbe); /读暂存器指令a=read_ds18b20_byte(); /读取低8位b=read_ds18b20_byte(); /读取高8位a=a0x00ff; /将低8位与上0x00ff，设定低8位b=(b0x000f)8; /将高8位与上0x0000f,去掉高4位，左移取12位，设定为高8位t=a|b; /两者或组成一个16位的字节return t; /将温度值返回 /*LCD写入一个字节命令函数*/ 14void writecom(uchar com)rs=0; /写指令rw=0; /进行写操作lcde=0; delay(5);lcde=0;P1=com;delay(5);lcde=1; /使能端一个上升沿，把命令写入delay(5);lcde=0;/*LCD写入一个字节数据函数*/void writedate(uchar date)rs=1; /写数据rw=0; /进行写操作delay(5);lcde=0;P1=date;delay(5);lcde=1; /使能端一个上升沿，把数据写入delay(5);lcde=0;/*温度显示函数*/void wendudisplay()uint tp,tpz;uint tp2,tpshi,tpge,tpxiao; 15tp=read_ds18b20_temp(); /读温度tp2=tp0x000f;tpxiao=tp2*6/10;tpz=(tp0x0ff0)4;tpshi=tpz/10; /取十位tpge=tpz%10; /取个位writecom(0x80+0x40+10); writedate(tpshi+0x30); /显示温度十位writedate(tpge+0x30); /显示温度个位writedate(.);writedate(tpxiao+0x30);writedate(0xdf);writedate(C);/显示温度符号if(tpz15) writecom(0x80); for(num=0;num16;num+) writedate(table2num);delay(5); if(tpz25)(tpz15) writecom(0x80); for(num=0;num15;num+) writedate(tablenum);delay(5); if(tpz25) writecom(0x80); for(num=0;num16;num+) writedate(table3num);delay(5); 16/*LCD显示时分秒函数*/void writesfm(uchar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10; /取十位ge=date%10; /取个位writecom(0x80+0x40+add); /写入地址writedate(0x30+shi); /显示十位writedate(0x30+ge); /显示个位writecom(0x80+0x40+add); /返回地址 /*初始化函数*/void init()lcde=0;writecom(0x38); /设置LCD液晶16x2显示writecom(0x0c); /开显示writecom(0x06); /设置光标加1writecom(0x01); /清屏delay(5);TMOD=0x01; /设定T0定时器为工作方式1TH0=(65536-50000)/256; /装T0定时器初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1; /开总中断ET0=1;TR0=1;miao=12;fen=12;shi=12; 17/*主函数*/void main() init(); while(1) wendudisplay(); writesfm(0,shi); writesfm(3,fen); writesfm(6,miao); writecom(0x80+0x40+2); writedate(:); writecom(0x80+0x40+5); writedate(:); /* 中断函数*/void timer0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;count+;if(count=20)count=0;miao+;if(miao=60)miao=0; 18fen+; if(fen=60)shi+;fen=0;if(shi=24)shi=0; 4.6 PCB电路板的制作 本次设计的电路板采用ProtelPCB技术印制。 图16 Protel电路原理图 19 图17 Protel电路PCB图5 程序仿真及产品调试 程序仿真采用Protuer软件 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 设置温度上限为25度，温度下限为15度。如图18所示。此时温度为27.0度，超出上限温度，液晶屏显示“weather：hot”的界面。 20 图18如图19所示。此时温度为13.0度，低于下限温度，液晶屏显示“weather：cold”的界面。 图19如图20所示。此时温度为16.0度，在上限温度和下限温度之间，液晶屏显示“Happy Everyday!”的界面。 图20如图21所示，为整体电路图的仿真。 图21 21产品的调试包括PC