DS18B20+89c51+lcd12232显示

目录1、设计任务及要求......................................................................-0-1.1设计任务.........................................................................-1-1.2设计要求.........................................................................-1-2、设计总体方案及器材选用分析..............................................-2-2.1方案论证..........................................................................-2-2.2方案的总体设计框图......................................................-2-3、电路原理图及硬件设计..........................................................-3-3.1电路原理图介绍分析.....................................................-4-3.2单片机主控制器系统.....................................................-0-3.3温度传感器模块..............................................................-0-3.4显示模块..........................................................................-5-3.5电源模块..........................................................................-5-4、系统程序的设计......................................................................-5-5、调试及仿真............................................................................-11-6、总结和体会..............................................................................-1-1、设计任务及要求-1-1.1设计目的此次我们的设计，目的就是用单片机实现温度的控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠习惯差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才由单片机处理。本次采用DS18B20温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。该数字温度计利用DS18B20温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由数模转换器转换成单片机能够处理的数字信号，送到单片机进行处理变换，最后经过三极管的放大显示在共阴极数码管上。系统以51单片机为控制核心，加上测温电路，AD数模转换器，4位温度数据显示数码管以及外围电源时钟电路组成。1.2设计要求5V电源（＋－0.3v）用于温度计的供电；温度采集采用DS18B20温度传感器；数字式温度计要求测温范围为－5～35°C，精度误差在0.1°C以内。4位数字共阴极数码管显示；3个按键，分别为复位重置按键，温度上限设置按钮，温度下限设置按钮；设计温度显示计（含报警功能）电路图，并且用相关-2-软件进行仿真演示；演示成功之后，设计和绘制软件流程图，并用C语言进行程序编写2、设计总体方案及器材选用分析2.1方案论证方案:进而考虑到使用温度传感器,在单片机电路设计中，大多时使用传感器，这是我们应该想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此温度传感器，可以很容易读出北侧温度值，进行转换，就可以满足设计要求，另外我们还别出心裁的在电路中加入了温度报警电路，可以实时监测温度，这在实际生产生活中有很大应用。2.2方案的总体设计框图根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以及进行长距离传输时的串/并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示-3-电路上显示，本系统显示器用4位共阴LED数码管以动态扫描法实现。检测范围5摄氏度到38摄氏度。数字温度计总体电路结构框图如图1所示。3、电路原理图及硬件设计AT89C51单片机主控制器显示电路温度传感器DS18B20扫描驱动-4-3.1电路原理图介绍分析本次设计的温度计的电路图：3.2单片机主控制器系统AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.3温度传感器模块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：●独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信；●多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；●无需外部器件；●可通过数据线供电，电压范围：3.0～5.5V；●测温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃●零待机功耗●温度以9或12位数字量读出；●用户可定义的非易失性温度报警设置●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-1-DS18B20采用3脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图3所示：图3DS18B20内部结构框图64b闪速ROM的结构如下：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。主机操作ROM的命令有五种，如表1所列-2-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4所示。前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.温度低位LSB温度高位MSBTHTL配置保留保留保留8位CRC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，指令说明读ROM（33H）读DS1820的序列号匹配ROM（55H）继读完64位序列号的一个命令，用于多个DS1820时定位跳过ROM（CCH）此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820搜ROM（F0H）识别总线上各器件的编码，为操作各器件作好准备报警搜索（ECH）仅温度越限的器件对此命令做出响应-3-2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，数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。温度值格式如下：这是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。图中，S表示位。对应的温度计算：当符号位S=0时，表示测得的温度植为正值，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，表示测得的温度植为负值，先将补码变换为原码，再计算十进制值。例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以0.0625℃／LSB形式表示。表2是部分温度值对应的二进制温度表示数据。DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较，若TTH或TTL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。-4-在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。3）DS18B20测温原理DS18B20的测温原理如图5所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量.计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5℃，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度Ts可用下式计算：Ts=（Tz-0.25℃）+(CD-Cs)/CD-5-3.5显示模块采用LCD12232显示。此外我们设置了KEY1，KEY2，KEY3三个按钮，KEY1是复位键，KEY2是增加上线温度报警键，KEY3是减少下线温度报警键。3.6电源模块5V直流电源（＋－