基于DS18B20的温度测量系统设计

课程设计(论文)题目名称基于DS18B20温度测量系统设计课程名称单片机原理及应用学生姓名尹彬涛学号1341301075系、专业电子信息工程指导教师江世民2015年6月12日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,本文主要介绍了一个基于STC89C52单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点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进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，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STC89C52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，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：单片机;DS18B20;温度传感器;数字温度计;STC89C52目录摘要.........................................................1引言.........................................................3一、方案介绍.................................................31、显示部分..................................................32、温度采集..................................................53、方案流程图...............................................5二、总体方案设计............................................61、硬件设计................................................61.1温度采集设计............................................61.2温度显示设计.............................................62、软件设计................................................72.1DS18B20程序设计.........................................72.2显示部分程序设计.........................................8三、实验调试过程.............................................101、软件调试..................................................101.1显示部分调试............................................10四、心得体会.................................................10五、致谢.....................................................11六、参考文献.................................................12七、附录.....................................................12附录一程序代码............................................12附录二仿真电路图..........................................18引言在日常生活及工农业生产中经常要涉及到温度的检测及控制，传统的测温元件有热点偶，热敏电阻还有一些输出模拟信号得温度传感器，而这些测温元件一般都需要比较多的外部硬件支持。其硬件电路复杂，软件调试繁琐，制作成本高，阻碍了其使用性。因此美国DALLAS半导体公司又推出了一款改进型智能温度传感器——DS18B20。本设计就是用DS18B20数字温度传感器作为测温元件来设计数字温度计。本设计所介绍的数字温度计与传统温度计相比，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。本设计显示精度为1，只能用于日常生活粗测。该设计控制器使用单片机STC89C51，测温传感器使用DS18B20,显示器使用液晶显示。一、方案介绍1、显示部分显示部分是本次设计的重要部分，一般有以下两种方案：方案一：采用LED显示，分静态显示和动态显示。对于静态显示方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，可靠性也较低。对于动态显示方式，虽可以避免静态显示的问题，占用单片机IO口少，节约资源，而且接线简单。方案二：采用LCD显示。LCD液晶显示具有丰富多样性、灵活性、电路简单、易于控制而且功耗小等优点，对于信息量多的系统，是比较适合的。鉴于该系统信息量少，我们采用方案一。2、温度采集由于现在用品追求多样化，多功能化，给系统加上温度测量显示模块，能够方便人们的生活，使该设计具有人性化。本次实验是设计列车车轴实时温度检测系统，所以我们采用温度传感器DS18B20，用DS18B20测温度就无需外接A/D转换电路，其输出的温度值就是已经经过了A/D转换，已经是数字量了。DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，精度为0.0625摄氏度，固有的测温分辨率为0．5℃，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。基于DS18B20的以上优点，我们决定选取DS18B20来测量温度。3、方案流程图温度传感器DS18B20集成了A/D转换的功能，所以在连接单片机时无需进行A/D转换电路的连接，将采集的温度数据经过DS18B20的处理将温度值输出给单片机，通过单片机的控制输出使数码管显示，倘若实测的温度大于人为设置的温度时，单片机I/O口P3.0输出高电平，使报警系统工作报警。流程图如图1.3所示：图1.3流程图二、总体方案设计1、硬件设计1.1温度采集设计温度传感器采用DSl8820，其是一种单总线智能型温度传感器，只有三线接口，分别为地线（GND）、数据线（DQ）、电源线（VCC）。DSl8820输出信号为数字信号，处理器与DSl8820通过数据线(DQ)来完成双向通信，因此采用DSl8820使得电路十分简单。温度变换功率可以来源于外电源，也可以来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DSl8820供电。DSl8820的电压范围为+3．0～+5．5V，测温范围为-55～+125℃，固有的测温分辨率为0.5℃，最高精度可达0．0625℃，最大的转换时间为200ms。一条总线上面可以挂接多个DSl8820实现多点测温。本实验温度路数只有一路，所以单独使用一个+5V电源对DS18B20供电。引脚图如图2.1.1（a），元件图如图2.1.1（b）：DS18B20温度传感器80C51单片机四位一体数码管图2.1.1（a）图2.1.1（b）1.2温度显示设计在实验中，我们采用四位一体LED共阴极数码管显示，段选端由单片机P0口控制，之间外接上拉电阻。理想情况下单片机P0口输出的高电平为+5V，足以使数码管点亮，但在实际接线中，要接一个上拉电阻，这样才能使数码管正常工作。数码管的位选端与单片机P2口连接，通过程序控制P2口输出高低电平来控制数码管位选。图2.12(a)、图2.1.2(b)分别为数码管引脚图和实物图：图2.1.1（a）数码管引脚图2.1.2（b）实物图2、软件设计2.1DS18B20程序设计对于DS18B20的程序编写要特别注意时序问题，如果采用C语言编程，其对时序要求很严，倘若时序错误会导致单片机读不到数据，或是读到的数据都是错误的，更严重就是传感器不工作，无法进行温度采集；汇编语言对时序要求没有那么严格，因为程序运行每一条汇编语句都会有一个机器周期。下面就是DS18B20各个状态下得时序介绍：1、DS18B20复位初始化时序先通过单片机把DQ电平拉低，即DQ=0,然后通过一个480us到960us的延时,再拉高电平等待15us,当对传感器进行复位操作时,成功了则DS18B20会自动将DQ拉低,此时单片机对DQ温度值进行读取；倘若不成功则DQ一直保持高电平，单片机无法从DS18B20读取温度值。复位时序如图2.2.1(a)所示：图2.2.1（a）DS18B20复位初始化时序图2、写DS18B20温度时序写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉低等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。温度写时序如图2.2.1(b)：图2.2.1(b)写DS18B20温度时序图3、读DS18B20温度时序先将DQ电平拉低，然后单片机再将DQ电平拉高，如果DQ的数据是“1”时，则单片机在采样时就会采到一个高电平；如果在DQ的数据变成了“0”，则说明DS18b20自动将电平拉低，单片机采样时就会得到一个低电平。温度读时序如图2.2.1(c)：图2.2.1(c)读DS18B20温度时序图2.2显示部分程序设计显示有静态显示和动态显示，两者区别在于静态显示接线多，用到的IO口多，所以对单片机资源浪费大，但是其编程简单；动态显示接线少，占用的IO口少，资源利用充分，但是其编程比较复杂。本实验采用动态显示，采用四位一体共阴极数码管，段选端用P0口控制，位选端用P2口控制，显示图如图2.2.2(a)所示图2.2.2（a）显示图因此，整个的程序流程图如图2.2.2(b),单片机上电，进行单片机初始化，之后进行DS18b20的初始化，将原有的温度擦除。初始化完成后，当总线接收到从高电平到低电平的脉冲时，则温度传感器进行写操作，将温度值写入。温度数据转换完成后，单片机P1口将温度值读入单片机中，经过程序处理显示到数码管上。在单片机进行数据处理时，倘若实际温度大于设定温度时，触发报警电路工作，产生报警，如果温度正常则报警电路不工作。图2.2.2（b）程序流程图三、实验调试过程1、软件调试1.1显示部分调试为了减少错误的发生，我们采用了分步调试，首先直接将一位数码管接地选通，然后通过单片机控制显示；如果没有错误，再进行两位显示，在两位显示之前要将数据进行处理，取出十位，个位，如此依次将三位温度值显示出来。但是在显示过程中我们发现显示的数据一直在闪烁，不是静止的，我们试着把延时时间延长，但是任然不起作用，没有任何变化。经过多番努力，江老师一语惊醒梦中人，我们在将P2口置了数选通数码管之后，下一个数据在选通数码管时没有重新将P2口初始化即还原（MOVP2,#0FFH）。程序如下：MOVA,32HMOVDPTR,#SGTB1MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0FFH；P2口复位MOVP0,A；显示温度个位值初始化DS18b20发44H温度转换指令发CCH跳过ROM指令数码管显示80C51温度数据处理开始延时等待温度转换完毕初始化DS18b20发BEH温度读取指令发CCH跳过ROM指令数据存入缓冲区MOVP2,#0FDH；位选LCALLDELAY有了P2口的复位这条