(参考温度部分)基于DS18B20的温度控制系统毕业设计

扬州市职业大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于DS18B20的温度控制系统系别：电子工程系专业：通信技术班级：09通信（1）姓名：高立元学号：指导教师：完成时间：2012年5月扬州职业大学毕业设计（论文）第2页共38页目录第1章绪论…………………………………………………………………………5第2章设计任务及方案分析………………………………………………………62.1设计任务及要求……………………………………………………………62.2设计总体方案及方案论证………………………………………………62.2.1系统总体设计………………………………………………………………62.2.2主控制部分…………………………………………………………………62.2.3温度检测部分………………………………………………………………7第3章芯片功能简介……………………………………………………………83.1AT89S51的功能简介…………………………………………………83.1.1AT89S51芯片简介…………………………………………………………83.1.2引脚说明……………………………………………………………………83.2DS18B20的功能简介……………………………………………………113.2.1芯片简介…………………………………………………………………113.2.2DS18B20外形和内部结构………………………………………………113.2.3DS18B20与单片机的典型接口设计……………………………………14第4章系统硬件电路的设计……………………………………………………164.1主控制电路和测温控制电路原理图………………………………………164.2上电复位电路………………………………………………………………164.3时钟电路……………………………………………………………………164.4按键电路……………………………………………………………………174.5数码管显示电路……………………………………………………………174.6温度报警电路………………………………………………………………19第5章系统软件的设计…………………………………………………………20扬州职业大学毕业设计（论文）第3页共38页5.1主程序流程图……………………………………………………………205.2DS18B20复位检测子程序流程图…………………………………………205.3温度转换子程序图…………………………………………………………215.4写DS18B20子程序图……………………………………………………215.5读DS18B20子程序图………………………………………………………225.6温度计算子程序图…………………………………………………………235.7显示子程序图………………………………………………………………235.8温度比较报警子程序……………………………………………………245.9按键扫描子程序…………………………………………………………25第6章调试与仿真………………………………………………………………266.1软件调试仿真……………………………………………………………266.2硬件测试…………………………………………………………………26结论…………………………………………………………………………27致谢……………………………………………………………………………28参考文献…………………………………………………………………………29附录A源程序……………………………………………………………………30附录B实物图…………………………………………………………………36附录C原理图…………………………………………………………………37附录D仿真图…………………………………………………………………38扬州职业大学毕业设计（论文）第4页共38页题目：基于DS18B20的温度控制系统作者：高立元摘要：本论文介绍了一种以单片机为主要控制器件，以DS18B20为温度传感器的新型数字温度计。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要包括主控制器，测温控制电路和显示电路等，主控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20，显示电路采用4位共阳极LED数码管，通过三极管驱动显示。测温控制电路由温度传感器和预置温度值比较报警电路组成，当实际测量温度值超出预置温度值时，发出报警信号，且发光二极管亮。系统程序主要包括主程序，测温子程序和显示子程序等。DS18B20新型单总线数字温度传感器是DALLAS公司生产的单线数字温度传感器,集温度测量和A/D转换于一体,直接输出数字量,具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。关键词：数码管,AT89S51，DS18B20扬州职业大学毕业设计（论文）第5页共38页第1章绪论日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，在冶金、食品加工、化工等工业生产过程中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，都要求对温度进行严格控制。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向发展。在测温电路中，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，先进行A/D转换，然后用单片机进行数据的处理，再在显示电路上，将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换电路，因此感温电路的设计比较复杂。本数字温度计的设计采用美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，其温度值可以直接被读出来，通过核心器件单片机AT89S51控制温度的读写和显示，用LED数码管显示。测温范围为－55℃～＋125℃，最大分辨率可达0.0625℃。而且采用单总线与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。按照系统设计功能的要求，确定系统有5个模块组成：主控制器、温度传感器DS18B20、报警电路、按键预置温度值电路及显示电路。控制器使用AT89S51，温度传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以动态扫描法实现温度显示。综上所述，本设计以智能集成温度传感器DS18B20为例，介绍基于DS18B20传感器的数字温度计的设计，该设计适用于人们的日常生活及工农业生产中用于温度的检测及控制。扬州职业大学毕业设计（论文）第6页共38页第2章设计任务及方案分析2.1设计任务及要求设计一个基于DS18B20的温度控制系统，其可实现的功能为：(1)用DS18B20温度传感自检测温度；(2)用数码管显示温度，精确到0.1摄氏度；(3)当温度在温度上下限之外时，用声光提示；(4)温度上下限可设置；2.2设计总体方案及方案论证2.2.1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和报警模块五部分。系统总体框架如图2-1所示。2.2.2主控制部分方案一:此方案采用PC机实现,可在线仿真的功能,这让调试变得方便.但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信.需要通过RS232电平转换兼容,硬件的合成在线调试,较为繁琐,很不简便.而且在一些环境比较恶劣的场合,PC机的体积大,携带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2-1系统总体框架报警模块扬州职业大学毕业设计（论文）第7页共38页安装不方便,性能不稳定,给工程带来很多麻烦!方案二:此方案采用AT89S51八位单片机实现.单片机软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制.而且体积小,硬件实现简单,安装方便.既可以单独对多DS18B20控制工作,还可以与PC机通信.2.2.3温度检测部分方案一:采用热敏电阻,可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围,但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差,对于检测1摄氏度的信号是不适用的.而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.方案二:采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路，且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好.在0—100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。综上，本设计采用以AT89S51作为主控，以温度芯片DS18B20测量温度的温度控制系统。扬州职业大学毕业设计（论文）第8页共38页第3章芯片功能简介3.1AT89S51的功能简介3.1.1AT89S51芯片简介单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含计算机的基本功能部件：CPU、存储器、I/O接口电路、定时/计数器、串行口等。因此，单片机只需要在适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。MSC-51系列单片机是英特尔公司于1980年起推出的第二代产品。与8084相比，8051的硬件结构和指令系统均有很大改进，可支持更大的存贮空间，扩充了更多的硬件功能I/O功能，速度提高了2-5倍，可完成逻辑运算等。近年来推出的一些增强的MSC-51系统单片机，片内还集成了许多特殊功能单元，只需要加一些扩展电路及必要的通道接口即可构成各种计算机应用系统。因此，MSC-51系统单片机在智能仪表、智能接口、功能模块等领域得到了非常广泛的应用。主要技术特性：①适于控制应用的8位CPU。②64KB程序存贮器空间和64KB数据存贮器空间。③4KB片内程序存贮器。④128B片内数据RAM。⑤2个16位定时/计数器。⑥扩展的逻辑处理能力。3.1.2引脚说明扬州职业大学毕业设计（论文）第9页共38页图3-1AT89S51引脚示意图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：8位双向I/O口。在访问外部存储器时，P0口用于分时传送低8位地址（地址总线）和8位数据信号（数据总线）。P0口能驱动8个LSTTL门。在不接外ROM和外RAM时，P0口可做双向I/O口用。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口负载能力为4个LSTTL门。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口：8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，P2口用于传送高8位地址。P2口负载能力为4个LSTTL门。P3口：8位准双向I/O口。可做一般I/O口用，同时P3口每一引脚还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。P3口第二功能如下。P3.0--RXD（串行输入口）P3.1--TXD（串行输出口）P3.2--/INT0（外部中断0）扬州职业大学毕业设计（论文）第10页共38页P3.3--/INT1（外部中断1）P3.4--T0（定时/计数器0外部输入）P3.5--T1（定时/计数器1外部输入）P3.6--/WR（外部数据存储器写选通）P3.7--/RD（外部数据存储器读选通）P3口负载能力为4个LSTTL门。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE、/PROG：①正常使用为ALE功能，用来锁存P0口送出的低8位地址。P0口一般分时传送低8位地址还是8位数据地址呢？当ALE信号有效时，P0口传送的是低8位地址信号；ALE信号无效时，P0口传送的是8位数据信号。通常在ALE信号的下降沿，锁定P0口传送的内容，即低8位地址信号。需要指出的是，当CPU不执行访问外RAM指令（MOVX）时，ALE以时钟振荡频率1/6的固定速率输出，因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。但是，当CPU执行MOVX指令时，ALE将跳过一个ALE脉冲。ALE端可驱动8个LSTTL门电路。②/PROG在固化片内存储器的程序（也称为“烧录程序”）时，此引脚用于输入编程脉冲，此时为低电平有效。/PSEN：外ROM的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外RAM