课程设计多点温度计设计Word格式文档下载.docx

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用图形液晶显示温度曲线，当前温度、单位等，利用单片机实现一些扩展功

能，如：

实现超温报警等，或结合自身能力实现其他功能。

1.2．课程设计内容

1.2.1设计方案

根据课程设计要求，制定课程设计方案。

采用专用集成数字化温度传感器DS18B20测温，它具有接口简单、直接数字量输出、精度高等优点。

DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它的温度检测与数字检测数据全集成于一个芯片之上，测量范围为-55～+125℃，在-10～+85℃内，精度为±

0.0625℃，完全可以满足设计指标要求。

在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号,这个序列号是出厂前已经刻录在DS18B20中，需要用户使用前进行读取。

它还可以实现“一线总线”的数字方式传输，即在一个端口上，可以挂很多数字温度传感器，通过读取每个DS18B20的序列号，进行匹配后完成多个DS18B20的测温过程，电路简单，易于实现。

另DS18B20支持3～5.5V的电源范围，使得系统设计更加方便灵活。

DS18B20支持报警温度设置，用户设定的报警温度保存在EEPROM存储器，满足部分扩展要求，并且掉电后依然保存，方便随时的通断电。

单片机控制模块以ATMEL公司生产的AT89C52单片机为主控核心，AT89C52单片机价格便宜，语言简单，是单片机初学者的基本入门课程，对于初学者来说使用容易，且可用性强。

在完成对DS18B20所采集的温度进行读取、输出并控制LED1602实时显示外，为了满足扩展要求，增加显示时间模块，完成对时间的设置，以达到设计要求。

温度显示模块选用字符型LED1602，1602使用技术成熟，价格便宜，对于实时显示温度、单位等可以满足要求。

按键模块直接使用普通按键，操作简单，价格便宜。

系统框图如图1所示。

图1多点测温系统框图

1.2.2设计内容

根据制定的实验方案，进行课程设计，其内容包括硬件电路设计和系统软件设计，其主要模块包括AT89C52单片机主控制模块、多个DS18B20测温模块、LED1602液晶显示模块和按键模块。

硬件电路较为简单，参照单片机AT89C52和数字温度传感器DS18B20的工作原理和技术手册，以及实验方案中的蜂鸣器设计、按键设计，完成硬件电路图的设计和绘制。

系统软件分为两大部分，DS18B20的序列号读取程序和温度测量程序。

根据DS18B2的工作过程和读写时序、AT89C52工作特点和想要达到的设计效果，进行程序的编写。

具体工作过程为：

下载读序列号程序，读取两个DS18B20中的序列号，并记录下来；

根据读取的序列号更改数组内容后，重新下载程序，进行多点测温过程，由DS18B20温度传感器芯片测量当前温度，通过程序匹配不同的DS18B20，传送各个DS18B20的测量值，将结果送入单片机；

通过AT89C52单片机芯片对送入的测量温度读数进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块，同时判断是否超过设定的警戒温度，决定蜂鸣器是否工作；

LED1602模块将送来的值显示于显示屏上。

单片机通过扫描按键，进入不同的子程序，完成时间的显示。

1.3．课程设计原理

1.3.1DS18B20工作原理

1.3.1.1DS18B20概述

DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。

因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

DS18B20产品的特点只要求一个端口即可实现通信。

在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。

实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。

测量温度范围在－55.C到＋125.C之间。

数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。

内部有温度上、下限告警设置。

DS18B20引脚功能描述见表1。

表1DS18B20详细引脚描述

DS18B20引脚图如图2所示。

1.3.1.2DS18B20的主要特性

（1）适应电压范围更宽，电压范围：

3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电 

。

（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯 

（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

（5）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±

0.5℃ 

（6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃可实现高精度测温。

（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快 

（8）测量结果直接输出数字温度信号，以"

一线总线"

串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 

（9）负压特性：

电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

1.3.1.3DS18B20内部结构

DS18B20的内部框图如图2所示。

64位ROM存储器件独一无二的序列号。

暂存器包含两字节（0和1字节）的温度寄存器，用于存储温度传感器的数字输出。

暂存器还提供一字节的上线警报触发（TH）和下线警报触发（TL）寄存器（2和3字节），和一字节的配置寄存器（4字节），使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的精度。

暂存器的5、6和7字节器件内部保留使用。

第八字节含有循环冗余码（CRC）。

使用寄生电源时，DS18B20不需额外的供电电源；

当总线为高电平时，功率由单总线上的上拉电阻通过DQ引脚提供；

高电平总线信号同时也向内部电容CPP充电，CPP在总线低电平时为器件供电。

（注：

INTERNALVDD-内部VDD64-BITROMAND1-wirePROT-64位ROM和单线端MEMORYCONTROLLOGIC-存储器控制逻辑SCRATCHPAD暂存器TEMPERATURESENSOR温度传感器ALARMHIGHTRIGGER（TH）REGISTER上限温度触发ALARMLOWTRIGGER（TL）REGISTER下限温度触发8-BITCRCGENERTOR8位CRC产生器POWERSUPPLLYSENSE电源探测PARASITEPOWERCIRCUIT寄生电源电路）。

图2DS18B20内部框图

1.3.1.4DS18B20中4个主要数据部件

①光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。

64位光刻ROM的排列是：

开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。

光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

②DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量。

以12位转化为例：

用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

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。

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，如表2所示。

TEMPERATURE-温度，DIGITALOUTPUT-数字输出）

表2DS18B20温度数据表

③DS18B20温度传感器的存储器

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

④配置寄存器

表3配置寄存器

低五位一直都是"

1"

，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。

在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。

R1和R0用来设置分辨率，如表4所示：

（DS18B20出厂时被设置为12位）

表4R1与R0确定传感器分辨率设置表

1.3.1.5DS18B20工作过程

初始化ROM命令跟随着需要交换的数据；

功能命令跟随着需要交换的数据。

访问DS18B20必须严格遵守这一命令序列，如果丢失任何一步或序列混乱，DS18B20都不会响应主机。

a.初始化：

DS18B20所有的数据交换都由一个初始化序列开始。

由主机发出的复位脉冲和跟在其后的由DS18B20发出的应答脉冲构成。

当DS18B20发出响应主机的应答脉冲时，即向主机表明它已处在总线上并且准备工作。

b.ROM命令：

ROM命令通过每个器件64-bit的ROM码，使主机指定某一特定器件（如果有多个器件挂在总线上）与之进行通信。

DS18B20的ROM如表3-6所示，每个ROM命令都是8bit长。

c.功能命令：

主机通过功能命令对DS18B20进行读/写Scratchpad存储器，或者启动温度转换。

DS18B20的功能命令如表5所示。

表5DS18B20功能命令表

1.3.1.5DS18B20信号方式

DS18B20采用严格的单总线通信协议，以保证数据的完整性。

该协议定义了几种信号类型：

复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。

除了应答脉冲所有这些信号都由主机发出同步信号。

总线上传输的所有数据和命令都是以字节的低位在前。

a.初始化序列：

复位脉冲和应答脉冲在初始化过程中，主机通过拉低单总线至少480µ

s，以产生复位脉冲（TX）。

然后主机释放总线并进入接收（RX）模式。

当总线被释放后，4.7kΩ的上拉电阻将单总线拉高。

DS18B20检测到这个上升沿后，延时15µ

s~60µ

s，通过拉低总线60µ

s~240µ

s产生应答脉冲。

初始化波形如图3所示。

图3初始化脉冲

b.读和写时序：

在写时序期间，主机向DS18B20写入指令；

而在读时序期间，主机读入来自DS18B20的指令。

在每一个时序，总线只能传输一位数据。

读/写时序如图4所示。

写时序存在两种写时序：

“写1”和“写0”。

主机在写1时序向DS18B20写入逻辑1，而在写0时序向DS18B20写入逻辑0。

所有写时序至少需要60µ

s，且在两次写时序之间至少需要1µ

s的恢复时间。

两种写时序均以主机拉低总线开始。

产生写1时序：

主机拉低总线后，必须在15µ

s内释放总线，然后由上拉电阻将总线拉至高电平。

产生写0时序：

主机拉低总线后，必须在整个时序期间保持低电平（至少60µ

s）。

在写时序开始后的15µ

s期间，DS18B20采样总线的状态。

如果总线为高电平，则逻辑1被写入DS18B20；

如果总线为低电平，则逻辑0被写入DS18B20。

读时序DS18B20只能在主机发出读时序时才能向主机传送数据。

所以主机在发出读数据命令后，必须马上产