DS18B20 水温控制系统文档格式.docx

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2．各个模块电路图...

输入系统...

输出系统...

芯片系统...

八．软件设计说明...

1．总模块的流程图...

2．各个模块的流程图...

读取温度DS18B20模块的流程...

键盘扫描处理流程...

九．操作指引...

按键功能...

显示温度...

设定温度...

十．参考文献...

程序源代码...

一．引言

在一些温控系统中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成A／D转换器能接收的模拟量，再经过采样／保持电路进行A／D转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。

但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。

因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和A／D转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。

二．设计目的

设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。

水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。

利用单片机AT89S52实现水温的智能控制，使水温能够在40-90度之间实现控制温度调节。

利用仪器读出水温，并在此基础上将水温调节到我们通过键盘输入的温度（其方式是加热或降温），而且能够将温度显示在我们的七段发光二极管板上。

三．系统功能

1. 

可以对温度进行自由设定，到那时必须在0－100摄氏度单位内，设定时可以适时的显示说设定的温度值，温度是可以自由设置的，传感器的检测值与设定的温度比较，可以显示在七段发光二极管上。

2. 

温度由1台1000w电炉来实现，如果温度不在40－90度之间，则在LED上显示“8888”,表示错误。

3. 

能够保持不间断显示水温，显示位数4位，分别为百位，个位，十位，和小数位。

（但由于规定不超过90度，所以百位也就没有实现，默认的百位是不显示的）

四．系统设备

ME300B最小系统板

DS18B20数字温度传感器（集成了A/D转换功能）

1000W电炉

温度计

继电器

风扇

盛水器皿

五．温度控制总体方案与原理

1．系统模块图

系统模块分为：

DS18B20模块，显示模块，继电器模块，键盘输入模块，DS18B20可以被编程，所以箭头是双向的，CPU（89S52）首先写入命令给DS18B20，然后DS18B20开始转换数据，转换后通过89S52来处理数据。

数据处理后的结果就显示到数码管上。

1．系统模块总关系图

本系统的执行方法是循环查询执行的，键盘扫描也是用循环查询的办法，由于本系统对实时性要求不是很高，所以没有用到中断方式来处理。

六．温度转换核心及其算法

1.温度传感器DS18B20原理与特性

本系统采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换，大大简化了电路的复杂度，以及算法的要求。

首先先来介绍一下DS18B20这块传感器的特性及其功能:

DSl8B20的管脚及特点

DS18B20可编程温度传感器有3个管脚。

（如图：

1）GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。

VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3．O～5．5V。

本文使用外部电源供电。

主要特点有：

用户可自设定报警上下限温度值。

不需要外部组件，能测量－55～+125℃范围内的温度。

－10℃~+85℃范围内的测温准确度为±

0．5℃。

4. 

通过编程可实现9～l2位的数字读数方式，可在至多750ms内将温度转换成12位的数字，测温分辨率可达0．0625℃。

5. 

独特的单总线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现与微处理器双向通讯。

DS18B20的内部结构

DS18B20内部功能模块如图2所示，主要由4部分组成：

64位光刻R0M（图3）、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

R0M中的64位序列号是出厂前被光刻好的，他可以看作是该DSISB20的地址序列码，每个DSI8B20的64位序列号均不相同。

高低温报警触发器TH和TL，配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH，TL或配置寄存器写入。

配置寄存器中R1，R0决定温度转换的精度位数：

R1R0＝’00’,9位精度，最大转换时间为93.75ms；

R1R0=‘01’,10位精度，最大转换时间为187.5ms；

R1R0=‘10’,11位精度，最大转换时间为375ms；

R1R0=’11’,12位精度，最大转换时间为750ms；

未编程时默认为12位精度。

本系统采用的也是12位的精度。

DS18B20的内存结构

DSI8B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM（便笺式的内部存储器）和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放高温和低温触发器TH，TL和结构寄存器。

便笺存储器包含了9个连续字节（0～8），前两个字节是测得的温度信息（图4），字节0的内容是温度的低8位，字节1是温度的高8位，字节2是TH（温度上限报警），字节3是TL（温度下限报警），字节4是配置寄存器（图5），用于确定输出分辨率9到12位。

第5、6、7个字节是预留寄存器，用于内部计算。

字节8是冗余检验字节，校验前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。

DS18B20的测温功能

当DSI8B20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0，1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。

温度值格式如图4所示，其中“S”为标志位，对应的温度计算：

当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；

当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。

图4下面的表是对应的一部分温度值。

DSI8B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH做比较，若T>

TH或T<

TL，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做出响应。

具体算法分析，会在后文中提到。

DSl820工作过程中的协议

初始化->

RoM操作命令->

存储器操作命令->

处理数据

1初始化

单总线上的所有处理均从初始化开始

2ROM操作品令

总线主机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一这些命令如

指令 

代码

ReadROM（读ROM） 

[33H]

MatchROM（匹配ROM） 

[55H]

SkipROM（跳过ROM] 

[CCH]

SearchROM（搜索ROM） 

[F0H]

Alarmsearch（告警搜索） 

[ECH]

3存储器操作命令

指令 

代码

WriteScratchpad（写暂存存储器） 

[4EH]

ReadScratchpad（读暂存存储器） 

[BEH]

CopyScratchpad（复制暂存存储器） 

[48H]

ConvertTemperature（温度变换） 

[44H]

RecallEPROM（重新调出） 

[B8H]

ReadPowersupply（读电源） 

[B4H]

温度传感器与单片机通讯时序

2.温度转换算法及分析

由于DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，所以要进行计算转换。

温度高字节（MSByte）高5位是用来保存温度的正负（标志为S的bit11～bit15），高字节（MSByte）低3位和低字节来保存温度值（bit0~bit10）。

其中低字节（LSByte）的低4位来保存温度的小数位（bit0~bit3）。

由于本程序采用的是0.0625的精度，小数部分的值，可以用后四位代表的实际数值乘以0.0625，得到真正的数值，数值可能带几个小数位，所以采取小数舍入，保留一位小数即可。

也就说，本系统的温度精确到了0.1度。

算法核心：

首先程序判断温度是否是零下，如果是，则DS18B20保存的是温度的补码值，需要对其低8位（LSByte）取反加一变成原码。

处理过后把DS18B20的温度Copy到单片机的RAM中，里面已经是温度值的Hex码了，然后转换Hex码到BCD码，分别把小数位，个位，十位，百位的BCD码存入RAM中。

由于百位没有用，默认情况是置为0A，在显示屏上没有任何显示。

温度算法核心代码

DATA_DEAL:

MOV 

A,TEMPERATURE_H；

TEMPERATURE_H存放的是DS18B20转换后的高8位的值（上图的MSByte）ANL 

A,#80H 

；

判温度是否零下

JZ 

TEMPC1 

A为0，说明是正数，跳往TEMPC1,如果是负数，则对低8为进行补码处理

CLR 

C

A,TEMPERATURE_L 

；

为负数，对低8位（上图的LSByte）求补

CPL 

A 

取反加1

ADD 

A,#01H

TEMPERATURE_L,A 

取补码后存回TEMPERATURE_L，此时TEMPERATURE_L里面的值就可以表示温度了 

MOV 

A,TEMPERATURE_H

A

ADDC 

A,#00H 

高位TEMPERATURE_H取反，加上从低位TEMPERATURE_L进来的位

TEMPERATURE_H,A 

写回TEMPERATURE_H

TEMPERATURE_HC,#0BH

SJMP 

TEMPC11

TEMPC1:

TEMPERATURE_HC,#0AH 

TEMPC11:

A,TEMPERATURE_HC

SWAP 

TEMPERATURE_HC,A

A,TEMPERATURE_L

ANL 

A,#0FH 

取A低4位（小数位，单位是0.0625）,得出来的数要乘以0.0625,通过查表来算出值

DPTR,#TEMPDOTTAB

MOVC 

A,@A+DPTR 

查表

TEMPERATURE_LC,A 

TEMPERATURE_LC的低四位保存小数部分BCD

DIS_BUF_X,A 

小数位的BCD码送入显示buffer中

整数部分

A,#0F0H 

得到个位单个数值

SWAP后就得到个位真正的个位

A,#0FH

ORL 

TEMPERATURE_ZH,A 

组合后的值存入TEMPERATURE_ZH

LCALL 

HtoB 

转换HEx值成为BCD码

TEMPERATURE_L目前存入的是十位和个位的BCD编码

A,#0F0H

A,TEMPERATURE_HC 

TEMPERATURE_HC低4位存放十位数BCD

TEMPERATURE_LC高4位存放个位数BCD

A,TEMPERATURE_LC

TEMPERATURE_LC,A

A,R7

TEMPC12

R7,A

TEMPERATURE_HC高4位存放百位数BCD

TEMPC12:

RET

小数部分码表

TEMPDOTTAB:

DB 

00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H

结果温度值的BCD码存放到TEMPERATURE_HC（百位和十位），TEMPERATURE_LC（个位和小数位）中

七．硬件设计说明

1．系统总体电路图

2．各个模块电路图

输入系统

1． 

键盘模块

我们用的下面四个独立键盘中的三个，分别是：

K2，K3，K4。

温度测量模块

DS18B20通过P3.3口和AT89S52进行通讯。

输出系统

继电器模块

下图是一个蜂鸣器和一个继电器的图，我们只用到了继电器的图，继电器和单片机的P1.3口进行通讯。

显示模块

该显示模块的动态显示数码管，我们用到前面四个数码管，P0口是送字符的，P2口是用来位选数码管的。

芯片系统

本系统采用的是AT89S52芯片。

下面是它的引脚图。

八．软件设计说明

本系统采用的是循环查询方式，来显示和控制温度的。

1．总模块的流程图

2．各个模块的流程图

读取温度DS18B20模块的流程

键盘扫描处理流程

九．操作指引

按键功能

Enter 

→ 

P1.5（k2）

Up 

P1.6（k3）

Down 

P1.7（k4）

显示温度

未插DS18B20时，数码管显示错误888.8.

插入DS18B20是，数码管显示当前温度XX.X

设定温度

1．按下Enter，数码管温度显示停止，显示的数字变的比以前亮。

2．这时可以按Up和Down来调节当前温度。

3．调节好后，按Enter退出。

这时数字变的又暗了，数码管继续显示当前温度

继电器随着设定的温度，依据情况跳变。

十．参考文献

[1]. 

单片机原理与应用技术.江力主编.清华大学出版社.2006

[2]. 

微型计算机接口技术.王兆月等编著.机械工业出版社.2006

[3]. 

数字电子技术.江晓安等编著.西安电子科技大学出版社.1993

[4]. 

ME300B说明书.伟纳电子编著.伟纳电子出版.2006

[5]. 

DS18B20官方英文文档.DS18B20官方英文站点下载.

程序源代码

TEMPERATURE_LDATA31H;

DS18B20低8位Buffer

TEMPERATURE_HDATA30H;

DS18B20高8位Buffer

TEMPERATURE_HCDATA32H;

计算后的百位和十位的BCD码存放BUFFER

TEMPERATURE_LCDATA33H;

计算后的个位和小数位的BCD码存放BUFFER

TEMPERATURE_ZHDATA34H;

计算后十位和个位HEX码的存放BUFFER

DIS_BUF_XDATA35H;

数码管小数位Buffer

DIS_BUF_GDATA36H;

数码管个位Buffer

DIS_BUF_SDATA37H;

数码管十位Buffer

DIS_BUF_BDATA38H;

数码管百位Buffer

KEY_BUF_GDATA39H;

键盘输入后，的个位值

KEY_BUF_SDATA49H;

键盘输入后，的十位值

KEY_BUF_BDATA41H;

键盘输入后，的百位值

K_UPEQUP1.5;

上调按钮

K_DOWNEQUP1.6;

下调按钮

K_ENTEREQUP1.7;

输入数据确认按钮

P_DS18B20EQUP3.3;

读取DS18B20的输入端口

P_SWITCHEQUP1.3;

继电器控制端口,1－风扇，0－电炉

FLAGEQU20H.0;

标志位,确定是否存在DS18B20

ENTER_FLAGEQU20H.1;

键盘输入的标志位,为0说明键盘正在输入，为1说明键盘输入退出

;

程序开始执行

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0100H

MAIN:

MOVSP,#60H;

初始化

MOVKEY_BUF_G,#00H;

由于KEY_BUF是由用户输入的，所以先赋值初始化

MOVKEY_BUF_S,#00H

MOVKEY_BUF_B,#00H

NEXT:

LCALLREAD_TEMP;

调用读温度子程序

JBFLAG,NORMAL;

判断是否有DS18B20的存在

CALLERR;

不存在时显示错误信息

AJMPNEXT

NORMAL:

LCALLDATA_DEA;

处理从DS18B20得到的数据

LCALLSET_DIS_BUF;

赋值给DIS_BUF_X,G,S,B

LCALLDISPLAY;

调用数码管显示子程序

LCALLSCAN_KEY;

扫描键盘

LCALLSWITCH;

处理继电器

AJMPNEXT

程序名称:

ERR

功能:

程序出错处理，显示四个8，即8888

入口参数:

无

出口参数:

DIS_BUF_X,DIS_BUF_G,DIS_BUF_S,DIS_BUF_B

ERR:

MOVDIS_BUF_X,#08H;

如果没有找到DS18B20，那么就显示错误，错误显示为888

MOVDIS_BUF_G,#08H

MOVDIS_BUF_S,#08H

MOVDIS_BUF_B,#08H

LCALLDISPLAY

RET

DATA_DEAL

处理采集后的的数据

TEMPERATURE_L

DIS_BUF_G,DIS_BUF_S,DIS_BUF_B

MOVA,TEMPERATURE_H;

ANLA,#80H

JZTEMPC1;

CLRC

MOVA,TEMPERATURE_L;

二进制数求补（双字节）

CPLA;

ADDA,#01H

MOVTEMPERATURE_L,A;

取补码后存回TEMPERATURE_L，此时TEMPERATURE_L里面的值就可以表示温

度了，不过还要继续处理一下。

MOVA,TEMPERATURE_H

CPLA

ADDCA,#00H;

MOVTEMPERATURE_H,A;

MOVTEMPERATURE_HC,#0BH

SJMPTEMPC11

MOVTEMPERATURE_HC,#0AH

MOVA,TEMPERATURE_HC

SWAPA

MOVTEMPERATURE_HC,A

MOVA,TEMPERATURE_L

ANLA,#0FH;