基于51单片机的DS18B20数字温度计课设Word格式文档下载.docx
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5V供电；
温度采集采用DS18B20；
4位LED显示；
2个按键；
设计温度控制器原理图，学习用PROTEL画出该原理图，并用proteus进行仿真；
设计和绘制软件流程图，用C语言进行程序编写；
焊接硬件电路，进行调试。
3课程设计方案及器材选用分析
3.1设计总体方案
提及到温度的检测，我们首先会考虑传统的测温元件有热电偶和热电阻，而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试也复杂，制作成本高。
因此，本数字温度计设计采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55°
C至+125°
C，最大分辨率可达0.0625°
C。
DS18B20可以直接读出被测量的温度值，而采用三线制与单片机相连，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，确定系统由三个模块组成：
主控制器STC89C51，温度传感器DS18B20，驱动显示电路。
总体电路框图如下：
主控制器
STC89C51
DS18B20
驱动显示电路
图3.1系统总体框图
3.1.1方案论证
方案一：
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
所以，他的设计理论不符合本次设计的方案要求，应继续考虑另一可行方案。
方案二：
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
因此，从以上两种方案很容易看出，方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
3.1.2方案二的总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装。
图3.2 总体设计方框图
主控制器：
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
显示电路：
显示电路采用3位共阳LED数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。
3.2器材选用分析
3.2.1DS18B20温度传感器
（1）DS18B20的特点：
本设计的测温系统采用芯片DS18B20，DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它的体积更小，适用电压更宽，更经济。
实现方法简介
DS18B20采用外接电源方式工作，一线测温一线与STC89C51连接，测出的数据放在寄存器中，将数据经过BCD码转换后送到LED显示。
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。
图3.4DS18B20的引脚分布图
以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：
12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个高低两个8位的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才能得到实际温度。
高8位
S
26
25
24
低8位
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
表3-2DS18B20的字节存放表
表3-3温度精度配置
R1
R0
转换精度（16进制）
转换精度（十进制）
转换时间
9bit
0.5
93.75ms
1
10bit
0.25
187.5ms
11bit
0.125
375ms
12bit
0.0625
750ms
由表3-3可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
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、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。
当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；
当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
表2-4-2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表3-4温度精度配置
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
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T＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报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报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。
主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件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振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，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℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，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计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为：
初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
由于DS18B20采用的“一线总线”结构，所以数据的传输与命令的通讯只要通过微处理器的一根双向I／o口就可以实现。
DSl8B20约定在每次通信前必须对其复位，具体的复位时序如图2-4-2所示。
图3.7复位时序图
图2-4-3中所示，tRSTL为主机发出的低电平信号，本文中有AT89S52提供，tRSTL的最小时延为
，然后释放总线，检查DSl8B20的返回信号，看其是否已准备接受其他操作，其中tPDHIGH时间最小为
，最长不能超过
，否则认为DS18B20没有准备好，主机应继续复位，直到检测到返回信号变为低电平为止。
表3-5DS18B20的ROM操作指令
操作指令
33H
55H
CCH
F0H
ECH
含义
读ROM
匹配ROM
跳过ROM
搜索ROM
报警搜索ROM
表3-6DS18B20的存储器操作指令
4EH
BEH
48H
44H
D8H
B4H
写
读
内部复制
温度转换
重新调出
读电源
主机一旦检测到DS18B20的存在，根据DS18B2的工作协议，就应对ROM进行操作，接着对存储器操作，最后进行数据处理。
在DS18B20中规定了5条对ROM的操作命令。
见表2-4-3。
主机在发送完ROM操作指令之后，就可以对DS18B20内部的存储器进行操作，同样DS18B20规定了6条操作指令。
见表2-4-4。
DS18B20的读、写时序图见图2-4-3。
图3.8DS18B20的读写时序图
（2）DS18B20的使用方法：
由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序：
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将
图3.9DS18B20的复位时序
图3.10DS18B20的读时序
图3.11DS18B20的写时序
主机作为主设备，单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。
对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。
DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。
DS18B20的写时序，对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程，
对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单线
3.2.2AT89S52单片机介绍
与MCS-51单片机产品兼容，8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
3.3软件流程图
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。
3.3.1主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图7所示。
3.12主程序流程图图3-13读温度流程图
3.3.2读温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图8示
图3.13温度转换流程图
3.3.3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如上图，图3.14所示
3.3.4计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3.15所示
图3-14计算温度流程图图3-15显示数据刷新流程图
4硬件电路的设计
4.1Proteus进行仿真
程序编写完以后，我们先对其进行仿真，初步验证电路图和程序的可行性和正确性。
4.1.1Proteus[5]简介
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：
1实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；
有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
2支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有：
ARM7（LPC21xx）、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。
3提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；
同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2、MPLAB等软件。
具有强大的原理图绘制功能。
总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。
proteus6.5是目前最好的模拟单片机外围器件的工具,真的很不错。
可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外围电路（如LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件,...）其实proteus与multisim比较类似,只不过它可以仿真MCU。
4.1.2proteus仿真图
课程设计心得
本次的课程设计共八周时间，分别进行了BS18D20电路原理图的设计，电路仿真图的设计以及实物电路板的焊制三个过程。
经过这次的课程设计，我们不仅加深了对 Protel99SE软件的应用和Proteus仿真软件的了解和使用，还学到了许多课本上没有涉及知识，练习了电路原理图的设计和仿真运行，同时对上学期学习的单片机课程进行了一次全面的复习和巩固，收益很大。
我们知道，课程设计一般强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；
综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；
查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；
工程绘图的能力；
书写技术报告和编制技术资料的能力。
在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础
第一周是对BS18D20电路原理图设计，刚开始感觉有一定的难度，主要是对Protel99SE软件及功能的不了解。
但在老师和同学的帮助下还是顺利的完成了，进而对接下来的两个任务有了兴趣。
整个课设的过程就是一个学习的过程。
因为在课设的过程中，我们必须熟悉电路原理及器件的使用特点，这些都是对课本知识复习和巩固。
所以我觉得课设是一个很重要的学习环节，值得我们应该很认真的去对待！
由于本次课程设计是由分组进行完成的，所以通过这次的课设我更加了解到合作的重要性。
三周的设计中，我们组成员都参加了设计的各个方面的讨论和动手实践，大家更具自己的实际情况做了不同的分工，合理的利用了时间，感觉得到了很好的经验。
这次课设让我对单片机有了进一步的了解，而且对Proteus仿真软件的有了一定了解。
体会到了Proteus仿真软件的强大。
最主要的是我们能够自己通过单片机焊接事物，这是我们在课堂上是学不到的。
极大地增强了我们的动手实践能力。
通过本次课设，能够使我们熟练掌握单片机控制电路的设计、程序编写和整体焊接及系统调试，从而全面地提高我们对单片机的软件、硬件等方面的理解，进而增强我们在实践环节的动手操作能力。
譬如，我们可以根据实验指导书的要求，完成BS18D20电路的硬件设计、电路器件的选择、单片机软件的运行、以及整体系统调试，并写出完善的设计报告。
在进行课设之前，要求我们具备数字电路、模拟电路、电路基础、微机原理、电力电子、电机学和单片机等相关课程的知识，并具备一些基本的实践操作水平，为以后的就业打好一定的基础。
总的来说，这次的课程设计自己还是很满意的，感觉收获了不少东西，相信此次学到的知识在以后的生活和学习中对我会有很大的帮助！
参考文献
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清华大学出版社，2009
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Proteus在单片机技术实训教学中的应用[J];
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[14]IEEEXplore数据库http:
//ieeexplore.ieee.org/xpl/conferences.jsp
附录：
DS18B20显示程序
------------------------------------------------
#include<
reg51.h>
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar//宏定义
sbitp34=P2^4;
sbitp35=P2^5;
sbitp36=P2^6;
sbitdp=P0^7;
sbitp37=P2^7;
sbitDQ=P2^2;
//定义DS18B20总线I/O
sbitSET=P3^1;
//定义选择报调整警温度上限和下限（1为上限，0为下限）
/****P3.2和P3.3为调整温度报警增加键和减少键******/
sbitLING=P2^0;
//定义响铃
signedch
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