基于单片机的DS18B20温度传感器.docx
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基于单片机的DS18B20温度传感器
《基于AT89C52单片机的DS18B20温度传感器》
设计报告
设计时间：
12月22日~12月26日
班级：
姓名：
报告页数：
25页
工业大学课程设计报告
设计题目：
基于AT89C52单片机的DS18B20温度传感器
学院：
专业：
班
学号：
：
（合作者____号____）
成绩评定_______
教师签名_______
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,本次课程设计主要设计一个基于89C51单片机的数字温度传感器DS18B20开发测温系统，重点学习掌握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的详尽分析，提高电路设计的技巧。
该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，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AT89C52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，有广泛的应用前景。
关键词：
单片机；温度采集；AT89C52；DS18B20；
4.6PCB电路板的制作…………………………………………….19
附录：
元器件清单
1设计任务
采用方案一（温度传感器LM35，3位半A/D转换器）或者方案二（52单片机，温度传感器DS18B20），数码管或者液晶显示，设计一个日常温度数字计。
产品指标及技术要求：
温度显示围：
0~45摄氏度
数字显示分辨率：
0.1摄氏度
精度误差：
小于等于0.5摄氏度
电路工作电源可在5~9V围工作
2总体方案设计
2.1方案论证
2.1.1方案一
采用温度传感器LM35，3位半A/D转换器，数码管或者液晶显示，设计一个日常温度数字计。
本方案主要利用硬件电路连接，通过更改电路器件参数，显示出3位半温度，并没有利用软件编程。
本方案设计简单，但电路复杂，这种设计需要用到A/D转换电路，增大了电路的复杂性，而且要做到高精度也比较困难。
并且基本电路中所需要的器件和芯片成本不便宜。
2.1.2方案二
采用AT89C52单片机，温度传感器DS18B20，数码管或者液晶显示，设计一个日常温度数字计。
本方案主要利用硬件电路连接，通过软件编程，显示出3位半温度。
本方案设计比较难，要同时考虑硬件的连接和软件编程，但电路简单，另外DS18B20具有3引脚的小体积封装，测温围为-55~+125摄氏度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，其测量围与精度都能符合设计要求。
并且基本电路中所需要的器件和芯片成本便宜。
以上两种方案相比较，第二种方案的电路、软件设计更简单，成本便宜，此方案设计的系统在功耗、测量精度、围等方面都能很好地达到要求，故本设计采用方案二。
1
2.2总体设计框图及电路
本方案设计的系统由单片机系统、数字温度传感器、液晶1602显示模块、时钟模块组成，其总体架构如下图1。
电路设计:
AT89C52单片机最小系统+DS18B20数字温度传感器模块+液晶1602驱动显示模块
图1单片机最小系统
图2DS18B20数字温度传感器模块
2
图3液晶1602驱动显示模块
3硬件设计
3.1单片机系统
AT89C52单片机引脚介绍
AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51核，在部功能及管脚排布上与通用的89C52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接11.0592MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件编程定义。
图4晶振电路图图5复位电路图
3
图6单片机管脚图
3.2数字温度传感器模块
3.2.1DS18B20性能
●独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信
●简单的多点分布应用
●无需外部器件
●可通过数据线供电
●零待机功耗
●测温围-55~+125℃，以0.5℃递增
●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℃
●温度数字量转换时间200ms，12位分辨率时最多在750ms把温度转换为数字
●应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统
●负压特性：
电源极性接反时，传感器不会因发热而烧毁，但不能正常工作
3.2.2DS18B20外形及引脚说明
●GND：
地
●DQ：
单线运用的数据输入/输出引脚
●VD：
可选的电源引脚
4
图7DS18B20外形及引脚
3.2.3DS18B20接线原理图
单总线通常要求接一个约4.7K左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。
图8DS18B20接线原理图
3.2.4DS18B20时序图
主机使用时间隙来读写DS18B20的数据位和写命令字的位。
1.初始化时序
5
图9DS18B20初始化时序
2.DS18B20读写时序
图10DS18B20读写时序
3.2.5数据处理
高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。
当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。
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。
6
图11字节分配
下表为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，
实际温度=07D0H*0.0625=2000*0.0625=125℃。
例如-55℃的数字输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H（符号位不变，也不作运算），
实际温度=370H*0.0625=880*0.0625=55℃。
可见其中低四位为小数位。
图12DS18B20温度数据表
3.31602液晶显示电路
LCD1602引脚功能说明
第1脚：
VSS为电源地
第2脚：
VDD接5V电源正极
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第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平
（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。
第6脚：
E（或EN）端为使能（enable）端。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据端。
第15～16脚：
空脚或背灯电源。
15脚背光正极，16脚背光负极
图131602液晶显示电路及实物图
4软件设计
4.1主程序模块
主程序需要调用3个子程序，分别为：
●实时温度显示子程序：
驱动液晶1602把实时温度值送出在液晶屏显示
●中断定时及显示子程序：
驱动液晶1602把定时时钟送出在液晶屏显示
●温度设定、报警子程序：
设定报警温度值，当温度超过或者低于该值时产生报警，即驱动液晶屏显示不同的界面
主程序流程图：
8
4.2读温度值模块
读温度值模块需要调用4个子程序，分别为：
●DS18B20初始化子程序：
让单片机知道DS18B20在总线上且已准备好操作
●DS18B20写字节子程序：
对DS18B20发出命令
●DS18B20读字节子程序：
读取DS18B20存储器的数据
●延时子程序：
对DS18B20操作时的时序控制
读温度值模块流程图：
图14读温度值子程序流程图
9
4.3中断模块
中断采用T0定时器方式1，初始值定时为50ms，并不断计数。
来模拟时钟
中断模块流程图：
图15中断模块流程图
4.4温度报警模块
设定报警温度上限值，当温度超过该值时产生报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“weater:
hot”的界面
设定报警温度下限值，当温度低于该值时产生报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“weater:
cold”的界面
当温度在上限值和下限值之间时，不产生报警，驱动液晶1602在液晶屏第一行显示“HappyEveryday!
”的界面
4.5程序开发
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软件程序使用C语言编写开发，开发环境软件为Keil4
应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：
编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译/汇编、连接，产生目标文件—程序调试。
Keil使用“工程”（Project）的概念，对工程（而不能对单一的源程序）进行编译/汇编、连接等操作。
工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。
首先选择菜单File-New…，在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序（或选择File-Open…，直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm（.a51）或.c；然后选择菜单Project-NewProject…，建立新工程并保存（保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2）；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。
这时工程管理窗口的文件页（Files）会出现“Target1”，将其前面+号展开，接着选择SourceGroup1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件（在加入一个源文件后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其它文件）。
加入文件后点close返回主界面，展开“SourceGroup1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。
紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-OptionforTarget‘Target1’（或点右键弹出快捷菜单再选择该选项），打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在Output选项卡中选中“CreatHexFi”；其它选项卡容一般可取默认值。
工程设置后按F7键（或点击编译工具栏上相应图标）进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。
成功编译/汇编、连接后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。
如下为编译成功，并生成hex文件的界面
程序代码：
/***********************************************************************************************************
基于AT89C52单片机的时钟+LCD1602显示+DS18B20温度
***********************************************************************************************************/
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P2^7;
11
sbitrs=P2^4;//lcd1602数据、命令选择端
sbitrw=P2^3;//lcd1602读、写选择线
sbitlcde=P2^2;//lcd1602使能线
uchartp,tpx,num,count,miao,fen,shi;
ucharcodetable[]="HappyEveryday!
";
ucharcodetable1[]=":
:
";
ucharcodetable2[]="weather:
cold";
ucharcodetable3[]="weather:
hot";
/***************************************************************************************************
延时函数
***************************************************************************************************/
voiddelay（uintz）//ms级延时函数
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
/*voiddelay1（）//us级延时函数1
{;;}*/
voiddelay2（uinti）//us级延时函数2
{
while（i--）;
}
/**************************************************************************************************
ds18b20初始化
***************************************************************************************************/
voidinit_ds18b20（）//初始化
{
DQ=1;//数据线拉高
delay2（8）;//大约80us
DQ=0;//数据线拉低
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delay2（80）;//（480us~960us）大约798us
DQ=1;//数据线拉高
delay2（14）;//（15us~60us+40us~240us）大约154us
}
/**************************************************************************************************
ds18b20读一个字节
***************************************************************************************************/
ucharread_ds18b20_byte（）
{
uchari=0;
uchardat=0;
for（i=0;i<8;i++）//一个字节为8位，所以循环8次
{
DQ=0;//数据线拉低
dat=dat>>1;//字节右移一位
DQ=1;//数据线拉高
if（DQ==1）//判断读回是否为1
{
dat=dat|0x80;//最高位或上一个1，使得最高位变为1
}
delay2（4）;//延时6us
}
returndat;//循环8次完成一个字节，并返回数据
}
/******************************************************************************************************
ds18b20写一个字节
*******************************************************************************************************/
voidwrite_ds18b20_byte（uchardate）
{
uchari=0;
for（i=0;i<8;i++）//一个字节为8位，所以循环8次
{
DQ=0;//数据线拉低
DQ=date&0x01;//取出数据的最低位送到数据线
delay2（5）;//66us,大于60us
DQ=1;//数据线拉高
13
date=date>>1;//字节右移一位，接着取第二位
}
}
/*******************************************************************************************************
ds18b20读取温度
********************************************************************************************************/
intread_ds18b20_temp（）//考虑到温度可能为负值，所以使用int型
{
uchara=0;//用于读取低8位
uintb=0;//用于读取高8位
uintt=0;//用于组成新的温度
init_ds18b20（）;//初始化
write_ds18b20_byte（0xcc）;//忽略ROM指令
write_ds18b20_byte（0x44）;//进行温度转换
init_ds18b20（）;//初始化
write_ds18b20_byte（0xcc）;//忽略ROM指令
write_ds18b20_byte（0xbe）;//读暂存器指令
a=read_ds18b20_byte（）;//读取低8位
b=read_ds18b20_byte（）;//读取高8位
a=a&0x00ff;//将低8位与上0x00ff，设定低8位
b=（b&0x000f）<<8;//将高8位与上0x0000f,去掉高4位，左移取12位，设定为高8位
t=a|b;//两者或组成一个16位的字节
returnt;//将温度值返回
}
/*******************************************************************************************************
LCD写入一个字节命令函数
********************************************************************************************************/
14
voidwritecom（uchar）
{
rs=0;//写指令
rw=0;//进行写操作
lcde=0;
delay（5）;
lcde=0;
P1=;
delay（5）;
lcde=1;//使能端一个上升沿，把命令写入
delay（5）;
lcde=0;
}
/*******************************************************************************************************
LCD写入一个字节数据函数
*******************************************************************************************************/
voidwritedate（uchardate）
{
rs=1;//写数据
rw=0;//进行写操作
delay（5）;
lcde=0;
P1=date;
delay（5）;
lcde=1;//使能端一个上升沿，把数据写入
delay（5）;
lcde=0;
}
/*******************************************************************************************************
温度显示函数
********************************************************************************************************/
voidwendudisplay（）
{
uinttp,tpz;
uinttp2,tpshi,tpge,tpxiao;
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tp=read_ds18b20_temp（）;//读温度
tp2=tp&0x000f;
tpxiao=tp2*6/10;
tpz=（tp&0x0ff0）>>4;
tpshi=tpz/10;//取十位
tpge=tpz%10;//取个位
writecom（0x80+0x40+10）;
writedate（tpshi+0x30）;//显示温度十位
writedate（tpge+0x30）;//显示温度个位
writedate（'.'）;
writedate（tpxiao+0x30）;
writedate（0xdf）;
writedate（'C'）;//显示温度符号
if（tpz<15）
{
writecom（0x80）;
for（num=0;num<16;num++）
{
writedate（table2[num]）;
delay（5）;
}
}
if（（tpz<25）&&（tpz>15））
{
writecom（0x80）
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