DS18B20温度检测仪表数码管显示.docx
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DS18B20温度检测仪表数码管显示
第1章绪论1
1.1选题目的1
1.2设计要求1
第2章电路结构及工作原理2
2.1电路方框图2
2.1.1电路图2
2.1.2系统流程3
2.2芯片介绍5
2.2.1DS18B205
2.2.1.1DS18B20的工作原理5
2.2.1.2DS18B20的使用方法6
2.2.2AT89C518
2.2.2.1AT89C51简介8
第3章整机工作原理10
第4章系统调试与分析12
4.1系统的调试12
4.2系统的分析12
结论13
收获和体会14
致谢15
参考文献16
附录一元件清单17
课程设计任务书
课程设计题目
DS18B20温度检测仪表（数码管显示）
功能
技术指标
测量温度范围为0-100℃。
并通过数码管显示
工作量
任务书图纸焊接实物
程序编写电路仿真
工作计划
指导教师评语
第一周查找资料设计电路
编写程序软件仿真
第二周焊接电路实物验收
第三周书写论文课设答辩
年月日
第1章绪论
1.1选题目的
随着人们生活水平的不断提高,单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研等各个领域。
单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
本文利用单片机结合传感器技术开发设计，把传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用温度传感器DS18B20测量环境温度，设置上下报警温度，当温度不在设置范围内是，可以报警。
同时51单片机在现代电子产品中广泛应用以及其技术已经非常成熟，DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用一线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
1.2设计要求
（1）设计题目和设计指标
测量温度范围为0-100℃。
并通过数码管显示
（2）设计功能
利用DS18B20实现温度采集，并用数码管显示
第2章电路结构及工作原理
2.1电路方框图
图2-1电路方框图
2.1.1电路图
图2-2电路图
2.1.2系统流程
图2-3读DS18B20的子程序
图2-4读转换温度子程序
2.2芯片介绍
2.2.1DS18B20
2.2.1.1DS18B20的工作原理
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。
温度值格式如表2-1所示。
表2-1温度值格式
21
21
21
21
20
2－1
2－1
2－1
MSBLSB
S
S
S
S
S
S
S
S
MSBLSB
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。
图中，S表示位。
对应的温度计算：
当符号位S=0时，表示测得的温度植为正值，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，表示测得的温度植为负值，先将补码变换为原码，再计算十进制值。
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。
DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以0.0625℃／LSB形式表示。
表2-2是部分温度值对应的二进制温度表示数据。
表2-2部分温度值
温度
二进制表示
十六进制表示
+125
07D0H
+25.0625
0191H
+0.5
0008H
0
0000H
－0.5
FFF8H
－25.0625
FE6FH
－55
FC90H
2.2.1.2DS18B20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。
DS18B20的初始化
（1）先将数据线置高电平“1”
（2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）
（3）数据线拉到低电平“0”。
（4）延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。
（5）数据线拉到高电平“1”。
（6）延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。
据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。
（7）若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。
（8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。
DS18B20的写操作
（1）数据线先置低电平“0”。
（2）延时确定的时间为15微秒。
（3）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。
（4）延时时间为45微秒。
（5）将数据线拉到高电平。
（6）重复上
（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。
（7）最后将数据线拉高。
DS18B20的读操作
（1）将数据线拉高“1”。
（2）延时2微秒。
（3）将数据线拉低“0”。
（4）延时3微秒。
（5）将数据线拉高“1”。
（6）延时5微秒。
（7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。
（8）延时60微秒。
2.2.2AT89C51
2.2.2.1AT89C51简介
AT89S51美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及AT89C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。
单片机AT89S51强大的功能可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
2.2.2.2AT89C5功能
AT89S51提供以下标准功能：
40个引脚、4KBytesFlash片内程序存储器、128Bytes的随机存取数据存储器（RAM）、32个外部双向输入/输出（I/O）口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编程定时/计数器、2个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振荡器及时钟电路。
此外，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式,空闲模式，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。
掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
第3章整机工作原理
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。
温度值格式如下：
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。
表2是对应的一部分温度值。
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH，TL作比较，若T>TH或T因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。
（4）CRC的产生在64bROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。
主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小[1]，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震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，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后进行计数，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℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器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2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
第4章系统调试与分析
4.1系统的调试
根据DS18调试显示程序的开始，接线后显85.0，更改DS18B20的温度现实，数码管就会现实相应的温度，温度上下限为-15—128。
4.2系统的分析
（1）B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
（2）动态显示方式，在某一瞬时显示一位，依次循环扫描，轮流显示，由于人的视觉滞留效应，人们看到的是多位同时稳定显示
结论
随着通信技术的不断发展，无线技术越来越多地走进人们的生活和工作中。
采用传统的数据传输信道即通过有线连接传输采集的数据，已经不能满足数据采集与传输的需要，无线数据传输显示出巨大的优势，应用前景十分光明。
收获和体会
为期3周的课程设计已经接近尾声，在完成设计的同时，我还在不断的学习新知识和巩固已有的知识。
事实上，我们所学的课本上的知识在实际应用中与理论还有所差别，不可能解决遇到的所有问题，我们只能借助一切可利用的资源，询问老师，与同学探讨，上网查找资料等方式，尽量解决问题。
在进行程序设计时，首先需要对单片机应用系统预先完成的任务进入深入的分析，明确系统的设计任务、功能要求、技术指标。
然后，要对系统的硬件资源和人工作环境进行分析和熟悉。
经过分析、研究和明确规定后，利用数学方法或数学模型来对其进行描述，从而把一个实际问题转化成由计算机进行处理的问题。
进而，对各种算法进行分析比较，并进行合理的优化。
在仿真过程中我们的问题是无法正常显示数字，通过老师指导，我们发现了编程中的问题以及电路图中数码管连接问题并改正。
得到了正确的数码显示与结果。
总之，从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此。
一句话，这次单片机课程设计对我来说意义重大，不仅让我对单片机教程做了一次整体复习，也让我发现了许多以前编写程序时忽视得细节。
感谢老师，感谢我们的组员。
致谢
在这次课程设计中，首先我要感谢我的学校领导，是他们给了我们这样的机会，让我们能够独立自主完成自己的课题，学到很多宝贵的东西。
同时我要感谢我的指导老师，是他对我们无微不至的指导与关怀。
最后我还要感谢和我一组的成员，没有他们的努力我们也不会顺利的完成老师交给的任务。
感谢你们的支持与帮助，我会继续努力的。
参考文献
（1）张毅邱关源主编，《电路》，高等教育出版社
（2）刚主编，《单片机原理及应用》，哈尔滨工业大学出版社。
（3）阎石主编，《数字电子技术基础》，高等教育出版社。
（4）童诗白、华成英主编，《模拟电子技术基础》，高等教育出版
（5）唐文彦主编，《传感器技术及应用》，机械工业出版社。
附录—元件清单
DS18B20
1个
AT89C51
1个
74LS245
1个
晶振
1个
四位共阴极数码管
1个
22pf电容
2个
4.7k和10k电阻
各1个
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