数字温度计.docx
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数字温度计
四川职业技术学院
毕业设计（报告）
题目：
数字温度计
系别：
电子信息工程系
专业：
应用电子专业
班级：
06电技3班
姓名：
文俊
指导教师：
王志军王长江吴敏
完成时间：
2007.6.10—2007.6.15
四川职业技术学院
毕业设计任务书
系别:
电子信息工程系
专业:
应用电子
班级:
06电技3班
姓名:
文俊
日期:
2007年6月15日
课程设计题目：
数字温度计
课程设计任务及要求：
一．设计任务
温度计电路设计控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示
.
二．设计要求
■基本范围-50℃-110℃
■精度误差小于0.5℃
■LED数码直读显示
毕业设计（论文）综合评比表
毕业设计评语:
指导教师（签名）
时间:
年月日
毕业设计成绩:
总评成绩:
答辩小组负责人（签名）:
时间:
年月日
：
DS18B20数字温度计
DS18B20的引脚介绍
TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。
（底视图）图1
表1 DS18B20详细引脚功能描述
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
1.温度传感器
DS18B20温度传感器是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。
DS18B20的性能特点如下：
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
●无须外部器件；
●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
●零待机功耗；
●温度以９或１２位数字；
●用户可定义报警设置；
●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；
DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。
64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图3所示。
头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。
第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图3所示。
低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
由表1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是一部分温度值对应的二进制温度数据。
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。
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的复位时序
DS18B20的读时序
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之内就得释放单总线。
3.系统软件算法分析
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。
（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4所示。
图4主程序流程图图5读温度流程图
（2）.读出温度子程序
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5示
图6温度转换流程图
（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6所示
（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7所示。
图7计算温度流程图图8显示数据刷新流程图
（5）.显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图8
4.基于DS18B20的温度检测系统
以DS18B20为传感器，AT89C51单片机为控制核心组成的温度巡回检测系统,当测量温度超出报警门限时，系统将从P1.2～P1.3输出光声报警信号。
其主要的温度巡回检测流程图如图所示。
温度检测系统
5．电路原理图
6.系统板上硬件连线
（1）． 把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7用8芯排线连接到“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端子上。
（2）． 把“单片机系统”区域中的P2.0－P2.7用8芯排线连接到“动态数码显示”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。
（3）． 把DS18B20芯片插入“四路单总线”区域中的任一个插座中，注意电源与地信号不要接反。
（4）． 把“四路单总线”区域中的对应的DQ端子连接到“单片机系统”区域中的P3.7/RD端子上。
7.C程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P3^7;
ucharcodediscode[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xeb,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e};
uchara[4]={0,0,34,65};
uchartemp_H,temp_L;
voiddelay（ucharuseconds）
{
do{;}while（--useconds）;
}
ucharow_reset（void）
{
ucharpresence;
DQ=0;
delay（120）;
DQ=1;
delay（8）;
presence=DQ;
delay（120）;
return（presence）;
}
ucharread_byte（void）
{
uchari;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=0;
DQ=1;
CY=DQ;CY=ACC&0x01;
delay（15）;
}
return（ACC）;
}
voidwrite_byte（charval）
{
uchari;ACC=val;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=0;
CY=ACC&0x01;
DQ=CY;
delay（15）;
DQ=1;
}
delay（15）;
}
voidRead_Temperature（void）
{
ow_reset（）;
write_byte（0xCC）;
write_byte（0xBE）;
temp_L=read_byte（）;
temp_H=read_byte（）;
ow_reset（）;
write_byte（0xCC）;
write_byte（0x44）;
temp_H=temp_H*16;
temp_H+=temp_L/16;
temp_L=（temp_L&0x0f）*25/4;
}
voiddisplay（void）
{
uchari,j,k;
i=128;j=0;
while（j<2）
{
P2=0;
P0=discode[a[j]/10];
P2=i;
for（k=0;k<50;k++）;
i>>=1;
P2=0;
P0=discode[a[j]%10];
P2=i;
for（k=0;k<50;k++）;
i>>=1;
j++;
}
P2=0;
}
voidmain（void）
{
uchark1=0,k2=0;
while
（1）
{Read_Temperature（）;
a[0]=temp_H;
a[1]=temp_L;
for（k1=0;k1<250;k1++）
{display（）;display（）;display（）;display（）;}
}
}
参考文献
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：
北京航空航天大学出版社，1998
[2] 李广弟.单片机基础［Ｍ］.北京：
北京航空航天大学出版社，1994
[3] 阎石.数字电子技术基础（第三版）.北京：
高等教育出版社，1989
[4] 廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，1999.
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