DS18B20温度检测仪表数码管显示.docx

1、DS18B20温度检测仪表数码管显示 第1章 绪论 11.1 选题目的 11.2 设计要求 1第2章 电路结构及工作原理 22.1 电路方框图 22.1.1 电路图 22.1.2 系统流程 32.2芯片介绍 52.2.1 DS18B20 52.2.1.1 DS18B20的工作原理 52.2.1.2 DS18B20的使用方法 62.2.2 AT89C51 82.2.2.1 AT89C51简介 8第3章 整机工作原理 10第4章 系统调试与分析 124.1 系统的调试 124.2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

2、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

3、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.

4、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2.2.1 DS18B202.2.1.1 DS18B20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0.062 5 /LSB形式表示。温度值格式如表2-1所示。表2-1 温度值格式2121212120212121 MSB LSBSSSSSSSS MSB LSB这是12位转化后得到的12位数据，存储在1

5、8B20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

6、可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以0.0625LSB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+12507D0H+25.06250191H+0.50008H00000H0.5FFF8H25.0625FE6FH55FC90H2.2.1.2 DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire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

7、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）。

8、（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

9、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。 2.2.2 AT89C512.2.2.1 AT89C51简介AT89S51美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K BytesISP(In-system programmable)的可反复擦写10

10、00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ISP Flash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。2.2.2.2 AT89C5功能AT89S51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片内程序存储器、128 Bytes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（WD

11、T）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0.06

12、2 5 /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TTH或TTL,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作出响应。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64 b ROM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。 DS18B2

13、0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

14、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-15128。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

15、求主CPU 将数据线下拉500 微秒，然后释放，DS18B20 收到信号后等待1660 微秒左右，后发出60240 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

16、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

17、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DS18B201个AT89C511个74LS2451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