基于AT89C51单片机的测温系统Word下载.docx
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数字温度传感器DS1820把温度信息转换为数字格式;
通过“1-线协议”,单片机获取指定传感器的数字温度信息,并显示到显示设备上。
通过键盘,单片机可根据程序指令实现更灵活的功能,如单点检测、轮转检测、越限检测等。
基于DS1820数字温度传感器的温度检测及显示的系统原理图如图
图2.1基于DS1820的温度检测系统框图
三:
主要器件介绍(时序图及各命令序列,温度如何计算等)
系统总体设计框图
由于DS18B20数字温度传感器具有单总线的独特优点,可以使用户轻松地组建起传感器网络,并可使多点温度测量电路变得简单、可靠,所以在该设计中采用DS18B20数字温度传感器测量温度。
测温电路设计总体设计框图如图所示,控制器采用单片机AT89S52,温度传感器采用DS18B20,显示采用4位LED数码管,报警采用蜂鸣器、LED灯实现,键盘用来设定报警上下限温度。
图3.1测温电路设计总体设计框图
1.控制模块
AT89S52单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含有8kb的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程的Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
2.显示模块
显示电路采用4位共阴LED数码管,从P0口输出段码,P2口的高四位为位选端。
用动态扫描的方式进行显示,这样能有效节省I/O口。
3.温度传感器
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。
DS18B20的性能特点如下:
1.独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信
2.多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现多点组网功能
3.无需外部器件
4.可通过数据线供电,电压范围:
3.0~5.5V
5.测温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±
0.5℃
6.零待机功耗
7.温度以9或12位数字量读出
8.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
9.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
四:
硬件电路原理框图
由于本次实验是在学习板上做的,所以没有硬件接线图,原理主要讲解DS18B20的工作原理。
1·
硬件设计
1.单片机系统电路原理图
图4.1系统电路原理图
2.DS18B20温度传感器电路设计
电源供电方式如图,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。
图4.2DS18B20温度传感器电路
3.报警电路设计
报警电路是在测量温度大于上限或小于下限时提供报警功能的电路。
该电路是由一个蜂鸣器组成,具体的电路如图所示
图4.3报警电路
4.显示电路设计
显示电路是由四位一体的共阴数码管进行显示的
2·
软件设计
(1)DS18B20内部结构
如图所示
主要由4部分组成:
64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码,每个DS18B20的64位序列号均不相同。
64位ROM的排的循环冗余校验码(CRC=X^8+X^5+X^4+1)。
ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量,用16位二进制形式提供,形式表达,其中S为符号位。
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是部分温度值对应的二进制温度表示数据。
(2)DS18B20的工作时序
DS18B20的一线工作协议流程是:
初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输
初始化时序
主机首先发出一个480-960微秒的低电平脉冲,然后释放总线变为高电平,并在随后的480微秒时间内对总线进行检测,如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。
若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。
做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480-960微秒的低电平出现,如果有,在总线转为高电平后等待15-60微秒后将总线电平拉低60-240微秒做出响应存在脉冲,告诉主机本器件已做好准备。
若没有检测到就一直在检测等待。
接下来就是主机发出各种操作命令,但各种操作命令都是向DS18B20写0和写1组成的命令字节,接收数据时也是从DS18B20读取0或1的过程。
因此首先要搞清主机是如何进行写0、写1、读0和读1的。
写周期最少为60微秒,最长不超过120微秒。
写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。
随后若主机想写0,则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束,然后释放总线为高电平。
若主机想写1,在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平,一直到写周期结束。
而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样,在采样期内总线为高电平则为1,若采样期内总线为低电平则为0。
对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。
读时隙是从主机把单总线拉低之后,在1微秒之后就得释放单总线为高电平,以让DS18B20把数据传输到单总线上。
DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后,便开始送出数据,若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。
若要送出1则释放总线为高电平。
主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线,然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测,采样期内总线为低电平则确认为0。
采样期内总线为高电平则确认为1。
完成一个读时序过程,至少需要60us才能完成
让DS18B20进行一次温度的转换,那具体的操作就是:
(1).主机先作个复位操作,
(2).主机再写跳过ROM的操作(CCH)命令,
(3).然后主机接着写个转换温度的操作命令,后面释放总线至少一秒,让DS18B20完成转换的操作。
在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写,例如CCH的二进制为11001100,在写到总线上时要从低位开始写,写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。
整个操作的总线状态如下图。
(3)初始化时序程序
bitInit_DS18B20(void)
{
bitflag;
//储存DS18B20是否存在的标志,flag=0,存在;
flag=1,不存在
DQ=1;
//先将数据线拉高
for(time=0;
time<
2;
time++);
//略微延时约6微秒//再将数据线从高拉低,要求保持480~960us
DQ=0;
200;
//略微延时约600微秒//以向DS18B20发出一持续480~960us的低电平复位脉冲
//释放数据线(将数据线拉高)
10;
//延时约30us(释放总线后需等待15~60us让DS18B20输出存在脉冲)
flag=DQ;
//让单片机检测是否输出了存在脉冲(DQ=0表示存在)
//延时足够长时间,等待存在脉冲输出完毕
return(flag);
//返回检测成功标志
unsignedcharReadOneChar(void)
{
unsignedchari=0;
unsignedchardat;
//储存读出的一个字节数据
for(i=0;
i<
8;
i++)
DQ=1;
//先将数据线拉高
_nop_();
//等待一个机器周期
//单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序
//等待一个机器周期
//将数据线"
人为"
拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备
//延时约6us,使主机在15us内采样
dat>
>
=1;
if(DQ==1)
dat|=0x80;
//如果读到的数据是1,则将1存入dat
else
dat|=0x00;
//如果读到的数据是0,则将0存入dat
time++);
//延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期
}
return(dat);
//返回读出的十六进制数据
WriteOneChar(unsignedchardat)
i<
i++)
{
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