温度测控系统的设计绝对经典.docx

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温度测控系统的设计绝对经典

温度测控系统的设计

专业班级：

电信08103班

设计者：

指导老师：

设计时间：

2010.12.27—2010.1.6

一课程设计目的：

1、掌握单片机的工作原理并加以应用，巩固已学理论知识。

2、熟练掌握使用proteus和keil软件实现功能的仿真。

3、掌握DS18B20的基本使用。

二、设计任务与要求：

利用DS18B20设计一个温度测控系统，在LED数码显示器上显示温度值，并对温度进行测试和设定，当检测温度到达温度上限时开风扇（即开启电动机），低于下限时关闭风扇并加热，LED上的显示内容为：

XX℃（采用十进制显示）。

三、总体设计方案：

本系统的电路设计由三部分组成:

①、控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②、显示部分采用4位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③、温度采集部分采用DS18B20温度传感器。

1、控制部分：

单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要三个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用。

2、显示部分：

显示电路采用4位共阴LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。

3、温度采集部分：

DS18B20温度传感器介绍

为了满足本设计需要，所选用的是DS18B20智能温度传感器。

它是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，世界上第一片支持"一线总线"接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。

全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

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。

①.DS18B20的特点

DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻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。

DS18B20的外形及引脚排列如图1所示。

图1DS18B20外形及引脚排列图

DS18B20引脚定义：

（1）DQ为数字信号输入/输出端。

（2）GND为电源地。

（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。

DS18B20的性能特点如下：

（1）适应电压范围更宽，电压范围：

3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。

（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条接口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

（5）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。

（6）可编程分辨率为9～12位，对应可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃0.0625℃，可实现高精度测温。

（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。

（8）测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。

（9）负压特性：

电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

②.DS18B20工作原理

DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。

低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。

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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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。

斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

DS18B20有4个主要的数据部件：

（1）光刻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。

64位光刻ROM的排列是：

开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。

光刻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。

表1:

DS18B20温度数据表

温度

数字输出

换成16进制

+125℃

0000011111010000

07D0H

+85℃

0000010101010000

0550H

+25.0625℃

0000000110010001

0191H

+10.125℃

0000000010100010

00A2H

+0.5℃

0000000000001000

0008H

0℃

0000000000000000

0000H

-0.5℃

1111111111111000

FFF8H

-10.125℃

1111111101011110

FFE5H

-25.0625℃

1111111001101111

FF6FH

-55℃

1111110010010000

FC90H

（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：

用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

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。

（3）DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

（4）配置寄存器

低五位一直都是"1"，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。

在DS18B20出厂时该位被设置为0。

R1和R0用来设置分辨率，如表2所示：

（DS18B20出厂时被设置为12位）

表2：

温度分辨率设置表

R1

R0

分辨率

温度最大转换时间

0

0

9位

93.75ms

0

1

10位

187.5ms

1

0

11位

375ms

1

1

12位

750ms

高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表3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。

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，先将补码变为原码，再计算十进制值，第九个字节是冗余检验字节。

表3：

DS18B20暂存寄存器分布

寄存器内容

字节地址

温度值低位（LSByte）

0

温度值高位（MSByte）

1

高温限值（TH）

2

低温限值（TL）

3

配置寄存器

4

保留

5

保留

6

保留

7

CRC校验值

8

根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）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进行复位操作，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，当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。

表4：

ROM指令表

指令

约定代码

功能

读ROM

33H

读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）

符合ROM

55H

发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820使之作出响应，为下一步对该DS1820的读写作准备。

搜索ROM

0FOH

用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。

为操作各器件作好准备。

跳过ROM

0CCH

忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换命令。

适用于单片工作。

告警搜索命令

0ECH

执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。

表5：

RAM指令表

指令

约定代码

功能

温度变换

44H

启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。

结果存入内部9字节RAM中。

读暂存器

0BEH

读内部RAM中9字节的内容

写暂存器

4EH

发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。

复制暂存器

48H

将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中。

重调EEPROM

0B8H

将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节。

读供电方式

0B4H

读DS1820的供电模式。

寄生供电时DS1820发送“0”，外接电源供电DS1820发送“1”。

四、系统流程图（如图2所示）：

图2系统总的流程图

五、电路设计（如图3所示）：

图3

六、具体设计程序：

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#definesfrP0=0x80/*定义端口*/

#definesfrP2=0xA0

sbitDQ=P1^0;

sbitEQ=P1^1;

sbitRQ=P1^2;

signedcharshangxian=25;

signedcharxiaxian=10;

codeLEDData[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

codeLEDData1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};

union{

ucharc[2];

uintx;

}temp;

ucharflag;

ucharcc,xs;

voiddelay（uinti）/*延时程序*/

{

uintj;

for（j=i;j>0;j--）

;

}

ucharow_reset（void）

{

ucharreset;/*系统复位*/

DQ=0;

delay（50）;

DQ=1;

delay（10）;

while（DQ）;

reset=DQ;

delay（10）;

returnreset;

}

ucharread_byte（void）/*从总线上读取一个字节*/

{

uchari;

ucharvalue=0;

for（i=8;i>0;i--）

{

value>>=1;

DQ=0;

DQ=1;

delay

（1）;

if（DQ）value|=0x80;

delay（10）;

}

return（value）;

}

voidwrite_byte（ucharval）/*向总线写字节*/

{

uchari;

for（i=8;i>0;i--）/*每次写入一个字节*/

{

DQ=0;

DQ=val&0x01;

delay（5）;

DQ=1;

val=val/2;

}

delay（5）;

}

voidinitDS18B20（void）/*初始化DS18B20*/

{

ow_reset（）;

write_byte（0xcc）;/*跳过ROM*/

write_byte（0x4e）;/*写暂存存储器命令*/

write_byte（0x00）;/*写高温触发器*/

write_byte（0x00）;/*写低温触发器*/

write_byte（0x7f）;

}

ucharRead_Temperature（void）/*读取温度*/

{

ow_reset（）;

write_byte（0xCC）;

write_byte（0x44）;/*转换温度存入RAM中*/

ow_reset（）;

write_byte（0xCC）;/*从RAM中读取温度*/

write_byte（0xBE）;

temp.c[1]=read_byte（）;/*读低位字节*/

temp.c[0]=read_byte（）;/*读高位字节*/

}

voiddisplay（void）

{

intshi,ge;

shi=cc/10;/*读十位，个位并显示*/

ge=cc%10;

P2=0xfe;

P0=LEDData[0];

delay（100）;

P0=0;

P2=0xfd;

P0=LEDData[xs];

delay（100）;

P0=0;

P2=0xfb;

P0=LEDData1[ge];

delay（100）;

P0=0;

P2=0xf7;

P0=LEDData[shi];

delay（100）;

P0=0;

}

voidmain（）

{

delay（10）;

EA=0;

flag=0;

initDS18B20（）;

while

（1）

{

flag=0;

Read_Temperature（）;

if（temp.c[0]>0xf8）/*如果温度为负值*/

{

flag=1;

temp.x=~temp.x+1;/*取反并加一得出实际值*/

}

cc=temp.x/16;/*读取温度值的整数部分*/

xs=temp.x&0x0f;/*小数点后面的第一位*/

xs=xs*10;

xs=xs/16;

display（）;

display（）;

display（）;

if（cc>=shangxian）

{EQ=1;RQ=0;}

elseif（cc>xiaxian&&cc

{EQ=0;RQ=0;}

else

{EQ=0;RQ=1;}

}

}

七、仿真结果分析：

执行上述程序，将程序载入单片机AT89C51芯片进行仿真，DS18B20显示的温度与数码管显示的温度相同。

若检测到的温度高于程序设定的上限值（25℃），电机启动。

若检测到的温度在程序设定的上限值（25℃）与下限值（10℃）之间，电机停止工作。

若输入的温度低于程序设定的下限值（10℃），红指示灯亮，加热电阻工作。

此功能在实际应用中非常广泛，比如，可用作一个大功率器件外围散热的控制系统。

八、设计心得体会：

在老师的督导和自身的努力下，我们顺利地完成了这次课程设计。

这次课程设计，巩固了我们的有关单片机的工作原理的知识，地训练了C51程序设计的能力，有效提高了我们的知识应用能力。

此外，关于新知识，我们认真地学习了有关数字温度传感器DS18B20的知识，以及DS18B20与单片机的综合应用。

在这过程中，由于理论知识缺乏，计算机编程能力有限等，我们遇到了许多的难题，通过与老师交流和学习，我们以前所学的知识变得扎实多了。

这次课程设计，我们是两人一组，虽然设计只花了一个多星期的时间，但一种不断求知，共同成功的精神却在我们的思想中扎下了根。

这次课程设计，让我们感受到电子技术的无穷魅力，深深地吸引了我们继续学习有关单片机的实际应用知识的热情。

我们深刻地认识到知识的缺乏，要学习的东西还太多，深切地感受到学习是一个长期积累的过程，在以后的生活中都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质。

九、参考文献：

[1]李朝青单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版社1998.

[2]徐爱卿MCS一51系列单片机原理及应用[M]北京航空航天大学出版社1998.

[3]韩志军沈晋源单片机应用系统设计机械工业出版社2005.

[4]谢维成杨加国单片机原理与应用及C51程序设计清华大学出版社2010