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基于DS18B20的数字温度计
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2009-04-15
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本文主要介绍了一个基于89S51单片机的测温系统,详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程,重点对传感器在单片机下的硬件连接,软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析,对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现温度采集和显示,并可根据需要任意设定上下限报警温度,它使用起来相当方便,具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点,适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量,也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中,作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统,该系统结构简单,抗干扰能力强,适合于恶劣环境下进行现场温度测量,有广泛的应用前景。
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毕业设计说明书(论文)
毕业设计说明书目录
1. 引言………………………………………………………………………………………… 11
2. 方案论证…………………………………………………………………………………… 11
2.1 方案一:热敏电阻…………………………………………………………………… 11
2.2 方案二:采用数字温度芯片 DS18B20………………………………………………
12
3. 各电路设计及论证………………………………………………………………………… 12
3.1 主控制器…………………………………………………………………………… 13
3.1.1 方案一:采用 PC 机实现………………………………………………………… 13
3.1.2 方案二:使用单片机……………………………………………………………… 13
3.2 显示电路…………………………………………………………………………… 15
3.2.1 方案一:采用七段 LED 数码显示……………………………………………… 15
3.2.2 方案二:采用 SMCI602A 液晶显示模块芯片………………………………… 15
3. 3 温度传感器的选择………………………………………………………………… 15
3.3.1 方案一:采用热敏电阻………………………………………………………… 16
3.3.2 方案二:采用数字温度芯片 DS18B20………………………………………… 16
3.4 温度报警电路……………………………………………………………………… 21
3.5 电源设计…………………………………………………………………………… 21
4. 软件设计……………………………………………………………………………………22
4.1 程序流程…………………………………………………………………………… 22
4.1.1 系统主程序流程图……………………………………………………………… 22
4.1.2 各子程序流程图………………………………………………………………… 22
4.2 程序………………………………………………………………………………… 23
5.软硬件系统的调试………………………………………………………………………… 27
6.附录:电路原理图………………………………………………………………………… 33
7.参考文献…………………………………………………………………………………… 34
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基于 DS18B20 的数字温度计
摘要:随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域,已经成为一
种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于 89S51 单片机的测温系统,详细描述了利用数字温度传感
器 DS18B20 开发测温系统的过程,重点对传感器在单片机下的硬件连接,软件编程以及各模块系统流
程进行了详尽分析,对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现温度采集和显示,并可根
据需要任意设定上下限报警温度,它使用起来相当方便,具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功
耗低等优点,适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量,也可以当作温度处理模块嵌入其它系
统中,作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20 与 AT89C51 结合实现最简温度检测系统,该系统结构简
单,抗干扰能力强,适合于恶劣环境下进行现场温度测量,有广泛的应用前景。
关键词:单片机;温度检测;AT89S51;DS18B20;
1. 引言
随着科技的不断发展,现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级
的增长,而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三
大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中,传感器属
于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器技术,在我国各领域已经引用的非常广泛,
可以说是渗透到社会的每一个领域,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中
需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具
有重要的意义。
测量温度的关键是温度传感器,温度传感器的发展经历了三个发展阶段:
①传统的分立式温度传感器
②模拟集成温度传感器
③智能集成温度传感器。
目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的,它是微电
子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶,特点是能输出温度数据及相关的温度控
制量,适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高,现在的温
度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式,从集成化向智能化、网络化的方向飞
速发展,并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络
传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展,本文将介绍智能集成温度传感器
DS18B20的结构特征及控制方法,并对以此传感器,89S51单片机为控制器构成的数字温度
测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。与传统的温度计相比,其具有读数方便,
测温范围广,测温准确,输出温度采用数字显示,主要用于对测温要求比较准确的场所,或
科研实验室使用。该设计控制器使用ATMEL公司的AT89S51单片机,测温传感器使用
DALLAS公司DS18B20,用液晶来实现温度显示。
2. 方案论证
该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成,实现的方法有很多种,下面将列出
两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。
2.1 方案一:使用热敏电阻
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温
度变化的电压或电流采集过来,进行 A/D 转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显
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示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到 A/D 转换电路,感温电路比较
麻烦。
2.2 方案二:采用数字温度芯片 DS18B20
采用数字温度芯片 DS18B20 测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,
省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元
件,此元件线形较好。在 0—100 摄氏度时,最大线形偏差小于 1 摄氏度。DS18B20 的最大
特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计 DS18B20 和微控制器 AT89S51 构成的温
度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较
简单,体积也不大。采用 51 单片机控制,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的
算术算法和逻辑控制,而且体积小,硬件实现简单,安装方便。
控制工作,还可以与PC 机通信上传数据,另外AT89S51 在工业控制上也有着广泛的应
用,编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。
该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现
快速测量环境温度,并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强,它可以在
设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据,在数据处理同时显示时间,并可以利用
AT24C16芯片作为存储器件,以此来对某些时间点的温度数据进行存储,利用键盘来进行调
时和温度查询,获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信,方
便的采集和整理时间温度数据。
系统框图如图1所示
图1 DS18B20温度测温 系统框图
从以上两种方案,容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小,但是线性误差
较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单,故本次
设计采用了方案二。
3. 各电路设计及论证
温度计电路设计原理图如图2所示,控制器使用单片机AT89C2051,温度计传感器使用
DS18B20,用液晶实现温度显示。
本温度计大体分三个工作过程。首先,由DS18820温度传感器芯片测量当前的温度,并
将结果送入单片机。然后,通过89C205I单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换,
井将此结果送入液晶显示模块。最后,SMC1602A芯片将送来的值显示于显示屏上。 由图1
可看到,本电路主要由DSl8820温度传感器芯片、SMCl602A液晶显示模块芯片和89C2051单
片机芯片组成。其中,DSI8B20温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连,它独立地完成
温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。
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按 键 输 入
电路
时 钟 电 路
复位电路
单
片
机
驱
动
电
路
报警电路
显示电路
测温电路
扩展接口:对时间和温度信息定点
存储,并与计算机进行数据交换
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图2 温度计电路设计原理图
3.1 主控制器
3.1.1 方案一:采用 PC 机实现
此方案采用 PC 机实现。它可在线编程,可在线仿真的功能,这让调试变得方便。且人
机交互友好。但是 PC 机输出信号不能直接与 DS18B20 通信。需要通过 RS232 电平转换
兼容,硬件的合成在线调试,较为繁琐,很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合,PC
机的体积大,携带安装不方便,性能不稳定,给工程带来很多麻烦!
3.1.2 方案二:使用单片机
使用单片机,对于单片机的选择,可以考虑使用8031与8051系列,由于8031没有内部
RAM,系统又需要大量内存存储数据,因而不适用。AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的
低功耗,高性能 CMOS8 位单片机,片内含 4kbytes 的可编程的 Flash 只读程序存储器,兼容
标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器既可在线编程(ISP),也可用传统方法
进行编程,所以低价位 AT89S51单片机可为提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各
种控制领域,对于简单的测温系统已经足够。单片机AT89S51 具有低电压供电和体积小等特
点,四个端口只需要两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
用系统可用二节电池供电。主要特性如下
●与MCS-51 兼容
●4K字节可编程闪烁存储器
●寿命:1000写/擦循环
●数据保留时间:10年
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●全静态工作:0Hz-24Hz
●三级程序存储器锁定
●128*8位内部RAM
●32可编程I/O线
●两个16位定时器/计数器
●5个中断源
●可编程串行通道
●低功耗的闲置和掉电模式
●片内振荡器和时钟电路
1. 89S51 引脚功能介绍
AT89S51 单片机为40 引脚双列直插式封装。
其引脚排列和逻辑符号如图3 所示。
各引脚功能简单介绍如下:
●VCC:供电电压
●GND:接地 图 3 AT89S51单片机引脚图
●P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口
的管脚写“1”时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它
可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时,P0口作为原码输入口,
当FLASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部电位必须被拉高。
●P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出
4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后,电位被内部上拉为高,可用作输入,
P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在
FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
●P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个
TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚电位被内部上拉电阻拉高,且作为
输入。作为输入时,P2口的管脚电位被外部拉低,将输出电流,这是由于
内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器
进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉
的优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能
寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信
号。
●P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入时,
由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL),也是由于上拉的缘故。P3
口也可作为AT89C51的一些特殊功能口:
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INT0(外部中断0)
P3.3 INT1(外部中断1)
P3.4 T0(记时器0外部输入)
P3.5 T1(记时器1外部输入)
P3.6 WR (外部数据存储器写选通)
P3.7 RD (外部数据存储器读选通)
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