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基于51单片机智能温度控制器设计.doc
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基于51单片机智能温度控制器设计.doc
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摘 要
摘 要
本文基于一线协议温度数据采集技术进行研究,构建了基于 MCS-51 平台的温
度数据采集系统。系统由数据传输电路、复位电路、时钟电路、电平转换电路组
成。其主要思想是通过数字温度传感器 DS18B20 把采集到的温度数据传送给单片
机 STC89C51,然后经 MAX232 进行电平转换,最后通过建立接口通信,在 PC 机上
显示所采集到的温度数据。系统涉及到串行通信、单片机、电平转换、数字温度
传感器等相关知识。
系统主要实现了温度传感器 DS18B20 与 STC89C51 以及 STC89C51 与 PC 机之
间的通信。前者基于 1-Wire 协议来实现,即用一根线来控制 DS18B20 与 STC89C51
的通信。后者依据 RS-232-C 来实现 STC89C51 与 PC 机的通信。在此基础上,本文
还介绍电源电路、复位电路、时钟电路的设计和实现。
最后对组成温度数据采集电路的软件和硬件进行了仿真和调试,实现了上位
机和下位机的通信,并能在 PC 机上正确地显示 DS18B20 采集到的温度数据,并可
控制温度数据的采集和传输。同时对出现的问题进行讨论和分析,提出了解决办
法。
关键词:数字温度传感器 1-Wire STC89C51 串口通信
Abstract
Abstract
This paper researches temperature acquisition technique based on 1-wire bus.The
temperature acquisition system of MCS-51 is built up abided by 1-wire protocol. The
system composes of power supply circuit, data collection circuit, data transfer circuit,
reset circuit, clock circuit, voltage transformation circuit.
Firstly, temperature data are transferred to STC89C51 through sensor DS18B20.
Second, the temperature data are processed through voltage transformation. At last, the
data information are displayed on monitor after transferred to PC through
communication interface. Therefore, the system relates to serial communication,
singlechip, voltage transformation, numerical temperature sensor. The most important
in this system is the communication between sensor DS18B20 and STC89C51 and the
communication between sensor STC89C51and PC. The communication between sensor
DS18B20 and STC89C51 is accomplished through 1-wire protocol. The communication
between sensor STC89C51and PC through RS-232-C. Furthermore, this paper
introduces the design and accomplishment of power supply circuit, data collection
circuit, data transfer circuit, reset circuit, clock circuit.
At last, the software and hardware of temperature acquisition system both
simulated and tuned. The up-down communication is accomplished. PC displays the
data collected by DS18B20 and controls the collections and transfer of temperature data.
The emergent problems are analyzed and solved.
Key Words: digital temperature sensor 1-Wire bus communication protocol
DS18B20 STC89C51
目 录
目 录
第一章 绪 论 ...............................................................................................................1
1.1 概述 ......................................................................................................................1
1.2 研究目的、内容及思路 .......................................................................................2
第二章 1-WIRE 总线技术 .......................................................................................3
2.1 1-WIRE 规范的通信协议 ......................................................................................3
2.2 1-WIRE 协议体系结构模型 ..................................................................................3
2.2.1 1-Wire 物理层协议........................................................................................4
2.2.2 复位和存在时序 ............................................................................................5
2.2.3 写时序 ............................................................................................................5
2.2.4 读时序 ............................................................................................................5
2.2.5 1-Wire 链路层协议........................................................................................6
2.3 本章小结 ...............................................................................................................6
第三章 数字温度传感器 DS18B20 ....................................................................7
3.1 单总线数字温度计 DS18B20 简介......................................................................7
3.2 DS18B20 的原理...................................................................................................7
3.2.1 DS18B20 的特性 ...........................................................................................8
3.2.2 DS18B20 引脚及功能 ...................................................................................9
3.2.3 DS18B20 的工作原理 ...................................................................................9
3.2.4 存储器操作命令代码及其含义 ..................................................................10
3.3 温度检测系统原理及软件流程图 .....................................................................11
3.4 本章小结...............................................................................................................12
第四章 串行通信和 RS-232-C ...........................................................................13
4.1 数据的串行通信...................................................................................................13
4.2 有关串行通信的物理标准...................................................................................14
4.3 RS-232-C 标准....................................................................................................14
4.4 RS232C 串口通信接线方法(三线制)...........................................................15
4.5 本章小结 ..............................................................................................................16
第五章 硬件设计 ......................................................................................................17
5.1 设计指标及总体设计 .........................................................................................17
5.2 单片机 STC89C51 ..............................................................................................18
5.2.1 电平转换电路 ..............................................................................................21
5.2.2 复位电路 ......................................................................................................21
目录
5.2.3 时钟电路 ........................................................................................................22
5.2.4 数据传输电路 ................................................................................................23
5.3 关于 MAX232 .......................................................................................................23
5.3.1 双路电荷泵电压转换器 ..............................................................................24
5.3.2 RS-232 驱动器.............................................................................................25
5.3.3 低功耗接收模式 ..........................................................................................25
5.4 电源 .....................................................................................................................26
5.5 显示输出结果.......................................................................................................26
5.6 本章小结...............................................................................................................27
第六章 软件设计 ......................................................................................................29
6.1 KEIL 软件简介 ...................................................................................................29
6.2 软件流程 .............................................................................................................30
6.2.2 DS18B20 的初始化 .....................................................................................32
6.2.3 读取温度 ......................................................................................................32
6.2.4 延时函数 ......................................................................................................32
6.2.5 主函数 ..........................................................................................................33
6.3 小结 .....................................................................................................................33
第七章 软件仿真和硬件调试...............................................................................35
7.1 仿真准备设置 .....................................................................................................35
7.2 遇到的问题与解决方法.......................................................................................37
7.3 软件仿真 .............................................................................................................39
7.4 小结 .....................................................................................................................39
第八章 全文总结 ......................................................................................................41
致 谢 .............................................................................................................................43
参考文献 ......................................................................................................................45
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
1.1 概述
随着电子技术、单片机应用技术的进步和发展,单片机的应用范围日益广泛。
温度采集技术也在不断的发展,主要表现在温度传感器的不断发展。初期,以铜
电阻,热敏电阻作为传感器件,通过检测电阻的变化来反映温度的变化,为测量
提供参考依据。但此工作靠人工一点一点的测量,效率低,准确性差。但随着科
技的不但进步,温度采集技术不断完善、提高、并日趋成熟,逐步形成了样式繁
多的温度检测系统,为安全、科学应用起到了积极的作用,并不断的取得了一定
的经济效益和社会效益,不同程度地提高了工作效率和管理水平,并积累了一定
的温度传感器应用于单片机系统的工作经验,例如,我们现在用到的基于 1-Wire
协议的温度采集技术,就使数据采集部分线路得到了简化且与单片机相结合;在
传感器方面应用了半导体等器件;在数据传输上采用了串行传输方式,从而减少
了传输线条数;通过各种手段提高了数据传输和巡检速度,并提高了数据采集的精
度和可靠性。
常用的温度传感器主要有热敏电阻、P-N结型温度传感器以及数字式温度传感
器等。以下作简要介绍:(1)热敏电阻
以温度变化导致阻值变化为工作原理的热敏电阻,因其成本低、体积小、简
单、可靠、响应速度快、容易使用等特点,在多项温度测量应用中受到广泛欢迎,
在过去的系统中采用最多的就是热敏电阻温度传感器。热敏电阻的电阻温度系数
较高,室温电阻通常也较高,因此其自身发热较小,信号调节较为简单。热敏电
阻的缺点是互换性差,温度与输出阻值之间呈非线性关系。热敏电阻分为正温度
系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种,但在温度测量应用中,正温度系数热
敏电阻较少得到采用,更多采用的是负温度系数热敏电阻。(2)数字式温度传感
器
数字式温度传感器的种类较多,本系统的温度传感器主要是美国DALLAS公司
生产的温度传感器系列,其温度检测范围为-55℃到十125℃,检测精度为士0.5℃。
本系统采用的是DSl8B20,此芯片采用1-Wire接口,封装形式有TO-92和8-PIN SOIC
两种,本系统中采用的是TO-92封装。DSl8B20用9~12位来表示测温点的温度值,
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