單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　單 片 機(jī)</p><p><b>　　課</b></p><p><b>　　程</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題

2、目： 單 片 機(jī) 水 溫 控 制 系 統(tǒng)</p><p>　　姓 名： </p><p>　　班 級： 07 自 動 化（2）班 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>

3、　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成時間： 2010年6月25日 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　教研室主任簽字： 年 </p

4、><p><b>　　數(shù)字溫度計(jì)</b></p><p>　　摘 要：本文介紹一種基于AT89C51單片機(jī)作為控制器、使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集器的數(shù)字溫度計(jì)。重點(diǎn)闡述了AT89C51的結(jié)構(gòu)性能和引腳功能，DS1B20的性能結(jié)構(gòu)、工作原理和控制方法，以及單片機(jī)AT89C51和數(shù)字溫度傳感器DS18B20之間的接口、數(shù)據(jù)傳遞。該數(shù)字溫度計(jì)能夠測出0—100

5、℃之間的溫度，適合日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域?qū)囟葴y量的需要。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度測量；DS18B20；AT89C51</p><p>　　Design of Digital Thermometer Based on AT89C51Abstract: A digital thermometer collection is designed, which uses SC

6、M AT89C51 as a controller, digital temperature sensor DS18B20 as temperature collector. The structure, pin and function of the AT89C51, the performance of the structure, working principle and control methods of DS1B20, a

7、nd the interface, data transmission between SCM AT89C51 and digital temperature sensor DS18B20 is introduced. This digital thermometer can detect the temperature fro</p><p>　　Key words: temperature measureme

8、nt; DS18B20; AT89C51</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導(dǎo)體，熱敏電阻等），將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，一定的曲線關(guān)系等，這個電信號可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換

9、為數(shù)字信號，數(shù)字信號再送給處理單元，如單片機(jī)或者PC機(jī)等，處理單元經(jīng)過內(nèi)部的軟件計(jì)算將這個數(shù)字信號和溫度聯(lián)系起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，如25.0攝氏度，然后通過顯示單元，如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計(jì)的基本測溫功能。</p><p>　　在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對

10、應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)式復(fù)雜，制作成本高。</p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。</p><p>　

11、　本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)STC89C51，測溫傳感器使用DS18B20，用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　

12、在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電組測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)得溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜，制作成本高。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出

13、來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。</p><p>　　進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器

14、DS1820作為檢測元件，測溫范圍為-55℃~125℃，分辨率最大可達(dá)0.0625℃。DS18B20可以直接讀出被測溫度值。而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。</p><p>　　按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由3個模塊組成：主控制器.測溫電路和顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 數(shù)字溫度計(jì)電路結(jié)構(gòu)框圖&l

15、t;/p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示，控制器使用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器使用DS18B20，用4位公陽LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。</p><p>　　圖2 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖</p><p><b>　　3.1主控制器</b></p&g

16、t;<p>　　單片機(jī)AT89C51具有低電壓供電和小體積等特點(diǎn)，兩個端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。</p><p><b>　　3.2顯示電路</b></p><p>　　顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管，從P1口輸出段碼，列掃描用P3.0~P3.3來實(shí)現(xiàn)，列驅(qū)動用74LS04非門。</p>

17、;<p>　　3.3溫度傳感器工作原理</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出北側(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：</p><p>　?、侏?dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；</p&g

18、t;<p>　　②多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；</p><p><b>　　③無須外部器件；</b></p><p>　?、芸赏ㄟ^數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5V；</p><p><b>　?、萘愦龣C(jī)功能；</b></p><p>　　⑥溫度以9

19、或12位數(shù)字量讀出；</p><p>　?、哂脩艨啥x的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；</p><p>　?、鄨?bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；</p><p>　　⑨負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　DS18B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)

20、框圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　64位ROM的位結(jié)構(gòu)如圖4所示。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警器觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。</p><p>　　圖4

21、 64位ROM結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖5所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精

22、度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義熱圖6所示。低5位一直為1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換得精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，定義方法見表1。</p><p>　　表1 DS18B20分辨率的定義規(guī)定</p><p>　　圖5 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖</p><p&g

23、t;<b>　　圖6 配置寄存器</b></p><p>　　由表1可見,DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長,而且設(shè)定的分辨率越高,所需要的溫度轉(zhuǎn)換時間越長.因此,在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮.</p><p>　　高速暫存RAM的第6,7,8字節(jié)保存未用,表現(xiàn)為邏輯1.第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼,可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù),從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性.&l

24、t;/p><p>　　當(dāng)DS18B20接收溫度轉(zhuǎn)換命令后,開始啟動轉(zhuǎn)換.轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1,2字節(jié).單片機(jī)可以通過單線接口讀出數(shù)據(jù),讀數(shù)據(jù)時低位在先,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示.溫度值格式如圖7所示.</p><p>　　圖7 溫度數(shù)據(jù)值格式</p><p>　　當(dāng)符號位S=0時,表

25、示測得的溫度值為正值,可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)符號位S=1時,表示測得的溫度值為負(fù)值,要先將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼,再計(jì)算十進(jìn)制.表2是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù).</p><p>　　表2 DS18B20溫度與測得值對應(yīng)表</p><p>　　DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后,就把測得的溫度值與RAM中的TH,TL字節(jié)內(nèi)容作比較.若T>TH或T<TL,則將該器件內(nèi)的報(bào)

26、警標(biāo)志置位,并對主機(jī)發(fā)出報(bào)警搜索命令作出響應(yīng).因此,可用多只DS18B20同時測量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索.</p><p>　　在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼(CRC).主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來計(jì)算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比較,以判斷主機(jī)收到ROM數(shù)據(jù)是否正確.</p><p>　　DS18B20的測溫原理如圖8所示.圖中第溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率受溫度

27、的影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖送給減法計(jì)數(shù)器1;高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入.圖中還隱含著計(jì)數(shù)門,當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時,DS18B20就對低溫度系數(shù)震蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖計(jì)數(shù),進(jìn)而完成溫度測量.計(jì)數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)震蕩器來決定,每次測量前,首先將-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1,溫度寄存器中,減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值.</p&g

28、t;<p>　　減法計(jì)數(shù)器1所對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù),當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時,溫度寄存器的值將加1,減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將被重新裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值.圖8中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線形性,其輸出用于減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上

29、述過程,直到溫度寄存器值達(dá)到被預(yù)測值.</p><p>　　另外,由于DS18B20單線通信功能是分時完成的,它有嚴(yán)格的時隙概念,因此讀寫時序很重要,系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行.操作協(xié)議為:初始化DS18B20→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù).</p><p>　　圖8 DS18B20測溫原理圖</p><p>　　DS18B20可

30、以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時DS18B20的1腳接地,2腳作為信號線,3腳接電源.另一種是寄生電源供電方式,如圖9所示.單片機(jī)端口接單線總線,為為保證有效DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉.</p><p>　　圖9 DS18B20采用寄生電源的電路圖</p><p>　　當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操

31、作時,總線上必須有強(qiáng)的上拉,上拉開啟時間最大為10us.采用寄生電源供電方式時Vdd和GND端均接地.由于單線制只有一根線,因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的.</p><p>　　4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)程序主要包括主程序,讀出溫度子程序,溫度轉(zhuǎn)換命令子程序,計(jì)算溫度子程序,顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等等.</p><p><b>　　4.1主程序&

32、lt;/b></p><p>　　主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示,讀出并處理DS18B20的測量溫度值,溫度測量1s進(jìn)行一次,其程序流程圖見圖10.</p><p>　　4.2讀出溫度子程序</p><p>　　讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9個字節(jié),在讀出時需進(jìn)行CRC校驗(yàn),校驗(yàn)有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫.其程序流程圖如圖11所示.</

33、p><p>　　圖10 DS18B20溫度計(jì)主程序流程圖 圖11 讀出溫度子程序流程圖</p><p>　　4.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序</p><p>　　溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令,當(dāng)采用12分辨率時轉(zhuǎn)換時間為750ms,在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成.溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖12所示 .</p>&l

34、t;p>　　圖12 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖 圖13 計(jì)算溫度子程序流程圖</p><p>　　4.4計(jì)算溫度子程序</p><p>　　計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算,并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判斷,其程序流程圖如圖13所示.</p><p>　　4.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序</p><p>　　顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主

35、要是對顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作,當(dāng)最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位.程序流程圖如圖14所示. </p><p>　　圖14 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖</p><p>　　4.6DS18B20的各個ROM命令</p><p>　　⑴Read ROM[33H]</p><p>　　這個命令允許總線控制器讀到DS18B20的8位系列編碼，

36、惟一的序列號和8位CRC碼。只有在總線上存在單只DS18B20的時候才能使用這個命令。如果總線上有不止一個從機(jī)，當(dāng)所有從機(jī)試圖同時傳送信號時，就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。</p><p>　?、芃atch ROM[55H]</p><p>　　這個是匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，讓總線控制器在多點(diǎn)總線上定位一只特定DS18B20，只有和64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)隨后的存

37、儲器操作。所有和64位ROM序列不匹配的從機(jī)都將等待復(fù)位脈沖。這條命令在總線上有單個或三個器件時都可以使用。</p><p>　?、荢kip ROM[0CCH]</p><p>　　這條命令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用存儲器操作命令，在單點(diǎn)總線情況下，可以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從機(jī)，在Skip ROM命令之后跟著發(fā)一條讀命令，由于多個從機(jī)同時傳送信號。總線上就會發(fā)生數(shù)

38、據(jù)沖突。</p><p>　?、萐earch ROM[0F0H]</p><p>　　當(dāng)一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能并不知道單線總線上有多少器件或它們的64位ROM編碼。搜索ROM命令允許總線控制器用排除法識別總線所有從機(jī)的64位編碼。</p><p>　?、葾larm Search[0ech]</p><p>　　這條命令的流程和Se

39、arch ROM相同。然而，只有在最近一次測溫后遇到符合報(bào)警條件的情況，DS18B20 才會響應(yīng)這條命令。報(bào)警條件定義為溫度高于TH或低于TL。只要DS18B20不掉電，報(bào)警狀態(tài)將一直保持，直到再一次測得的溫度值達(dá)不到報(bào)警條件。</p><p>　?、蔠rite Scratchpad[4EH]</p><p>　　這個命令向DS18B20的暫存器TH和TL中寫入數(shù)據(jù)?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位

40、命令來中止寫入。</p><p>　?、薘ead Scratchpad[0BEH]</p><p>　　這個命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從第1個字節(jié)開始，一直進(jìn)行下去，直到第9個字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。</p><p>　?、藽opy Scratchpad [48H]</p><p>　　這

41、個命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的EEROM存儲器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而DS18B20又忙于把暫存器拷貝到EE存儲器，DS18B20就會輸出一個0，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20則輸出1。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即啟動強(qiáng)上拉并最少保持10ms。</p><p>　?、虲onvert T[44H]</p

42、><p>　　這條命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其它數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后DS18B20保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出時間間隙，而DS18B20又忙于做時間轉(zhuǎn)換的話，DS18B20將在總線上輸出0，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出1。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即啟動強(qiáng)上拉，并保持500ms以上時間。</p><p>　?、蜶ecall 、EE[0E8H]&

43、lt;/p><p>　　這條命令把報(bào)警觸發(fā)器里的值拷貝回暫存器。這種拷貝操作在DS18B20上點(diǎn)時自動執(zhí)行，這樣器件以上電暫存器里馬上就存在有效的數(shù)據(jù)了。若這條命令發(fā)出之后發(fā)出數(shù)據(jù)隙，器件會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標(biāo)識：0為忙，1為完成。</p><p>　　⑾Read Power Supply[0b4h]</p><p>　　若把這條命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀時間隙，器件

44、會返回他的電源模式：0為寄生電源，1為外部電源。</p><p>　　4.7溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法</p><p>　　從DS18B20讀取出的二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。因?yàn)镈S18B20的轉(zhuǎn)換精度為9~12位可選的，為了提高精度采用12位。在采用12位轉(zhuǎn)換精度時，溫度寄存器里的值是以0.0625為步進(jìn)的，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以0.0625，就是實(shí)際的

45、十進(jìn)制溫度值。通過觀察表5.2可以發(fā)現(xiàn)一個十進(jìn)制值和二進(jìn)制值之間有很明顯的關(guān)系，就是把二進(jìn)制的高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一個字節(jié)，這個字節(jié)的二進(jìn)制值化為十進(jìn)制之后，就是溫度值的百、十、個位值，而剩下的低字節(jié)的低半字節(jié)化為十進(jìn)制后，就是溫度值得小數(shù)部分。小數(shù)部分因?yàn)槭前雮€字節(jié)，所以二進(jìn)制值范圍是0~F，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制小數(shù)值就是0.0625的倍數(shù)（0~15倍）。這樣需要4位的數(shù)碼管來顯示小數(shù)部分，實(shí)際應(yīng)用不必有這么高的精度，采用1

46、位數(shù)碼管來顯示小數(shù)部分，實(shí)際應(yīng)用不必有這么高的精度，采用1位數(shù)碼管來顯示小數(shù)，可以精確到0.1℃。表下就是二進(jìn)制和十進(jìn)制的近似對應(yīng)關(guān)系表。</p><p>　　表3 小數(shù)部分二進(jìn)制和十進(jìn)制的近似對應(yīng)關(guān)系表</p><p>　　5 調(diào)試及性能分析 </p><p>　　系統(tǒng)的調(diào)試以程序?yàn)橹?，硬件調(diào)試比較簡單，首先檢查電路的焊接是否正確，然后可用萬用表測試或通電檢

47、測。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗(yàn)，然后分別進(jìn)行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、計(jì)算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新等子程序的</p><p>　　編程及調(diào)試，由于DS18B20與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對DA18B20進(jìn)行讀寫編程時必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測量結(jié)果。本程序采用單片機(jī)匯編邊寫，用Keil C51編譯器編程調(diào)試。軟件調(diào)試到能顯示溫度值，而且在有溫度變化時（例如用

48、手去接觸）顯示溫度能改變就基本完成。</p><p>　　性能測試可用制作的溫度計(jì)和已有的成品溫度計(jì)來同時測量比較，由于DS18B20的精度很高，所以誤差指標(biāo)可以限制在0.1℃以內(nèi)，另外-55℃~+125℃的測量范圍使得該溫度計(jì)完全適合一般的應(yīng)用場合，其低電壓供電特性可做成用電池供電的手持溫度計(jì)。</p><p>　　DS18B20溫度計(jì)還可以在高低溫報(bào)警、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測溫控制等方面進(jìn)行應(yīng)用

49、開發(fā)，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)注意一下問題：</p><p>　　DS18B20工作時電流高達(dá)1.5mA，總線上掛節(jié)點(diǎn)數(shù)較多且同時進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，要考慮增加總線驅(qū)動，可用單片機(jī)端口在溫度轉(zhuǎn)換時導(dǎo)通一個MODFET供電。</p><p>　　連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的，因此在用DS18B20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配等問題。</p><

50、p>　　在DS18B20測溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或短線，當(dāng)程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進(jìn)行死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時要給予一定的重視。</p><p><b>　　單片機(jī)程序：</b></p><p>　　#include

51、 <reg51.h> // 引用標(biāo)準(zhǔn)庫的頭文件</p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#include <stdio.h></p><p>　　#include <DS18B.H></p><p>　　#define uchar unsi

52、gned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit DIN=P1^0;// 串行數(shù)據(jù)輸入</p><p>　　sbit CLK=P1^1;// 串行時鐘</p><p>　　sbit LOAD=P1^2;// 顯示數(shù)據(jù)鎖存控制</p>

53、;<p>　　sbit SOUND=P1^4;</p><p>　　#define NoOp 0x00 // 空操作寄存器</p><p>　　#define Digit0 0x01 // 數(shù)碼管1寄存器</p><p>　　#define Digit1 0x02 // 數(shù)碼管2寄存器&l

54、t;/p><p>　　#define Digit2 0x03 // 數(shù)碼管3寄存器</p><p>　　#define Digit3 0x04 // 數(shù)碼管4寄存器</p><p>　　#define Digit4 0x05 // 數(shù)碼管5寄存器</p><p>　　#define Di

55、git5 0x06 // 數(shù)碼管6寄存器</p><p>　　#define Digit6 0x07 // 數(shù)碼管7寄存器</p><p>　　#define Digit7 0x08 // 數(shù)碼管8寄存器</p><p>　　#define DecodeMode 0x09 // 譯碼模式寄存器&

56、lt;/p><p>　　#define Intensity 0x0a // 亮度寄存器</p><p>　　#define ScanLimit 0x0b // 掃描位數(shù)寄存器</p><p>　　#define ShutDown 0x0c // 低功耗模式寄存器</p><p>　　#define Dis

57、playTest 0x0f // 顯示測試寄存器</p><p>　　#define ShutdownMode 0x00 // 低功耗方式</p><p>　　#define NormalOperation 0x01 // 正常操作方式</p><p>　　#define ScanDigit 0x07 // 掃描位

58、數(shù)設(shè)置，顯示8位數(shù)碼管</p><p>　　#define DecodeDigit 0xff // 譯碼設(shè)置，8位均為BCD碼</p><p>　　#define CommonDigit 0x00 // 譯碼設(shè)置，8位均為非譯碼方式</p><p>　　#define IntensityGrade 0x0a /

59、/ 亮度級別設(shè)置</p><p>　　#define TestMode 0x01 // 顯示測試模式</p><p>　　#define TextEnd 0x00 // 顯示測試結(jié)束，恢復(fù)正常工作模式</p><p>　　/* 將數(shù)字p轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的具體段字母*/</p><p>　　uchar c

60、hangestyle(uint p)</p><p>　　{ uchar c;</p><p>　　if(p==0) c=0x7e;</p><p>　　if(p==1) c=0x30;</p><p>　　if(p==2) c=0x6d;</p><p>　　if(p==3) c=0x79;</p>&

61、lt;p>　　if(p==4) c=0x33;</p><p>　　if(p==5) c=0x5b;</p><p>　　if(p==6) c=0x5f;</p><p>　　if(p==7) c=0x70;</p><p>　　if(p==8) c=0x7f;</p><p>　　if(p==9) c=0x7b

62、;</p><p>　　return(c);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/* 向MAX7219寫入字（16位）*/</p><p>　　void WriteWord (uchar addr,uchar num)</p><p><b>　　{</b

63、></p><p><b>　　LOAD=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　SendChar(addr);</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　SendCh

64、ar(num);</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　LOAD=1;// 鎖存進(jìn)相應(yīng)寄存器</p><p><b>　　}</b></p><p>　　InitDisplay ();// MAX7219初始化</p><p&

65、gt;<b>　　_nop_();</b></p><p>　　a=degdata/10;</p><p>　　b=(degdata-a*10)/1;</p><p>　　c=(degdata-a*10-b)*10;</p><p>　　d=(degdata-a*10-b-c*0.1)*100;</p>&

66、lt;p>　　a=changestyle(a);</p><p>　　b=changestyle(b);</p><p>　　c=changestyle(c);</p><p>　　d=changestyle(d);</p><p><b>　　b=b|0x80;</b></p><p>　

67、　WriteWord(Digit0,a);</p><p>　　WriteWord(Digit1,b);</p><p>　　WriteWord(Digit2,c);</p><p>　　WriteWord(Digit3,d);</p><p>　　WriteWord(Digit4,Fdata);</p><p>　　

68、WriteWord(Digit5,Sdata);</p><p>　　WriteWord(Digit6,Ddata);</p><p>　　WriteWord(Digit7,Hdata);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/* 以下保存為DS18B.H 再進(jìn)行編譯*/</p>&

69、lt;p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define ulong unsigned long</p><p>　　sbit DQ=P1^3;

70、</p><p>　　void delayus(uchar us)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(us--); //12M，一次6us，加進(jìn)入退出14us(8M晶振，一次9us)</p><p><b>　　}</b></p><p>

71、;　　/* 延時t毫秒 */</p><p>　　void delayms(uint t)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p>　　while(t--)</p><p><b>　　{</

72、b></p><p>　　/* 對于12M時鐘，約延時1ms */</p><p>　　for (i=0;i<123;i++)</p><p><b>　　{}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b&

73、gt;</p><p>　　/* 產(chǎn)生復(fù)位脈沖初始化DS18B20 ,DS18B20產(chǎn)生應(yīng)答信號,返回為1時可以用,為0時不能用*/</p><p>　　uint TxReset(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i,j;</b></p&

74、gt;<p><b>　　DQ = 0;</b></p><p>　　delayus(120); //拉低約900us</p><p>　　DQ=1;// 產(chǎn)生上升沿</p><p>　　delayus(6); //維護(hù)約24us //等待15-60us;</p><p>　　delay

75、us(11);</p><p><b>　　if(DQ==1)</b></p><p>　　return(0); //70US左右如果檢測到了DS18B20應(yīng)答脈沖則DQ比為1,否則為0</p><p>　　else return(1); //430US左右應(yīng)檢測到高電平,否則就表示DS18B20不工作</p><p

76、><b>　　}</b></p><p>　　/* 讀取數(shù)據(jù)的一位，滿足讀時隙要求 */</p><p>　　bit RdBit(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p>

77、;<b>　　bit b;</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　DQ=0;</b></p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></

78、p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　i++; //產(chǎn)生下降沿b=DQ;</p><p>　　i=9; //讀時隙至少60US</p><p>　　while(i>0) i--;</p><p>　　return(b);</p&g

79、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　/* 讀取數(shù)據(jù)的一個字節(jié) 8位 */</p><p>　　uchar RdByte(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar j,c;</p><p><b&

80、gt;　　uint i;</b></p><p>　　for(i=1;i<=8;i++)</p><p>　　{j = RdBit();</p><p>　　c = (j<<7)|(c>>1); //從高位開始讀取</p><p><b>　　}</b></p>

81、<p>　　return(c);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/* 寫數(shù)據(jù)的一個字節(jié)，滿足寫1和寫0的時隙要求 */</p><p>　　void WrByte(uchar b)</p><p><b>　　{</b></p><p&g

82、t;<b>　　uint i;</b></p><p><b>　　uchar j;</b></p><p><b>　　bit btmp;</b></p><p>　　for(j=1;j<=8;j++)</p><p><b>　　{</b><

83、;/p><p>　　btmp = b&0x01;</p><p>　　b = b>>1;// 取下一位（由低位向高位）</p><p><b>　　if (btmp)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　D

84、Q=0;</b></p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　i++;// 延時，使得15us以內(nèi)拉高</p><p><b>　　DQ = 1;</b></p><p><b>　　i = 9;</b></p><p&g

85、t;　　while(i>0) i--;// 整個寫1時隙不低于60us</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　/* 寫0 */</b>

86、;</p><p><b>　　DQ = 0;</b></p><p><b>　　i = 9;</b></p><p>　　while(i>0) i--;// 保持低在60us到120us之間</p><p><b>　　DQ=1;</b></p>&l

87、t;p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>&

88、lt;p>　　/* 啟動溫度轉(zhuǎn)換 如果DS18B20好使則轉(zhuǎn)換溫度。否則液晶顯示DS18B20有錯誤*/</p><p>　　void convert(void)</p><p><b>　　{ uint i;</b></p><p>　　i=TxReset();</p><p>　　delayms(1);/

89、/ 延時</p><p><b>　　if(i==1)</b></p><p>　　{WrByte(0xcc);// skip rom 命令</p><p>　　WrByte(0x44);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}&

90、lt;/b></p><p>　　float change(uchar a,uchar b) //a為高字節(jié)，b為低字節(jié)</p><p>　　{uint i,zhengfu;</p><p>　　bit k,p,f;</p><p>　　float re1=8,re2,re3=1,resu=0;</p><p>

91、;　　for(i=0;i<3;i++)</p><p>　　{k=a&0x01;</p><p>　　re1=re1*2;</p><p>　　if(k){resu=resu+re1;}</p><p><b>　　a=a>>1;</b></p><p><b>

92、;　　}</b></p><p>　　if(a&0x01) zhengfu=1;</p><p>　　else zhengfu=0;</p><p><b>　　re2=0.25;</b></p><p><b>　　b=b>>1;</b></p>&

93、lt;p><b>　　b=b>>1;</b></p><p>　　for(i=1;i<3;i++)</p><p>　　{p=b&0x01;</p><p><b>　　if(p)</b></p><p><b>　　{</b></p>

94、;<p>　　resu=resu+re2;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　b=b>>1;</b></p><p>　　re2=re2*2;</p><p><b>　　}</b></p><p&

95、gt;　　if(b&0x01)resu=resu+1;</p><p><b>　　b=b>>1;</b></p><p>　　for(i=0;i<3;i++)</p><p>　　{f=b&0x01;</p><p>　　re3=re3*2;</p><p>　

96、　if(f) resu=resu+re3;</p><p><b>　　b=b>>1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(resu);</p><p><b>　　}</b></p><p>&

97、lt;b>　　6 心得體會</b></p><p>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，雖然我們的課題比較難，但是我們還是通過大家的努力還是圓滿的完成了，通過這次課程設(shè)計(jì)期間使我對數(shù)電課上所學(xué)到的知識有了更深的認(rèn)識，并且把我們平時在電子這一方面所學(xué)到的知識有了一個綜合的運(yùn)用，使我們真正的從實(shí)踐掌握了DS18B20的各方面的知識。</p><p>　　經(jīng)過一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，

98、終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)把實(shí)物都做了出來，高興之余不得不深思呀！</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時，我

99、用的都是BCD碼，這一次，我全部用的都是16進(jìn)制的數(shù)直接加減，顯示處理時在用除法去刪分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。</p><p&

100、gt;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]　李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，1998</p><p>　　[2]　李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)［Ｍ］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994</p><p>　　[3]　閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京：高等教育出版社，1989</

101、p><p>　　[4]　廖常初.現(xiàn)場總線概述［J］.電工技術(shù)，1999.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言3</b></p><p><b>　　2 方案論證4</b></p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的

102、設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　3.1主控制器5</b></p><p><b>　　3.2顯示電路5</b></p><p>　　3.3溫度傳感器工作原理5</p><p>　　4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)10</p><p><b>　　4.1主程序10

103、</b></p><p>　　4.2讀出溫度子程序10</p><p>　　4.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序10</p><p>　　4.4計(jì)算溫度子程序11</p><p>　　4.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序11</p><p>　　4.6DS18B20的各個ROM命令11</p><p&