基于ds18b20的水溫控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　成績： 分</p><p><b>　　電氣信息學(xué)院 </b></p><p>　　課程設(shè)計名稱： 實(shí)用型工程軟件的應(yīng)用</p><p>　　題 目： 基于DS18B20 </p><p>　　的水溫控制系統(tǒng) </p><p>　　學(xué)生姓

2、名： </p><p>　　專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 </p><p>　　班 級： 2010級 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　教 師：

3、 </p><p>　　日期：2013 年 6 月 3日 </p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　基于DS18B20的水溫控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　設(shè)計要求與

4、目的</b></p><p>　　·利用單片機(jī)AT89C51控制DS18B20溫度傳感器對誰問的控制；</p><p>　　·通過水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計要掌握好對Proteus仿真設(shè)計的熟練運(yùn)用；</p><p>　　·通過水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計要熟練掌握單片機(jī)的各個功能，并且能對單片機(jī)有一</p><p>

5、　　總體的的把握，再設(shè)計的過程中能夠憑借對單片機(jī)各功能的了解，達(dá)到理想的設(shè)計效果；</p><p>　　·本例使用了溫度傳感器DS18B20和74HC245，通過對單片機(jī)的學(xué)習(xí)能夠?qū)λ鼈冇|類旁通。</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　·設(shè)計系統(tǒng)硬件</b></

6、p><p><b>　　·設(shè)計系統(tǒng)軟件</b></p><p><b>　　·編寫設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　設(shè)計背景簡介</b></p><p>　　在生活中，無論是冬天還是夏天我們都離不開熱水。把水燒開很容易，但是要把水溫控制在一定的溫度

7、而且進(jìn)行自動控制就不是那么隨便。所以為了更高效和方便人們的需求。本設(shè)計就專門利用單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)了一個水溫自動控制系統(tǒng)，希望通過本設(shè)計能夠?qū)ξ磥淼内厔萦兴盐?，從而適應(yīng)社會需要。</p><p><b>　　電路設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片DS18B2

8、0采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機(jī)，再由單片機(jī)將信號通過數(shù)碼管顯示出來。當(dāng)水溫低于預(yù)設(shè)溫度值時系統(tǒng)開始加熱（點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管表示加熱狀態(tài)），當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度值時自動停止加熱。預(yù)設(shè)溫度值和實(shí)測溫度值分別由兩個三位數(shù)碼管顯示，范圍為0~99℃。</p><p>　　1.74HC245芯片相關(guān)知識</p><p><b>　?。?）原理說明</b></p>

9、;<p>　　總線收發(fā)器（bus transceiver），典型的CMOS型三態(tài)緩沖門電路。由于單片機(jī)或CPU的數(shù)據(jù)/地址/控制總線端口都有一定的負(fù)載能力，如果負(fù)載超過其負(fù)載能力，一般應(yīng)加驅(qū)動器。另外，也可以使用74HC244等其他緩沖門電路。74HC244是單向，74HC245是雙向。</p><p><b>　?。?）引腳定義</b></p><p>

10、;　　74HC245的引腳功能如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 74HC245的引腳圖</p><p>　　第1腳DIR，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用，DIR=“1”高電平時信號由“A”端輸入“B”端輸出，DIR=“0”低電平時信號由“B”端輸入“A”端輸出。</p><p>　　第2~9腳“A”信號輸入輸出端，A0=B0，A7=B7，A0與B0是一組，如果

11、DIR=“1”O(jiān)E=“0”則A1輸入B1輸出，其它類同。如果DIR=“0”O(jiān)E=“0”則B1輸入A1輸出，其它類同。</p><p>　　第11~18腳“B”信號輸入輸出端，功能與“A”端一樣，不再描述。</p><p>　　第19腳OE，使能端，若該腳為“1”A/B端的信號將不導(dǎo)通，只有為“0”時A/B端才被啟用，該腳也就是起到開關(guān)的作用。</p><p>　　第

12、10腳GND，電源地。</p><p>　　第20腳VCC，電源正極。 </p><p>　　表3-1 TRUTH TABLE真值表</p><p>　　H=高電平 L=低電平 ×=不定 </p><p>　　2.DS18B20芯片相關(guān)知識</p><p>　?。?）DS18B20簡介</

13、p><p>　　DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器芯片。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號，以供單片機(jī)處理，它還具有微型化、低功率、高性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過編程，DS18B20可以實(shí)現(xiàn)9~12位的溫度讀數(shù)。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從微處理器到DS18B20僅需連接一條信號線和地線。讀、寫和執(zhí)行溫度變換所需

14、的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。</p><p>　?。?）DS18B20的引腳功能</p><p>　　DS18B20的引腳(圖3-2)，其功能如表3-2所示。</p><p>　　圖3-2 DS18B20的引腳</p><p>　　表3-2 DS18B20的引腳說明</p><p>　　（3）DS

15、18B20的主要特點(diǎn)</p><p>　　·采用單線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需一個引腳；·通過識別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號從而實(shí)現(xiàn)單線多掛接，簡化了分布式溫度檢測的</p><p><b>　　應(yīng)用；</b></p><p>　　·實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何器件即可實(shí)現(xiàn)測溫；·可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓的范圍在

16、3～5.5V；·不需要備份電源；</p><p>　　·測量范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內(nèi)誤差為0.5℃；</p><p>　　·數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以在9位到12位之間選擇，可配置實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)；</p><p>　　·將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時間不超過750ms；</p&g

17、t;<p>　　·用戶定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置，用用戶可以自行設(shè)定告警的上下限溫度。</p><p>　?。?）DS18B20的ROM及控制指令</p><p>　　DS18B20的64位ROM的結(jié)構(gòu)如表3-3所示。開始8位是DS18B20的產(chǎn)品類型編號10H，接著是每一個器件的唯一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，也是多個DS18B20可

18、以用一根線進(jìn)行通信的原因。</p><p>　　表3-3 DS18B20的64位ROM結(jié)構(gòu)表</p><p>　　主機(jī)操作ROM的命令有五種如表3-4所示。</p><p>　　表3-4 DS18B20控制指令</p><p>　　DS18B20的高速暫存器由便箋式RAM和非易失性電擦寫EERAM組成，后者用于存儲TH、TL值。數(shù)據(jù)先寫入

19、便箋式RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給EERAM。便箋式RAM占9個字節(jié)，包括溫度信息(0、1字節(jié))、TH和TL值(2、3字節(jié))、配置寄存器數(shù)據(jù)(4字節(jié))、CRC(8字節(jié))等，5、6、7字節(jié)不用。暫存器的4字節(jié)是配置寄存器，可以通過相應(yīng)的寫命令進(jìn)行配置，其內(nèi)容如表3-5所示。</p><p>　　表3-5 暫存器的配置方式</p><p>　　MSB

20、 LSB</p><p>　　其中，R0與R1是溫度值分辨率位，配置方式如表3-6所示。 </p><p>　　表3-6 DS18B20溫度值分辨率位配置方式 </p><p>　　DS18B20的核心功能部件是它的數(shù)字溫度傳感器，如上所述，它的分辨率可配置為9位、10位、11位或者12位，出廠默認(rèn)設(shè)置是12位分辨率，它們對應(yīng)的溫度

21、分辨率分別是0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃。溫度信息的低位、高位字節(jié)內(nèi)容中還包括了符號位S(是正溫度還是負(fù)溫度)和二進(jìn)制小數(shù)部分，具體形式如表3-7所示。</p><p>　　表3-7 溫度信息的低位、高位字節(jié)內(nèi)容形式</p><p>　　這是12位分辨率的情況，如果配置為低的分辨率，則其中無意義位為0；實(shí)測溫度和數(shù)字輸出的對應(yīng)關(guān)系如表3-8所示。</p>

22、<p>　　表3-8 DS18B20實(shí)測溫度和數(shù)字輸出的對應(yīng)關(guān)系 </p><p>　　DS18B20的存儲控制命令如表3-9所示。</p><p>　　表3-9 DS18B20存儲控制命令</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　DS18B20溫度測量電路</p&

23、gt;<p>　　根據(jù)DS18B20的引腳功能說明，我們可以很快地把VCC接一個5V的電源，而GND接地。由于DS18B20采用了單總線技術(shù)，我們只要把DQ與單片機(jī)的一個I/O口相連接就可以了，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 DS18B20溫度測量電路</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>

24、;　　結(jié)果顯示是由兩個三位數(shù)碼管來顯示0~99℃范圍的溫度值，一個是實(shí)測水溫值；一個是預(yù)設(shè)水溫值，它們都由74HC245來驅(qū)動利用單片機(jī)的串口發(fā)送或者模擬串口發(fā)送把數(shù)據(jù)發(fā)送給74HC164來驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　TMPLEQU29H</p><p>　　TMPHEQ

25、U28H</p><p>　　FLAG1EQU38H</p><p>　　DATAINBITP3.7</p><p><b>　　ORG00H</b></p><p>　　LJMPMAIN1</p><p><b>　　ORG03H</b></p&g

26、t;<p>　　LJMPZINT0</p><p><b>　　ORG13H</b></p><p>　　LJMPZINT1</p><p><b>　　ORG30H</b></p><p>　　MAIN1:SETBIT0</p><p><

27、b>　　SETBEA</b></p><p><b>　　SETBEX0</b></p><p><b>　　SETBIT1</b></p><p><b>　　SETBEX1</b></p><p><b>　　SETBP3.6</

28、b></p><p><b>　　SETBP3.2</b></p><p>　　MOV74H,#0</p><p>　　MOV75H,#0</p><p>　　MOV76H,#9</p><p>　　MOV77H,#0</p><p>　　MAIN:LC

29、ALLGET_TEMPER</p><p>　　LCALLCVTTMP</p><p>　　LCALLDISP1</p><p><b>　　AJMPMAIN</b></p><p>　　INIT_1820:SETBDATAIN</p><p><b>　　NOP</b

30、></p><p>　　CLRDATAIN</p><p><b>　　MOVR1,#3</b></p><p>　　TSR1:MOVR0,#107</p><p><b>　　DJNZR0,$</b></p><p>　　DJNZR1,TSR1</

31、p><p>　　SETBDATAIN</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOVR0,#25H</p><p>　

32、　TSR2:JNBDATAIN,TSR3</p><p>　　DJNZR0,TSR2</p><p><b>　　CLRFLAG1</b></p><p><b>　　SJMPTSR7</b></p><p>　　TSR3:SETBFLAG1</p><p>

33、;<b>　　CLRP1.7</b></p><p>　　MOVR0,#117</p><p>　　TSR6:DJNZR0,$</p><p>　　TSR7:SETBDATAIN</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　GET_TEMP

34、ER:SETBDATAIN</p><p>　　LCALLINIT_1820</p><p>　　JBFLAG1,TSS2</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TSS2:MOVA,#0CCH

35、</p><p>　　LCALLWRITE_1820</p><p>　　MOVA,#44H</p><p>　　LCALLWRITE_1820</p><p>　　ACALLDISP1</p><p>　　LCALLINIT_1820</p><p>　　MOVA,#0CCH<

36、;/p><p>　　LCALLWRITE_1820</p><p>　　MOVA,#0BEH</p><p>　　LCALLWRITE_1820</p><p>　　LCALLREAD_1820</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　WRITE

37、_1820:MOVR2,#8</p><p><b>　　CLRC</b></p><p>　　WR1:CLRDATAIN</p><p><b>　　MOVR3,#6</b></p><p><b>　　DJNZR3,$</b></p><

38、p><b>　　RRCA</b></p><p>　　MOVDATAIN,C</p><p>　　MOVR3,#23</p><p><b>　　DJNZR3,$</b></p><p>　　SETBDATAIN</p><p><b>　　NOP&

39、lt;/b></p><p>　　DJNZR2,WR1</p><p>　　SETBDATAIN</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　READ_1820:MOVR4,#2</p><p>　　MOVR1,#29H</p><p>

40、　　RE00:MOVR2,#8</p><p>　　RE01:CLRC</p><p>　　SETBDATAIN</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　CLRDATAIN</p>

41、<p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　SETBDATAIN</p><p><b>　　MOVR3,#9</b></p>

42、<p>　　RE10:DJNZR3,RE10</p><p>　　MOVC,DATAIN</p><p>　　MOVR3,#23</p><p>　　RE20:DJNZR3,RE20</p><p><b>　　RRCA</b></p><p>　　DJNZR2,

43、RE01</p><p><b>　　MOV@R1,A</b></p><p><b>　　DECR1</b></p><p>　　DJNZR4,RE00</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　CVTTMP:MOVA

44、,TMPH</p><p>　　ANLA,#80H</p><p><b>　　JZTMPC1</b></p><p><b>　　CLRC</b></p><p>　　MOVA,TMPL</p><p><b>　　CPLA</b></

45、p><p><b>　　ADDA,#1</b></p><p>　　MOVTMPL,A</p><p>　　MOVA,TMPH</p><p><b>　　CPLA</b></p><p><b>　　ADDCA,#0</b></p>

46、<p>　　MOVTMPH,A</p><p>　　MOV73H,#0BH</p><p>　　SJMPTMPC11</p><p>　　TMPC1:MOV73H,#0AH</p><p>　　TMPC11:MOVA,TMPL</p><p>　　ANLA,#0FH</p>

47、<p>　　MOVDPTR,#TMPTAB</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV70H,A</b></p><p>　　MOVA,TMPL</p><p>　　ANLA,#0F0H</p><p><b>　　SWAP

48、A</b></p><p>　　MOVTMPL,A</p><p>　　MOVA,TMPH</p><p>　　ANLA,#0FH</p><p><b>　　SWAPA</b></p><p>　　ORLA,TMPL</p><p>　　H2BCD:

49、MOVB,#100</p><p><b>　　DIVAB</b></p><p><b>　　JZB2BCD1</b></p><p><b>　　MOV73H,A</b></p><p>　　B2BCD1:MOVA,#10</p><p

50、><b>　　XCHA,B</b></p><p><b>　　DIVAB</b></p><p><b>　　MOV72H,A</b></p><p><b>　　MOV71H,B</b></p><p>　　TMPC12:NOP<

51、;/p><p>　　DISBCD:MOVA,73H</p><p>　　ANLA,#0FH</p><p>　　CJNEA,#1,DISBCD0</p><p>　　SJMPDISBCD1</p><p>　　DISBCD0:MOVA,72H</p><p>　　ANLA,#0FH

52、</p><p>　　JNZDISBCD1</p><p><b>　　MOVA,73H</b></p><p><b>　　MOV72H,A</b></p><p>　　MOV73H,#0AH</p><p>　　DISBCD1:RET</p>&l

53、t;p>　　TMPTAB:DB0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9</p><p>　　DISP1:MOVR1,#70H</p><p>　　MOVR0,#74H</p><p>　　MOVR5,#0FEH</p><p>　　PLAY:MOVP1,#0FFH</p><

54、;p><b>　　MOVA,R5</b></p><p><b>　　MOVP2,A</b></p><p><b>　　MOVA,@R1</b></p><p>　　MOVDPTR,#TAB</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p>

55、<p><b>　　MOVP1,A</b></p><p><b>　　MOVA,@R0</b></p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p><b>　　MOVA,R5<

56、;/b></p><p>　　JBACC.1,LOOP1</p><p><b>　　CLRP1.7</b></p><p><b>　　CLRP0.7</b></p><p>　　LOOP1:LCALLDL1MS</p><p><b>　　IN

57、CR1</b></p><p><b>　　INCR0</b></p><p><b>　　MOVA,R5</b></p><p>　　JNBACC.3,ENDOUT</p><p><b>　　RLA</b></p><p>&l

58、t;b>　　MOVR5,A</b></p><p><b>　　MOVA,73H</b></p><p>　　CJNEA,#1,DD2</p><p><b>　　SJMPLEDH</b></p><p>　　DD2:MOVA,72H</p><p

59、>　　CJNEA,#0AH,DD3</p><p>　　MOV72H,#0</p><p>　　DD3:MOVA,76H</p><p>　　CJNEA,72H,DDH</p><p><b>　　SJMPDDL</b></p><p>　　DDH:JNCPLAY1<

60、;/p><p><b>　　SJMPLEDH</b></p><p>　　DDL:MOVA,75H</p><p>　　CJNEA,71H,DDL1</p><p><b>　　SJMPLEDH</b></p><p>　　DDL1:JNCPLAY1</p

61、><p>　　LEDH:CLRP3.6</p><p><b>　　SJMPPLAY</b></p><p>　　PLAY1:SETBP3.6</p><p><b>　　SJMPPLAY</b></p><p>　　ENDOUT:MOVP1,#0FFH&l

62、t;/p><p>　　MOVP2,#0FFH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H</p><p>　　DB92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH</p><p>　　DL1MS:

63、MOVR6,#50</p><p>　　DL1:MOVR7,#100</p><p><b>　　DJNZR7,$</b></p><p>　　DJNZR6,DL1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　ZINT0:PUSHACC&

64、lt;/p><p><b>　　INC75H</b></p><p><b>　　MOVA,75H</b></p><p>　　CJNEA,#10,ZINT01</p><p>　　MOV75H,#0</p><p>　　ZINT01:POPACC</p>

65、;<p><b>　　RETI</b></p><p>　　ZINT1:PUSHACC</p><p><b>　　INC76H</b></p><p><b>　　MOVA,76H</b></p><p>　　CJNEA,#10,ZINT11<

66、/p><p>　　MOV76H,#0</p><p>　　ZINT11:POPACC</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　ZZZ1:MOVDPTR,#TAB</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b

67、>　　MOVP0,A</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　END </p><p><b>　　系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　參照5.3.3節(jié)建立程序文件，加載目標(biāo)代碼

68、文件，進(jìn)入調(diào)試環(huán)境，執(zhí)行程序，在Proteus ISIS界面中，分別調(diào)節(jié)十位設(shè)置按鍵和個位設(shè)置按鍵來預(yù)設(shè)水溫，當(dāng)DS18B20的溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮表示進(jìn)入熱狀態(tài)（如圖6-1所示）；調(diào)節(jié)DS18B20元件上的按鈕可人工模擬實(shí)際水溫的升高和下降。可以看到，當(dāng)實(shí)測溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，紅色發(fā)光二極管便自動熄滅，表示停止加熱。如圖6-2所示。</p><p>　　圖6-1 加熱狀態(tài)時的仿真圖<