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基于DS18B20设计的数字温度计毕业论文
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基于ds18b20设计的数字温度计毕业论文
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于课程设计（论文）-基于DS18B20设计的数字温度计的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：课程设计（论文）-基于DS18B20设计的数字温度计 精品目录摘要................................................................................................ Ⅰ第一章引言.....................................................................................1第二章设计.....................................................................................22.1 设计方案.................................................................................................22.2 设计框图.........................................................................(来源：淘豆网[/p-2206276.html]).......................22.3 主控制器.................................................................................................22.4 显示电路.................................................................................................22.5 温度传感器设计...................................................................................2第三章系统整体硬件电路...............................................................63.1 主板电路.......................................(来源：淘豆网[/p-2206276.html])..........................................................63.2 显示电路.................................................................................................6第四章系统软件算法分析...............................................................74.1 主程序.....................................................................................................84.2 读出温度子程序...................................................................................84.3 温度转换命(来源：淘豆网[/p-2206276.html])令子程序...........................................................................84.4 计算数据刷新子程序...........................................................................94.5 显示数据刷新子程序.........................................................................10第五章系统仿真............................................................................10第六章课程设计总结与体会.......................................................... 11参考文献..................................(来源：淘豆网[/p-2206276.html])....................................................... 12致谢................................................................................................ 13附录................................................................................................ 14邵阳学院课程设计- 1第 1 章引言随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。在这个信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现的时代。能够独立工作的温度检(来源：淘豆网[/p-2206276.html])测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低,但需后续信号处理电路,而且可靠性相对较差,测温准确度低,检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比,这里设计的数字温度计具有读数方便,测温范围广,测温精确,数字显示,适用范围宽等特点。选用 AT89C51 型单片机作为主控制器件,DSl8B20 作为测温传感器通过 4 位共阳极 LED 数码管串口传送数据,实现温度显示。通过 DSl8B20 直接读取被测温度值,进行数据转换,该器件的物理化学性能稳定,线性度较好,在 0℃~100℃最大线性偏差小于 0.1℃。该器件可直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。另外,该温度计还能直接采用测温器件测量温度,从而简化数据传输与处理过程。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用 8086 系统 AT89S51,测温传感器使用 DS18B2(来源：淘豆网[/p-2206276.html])0,用3 位共阳极 LED 数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。邵阳学院课程设计- 2第 2 章设计2.1 设计方案在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。2.2 设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图 2.1 所示,控制器采用单片机 AT89S51,温度传感 DS18B20,用 3 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。图 2.1 总体设计方框图2.3 主控制器8086 系统 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。2.4 显示电路显示电路采用 3 位共阳 LED 数码管,从 P3 口 RXD,TXD 串口输出段码。2.5 温度传感器设计DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智主控制器LED显示温度传感器单片机(来源：淘豆网[/p-2206276.html])复位时钟振荡报警点按键调整邵阳学院课程设计- 3能温度传感器,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。DS18B20 的性能特点如下:独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;无须外部器件;可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;零待机功耗;温度以 9 或 12 位数字;用户可定义报警设置;报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。DS18B20 采用3脚 PR-35 封装或8脚 SOIC 封装,其内部结构框图如图2.2 所示。图 2.2 DS18B20 内部结构64 位 ROM 的结构开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有 48 位,最后8位是前面 56 位的 CRC 检验码,这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。温度(来源：淘豆网[/p-2206276.html])报警触发器 TH 和 TL,可通过软件写入户报警上下限。DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器,结构如图 2.3所示。头 2 个字节包含测得的温度信息,第 3 和第 4 字节 TH 和 TL 的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。第 5 个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图 2.3 所示。低 5 位一直为1,TM 是工作模式位,用I/OC64位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器 TH低温触发器 TL配置寄存器8 位 CRC 发生器Vdd邵阳学院课程设计- 4于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式,DS18B20 出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1 和 R0 决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。TM R1 1R0 1 1 1 1..(来源：淘豆网[/p-2206276.html])..图 2.3 DS18B20 字节定义由表 2.1 可见,DS18B20 温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。表 2.1 DS18B20 温度转换时间表R1 R0 分辨率/位温度最大转向时间0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11
750高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的 CRC 码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。当 DS18B20 接收到温度转换命令后,开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB 形式表示。当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数(来源：淘豆网[/p-2206276.html])值。表 2.2 是一部分温度值对应的二进制温度数据。温度 LSB温度 MSBTH 用户字节 1TL 用户字节 2配置寄存器保留保留保留CRC邵阳学院课程设计- 5表 2.2 一部分温度对应值表温度/℃二进制表示十六进制表示+125 01 H+85 01 H+25.01 91H+10.125 10 H+0.5 00
00 H-0.5 11 0000 FFF8H-10.125 01 1110 FF5EH-25.10
FE6FH-55 01 0000 FC90HDS18B20 完成温度转换后,就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、TL字节内容作比较。若T&TH 或 T&TL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此,可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。主机 ROM的前 56 位来计算 CRC 值,并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较,以判断主机收到的 ROM 数据是否正确。DS18B20 的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。另外,由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行。操作协议为:初使邵阳学院课程设计- 6化 DS18B20(发复位脉冲)→发 ROM 功能命令→发存储器操作命令→处理数据。DS18B20 可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时 DS18B20的 1 脚接地,2 脚作为信号线,3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式,如图 2.4 所示单片机端口接单线总线,为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流,可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉。当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为 10us。采用寄生电源供电方式时 VDD 端接地。由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。DS18B20 DS18B20 DS18B204.7KGND GND 单片机....图 2.4 DS18B20 与单片机的接口电路第 3 章系统整体硬件电路3.1 主板电路系统整体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等,如图 3.1 所示。图 3.1 中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置,图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时,发出报警鸣叫声音,同时 LED 数码管将没有被测温度值显示,这时可以调整报警上下限,从而测出被测的温度值。图 3.1 中的按健复位电路是上电复位加手动复位,使用比较方便,在程序跑飞时,可以手动复位,这样就不用在重起单片机电源,就可以实现复位。3.2 显示电路显示电路是使用的串口显示,这种显示最大的优点就是使用口资源比较少,只用p3 口的 RXD,和 TXD,串口的发送和接收,四只数码管采用 74LS164 右移寄存器驱动,显示比较清晰。如图 3.2 所示,为温度显示电路。邵阳学院课程设计- 7图 3.1 单片机主板电路图 3.2 温度显示电路第 4 章系统软件算法分析系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序等。邵阳学院课程设计- 84.1 主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的测量的当前温度值,温度测量每 1s 进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度,其程序流程见图 4.1 所示。图 4.1 主程序流程图图 4.2 读温度流程图4.2 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节,在读出时需进行 CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图 4.2 示4.3 温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750ms,在本程序设计中采用 1s 显示程序延时法等待转换的完成。温度转换初始化调用显示子程序1S 到?初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNYY发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令读取操作,CRC 校验9 字节完?CRC 校验正?确?移入温度暂存器结束NNY邵阳学院课程设计- 9发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发温度转换开始命令结束命令子程序流程图如上图,图 4.3 所示。图 4.3 温度转换流程图4.4 计算温度子程序计算温度子程序将 RAM 中读取值进行 BCD 码的转换运算,并进行温度值正负的判定,其程序流程图如图 4.4 所示。图 4.4 计算温度流程图图 4.5 显示数据刷新流程图开始温度零下?温度值取补码置“—”标志计算小数位温度 BCD 值计算整数位温度 BCD 值结束置“+”标志NY温度数据移入显示寄存器十位数 0?百位数 0?十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据(不显示符号)结束NNYY播放器加载中，请稍候...
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