電氣工程及其自動化畢業設計-ds18b20數字溫度計的設計-文庫吧

【正文】 二、 LED 顯示器結構與原理 ............................................................................. 15 三、顯示電路的設計 .......................................................................................... 17 第四章 系統 軟件電路 的設計 ......................................................................................... 20 第一節 主程序 的設計 ............................................................................................ 20 第二節 讀出溫度子程序 的設計 ............................................................................ 20 第三節 溫度轉換命令子程序 的設計 .................................................................... 21 第四節 計算溫度子程序 的設計 ............................................................................ 21 第五節 顯示數據刷新子程序 設計 ........................................................................ 22 第六節 DS18B20 的各條 ROM 命令 .................................................................... 22 第七節 溫度數據的計算處理方法 ........................................................................ 24 第五章 調試及性能分析 ................................................................................................. 25 總結與展望 ......................................................................................................................... 26 參考文獻 ............................................................................................................................. 27 附 錄 Ⅰ 數字溫度計設計原理圖 ................................................................................. 28 附 錄 Ⅱ 單片機匯編源程序清單 ................................................................................. 29 外文資料 ............................................................................................................................. 41 中文譯文 ............................................................................................................................. 49 致 謝 ................................................................................................................................. 56 太原理工大學陽泉學院 畢業設計說明書 1 第一章 緒 論 第一節 選題的目的和意義 隨著科技的不斷發展，現代社會對各種信息參數的準確度和精確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數就需 要受制于現代信息基礎的發展水平。在三大信息的信息采集 （ 即傳感器技術 ） 、信息傳輸 （ 通信技術 ） 和信息處理 （ 計算機技術 ） 中，傳感器屬于信息技術的前沿尖端產品，尤其是溫度傳感器技術，在我國各領域已經引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領域，人民的生活與環境的溫度息息相關，在工業生產過程中需要實時測量溫度，在農業生產中也離不開溫度的測量，因此研究數字溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。 第二節 國內外發展情況 隨著人們生活水平的不斷提高 ， 單片機 控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的 。 其中數字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從數單片機技術入手，一切向著數字化控制，智能化控制方向發展。 目前的智能溫度傳感器（亦稱數字溫度傳感器）是在 20世紀 90年代中期問世的，它是微電子技術、計算機技術和自動檢測技術（ ATE）的結晶。特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（ MCU）。社會的發展 使人們對傳感器的要求也越來越高，現在的溫度傳感器正在基于單片機 的 基礎上從模擬式向數字式，從集成化向智能化、網絡化的方向飛速 發展，并朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片機測溫系統等高科技的方向迅速發展，本文將介紹智能集成溫度傳感器 DS18B20的結構特征及 測溫原理 ，并對以此 為 傳感器 、 AT89C2051單片機為控制器構成的數字溫度測量裝置的工作原理及程序設計 做 了詳細的介紹。與傳統的溫度計相比，其讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確，輸出溫度采用數字顯示，主要用于對測溫要求比較準確的場所，或科研實驗室使用。該設計控制器使用 ATMEL公司的 AT89C2051單片機，測溫傳感器使用 DALLAS太原理工大學陽泉學院 畢業設計說明書 2公司 DS18B20，用 LED顯示器來實現溫度顯示。 數字溫度計 的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發展經歷了三個發展階段： 1． 傳統的分立式溫度傳感器 2． 模擬集成溫度傳感器 3． 智能集成溫度傳感器 第三節 本設計所研究的內容 本設計主要研究一個基于 AT89C2051的數字溫度計的 測溫系統 。 其中提出并確定了 設計的 總體方案， 另外對 系統硬件電路 中 主控制器、測溫電路和顯示電路的設計進行 詳細的分析和設計， 重點對溫度傳感器的工作原理，溫度傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統流程 進行了詳盡分析，對各部分的電路也一一進行了介紹。 太原理工大學陽泉學院 畢業設計說明書 3 第二 章 設計方案論證 在日常生活及工農業生產中，經常要用到溫度的檢測及控制，傳統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，再轉換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持。其缺點如下： 硬件電路復雜； 硬件調試復雜； 制作成本高 。 本數字溫度計 的 設計采用美國 DALLAS 半導體公司繼 DS18B20 之后推出的一種改進型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元件，測溫 范圍為 55℃ ～＋ 125℃ ，最高分辨率可達 。 DS18B20 可以直接讀出被測溫度值，而采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。 按照系統設計功能的要求，確定系統由 3 個模塊組成：主控制器、測溫電路和顯示器。 數字溫度計總體結構框圖如圖 21 所示。 D S 1 8 B 2 0主控制器顯 示 電 路掃 描 驅 動 圖 21 數字溫度計總體結構框圖 太原理工大學陽泉學院 畢業設計說明書 4 第三 章 系統 硬件 電路 的 設計 第 一 節 測溫 模塊的設計 一、溫度傳感器的選擇 在日常生活及工農業生 產中，經常要用到溫度的檢測及控制，傳統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，再轉換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持。其缺點如下： 硬件電路復雜； 硬件調試復雜； 制作成本高 。 本數字溫度計設計采用美國 DALLAS 半導體公司繼 DS18B20 之后推出的一種改進型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元件，測溫范圍為 55℃ ～＋ 125℃ ，最高分辨率可達 。 DS18B20 可以直接讀出被測溫度值，而采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件 電路，具有低成本和易使用的特點。 二、 DS18B20 的工作原理 1． DS18B20 的性能特點 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，他能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現 9～ 12 位的數字讀數方式。 DS18B20 的性能特點如下： 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 多個 DS18B20 可以并聯在唯一的三線上，實現多點組網功能； 不需要外部器件； 可通過數據線供電，電壓范圍 為 ～ ； 零待機功耗； 溫度以 9～ 12 位數字量讀出； 用戶可定義的非易失性溫度報警設置； 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 太原理工大學陽泉學院 畢業設計說明書 5 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，只是不能正常工作。 2． DS18B20 的內部結構 DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內部結構框圖如圖 31 所示。 6 4 位 R O M和單 線 接 口存 儲 器 與 控 制 邏 輯高速緩沖溫 度 傳 感 器高 溫 觸 發 器 T H高 溫 觸 發 器 T L配 置 寄 存 器8 位 C R C 發 生 器V D DI / O 圖 31 DS18B20 內部結構框圖 64 位 ROM 的 位結構如圖 32 所示。開始 8 位是產品類型的編號；接著是每個器件的唯一的序號，共有 48 位；最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個DS18B20 可以采用單線進行通信的原因。非易失性溫度報警觸發器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限數據。 8 位 檢 驗 C R C 4 8 位 序 列 號 8 位 工 廠 代 碼 （ 1 0 H ）M S B L S B M S B M S BL S B L S B 圖 32 64 位 ROM 結構框圖 DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 E2PROM。 高速暫存 RAM 的結構為 9 字節的存儲器，結構如圖 33 所示。前 2 字節包含測得的溫度信息。第 3 和第 4 字節是 TH 和 TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第 5 字節為配置寄存器，其內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率 ， DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉換為相應精度的數值。該字節各位的定義如圖34 所示，其中，低 5 位一直為 1， TM是測試模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是測試模式，在 DS18B20 出廠時，該位被設置為 0，用戶不要去改動； R1 和 R0決定溫度轉換的精度位數，即用來設置分辨率，其定義方法見表 31。 太原理工大學陽泉學院 畢業設計說明書 6 溫 度 L S B溫 度 M S BT H 用 戶 字 節 1T L 用 戶 字 節 2配 置 寄 存 器保