【正文】 1 課程設(shè)計任務(wù)書 題 目： 基于 DS18B20 的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計（ LCD） 系（部）： 信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院 實(shí)習(xí)地點(diǎn)： 班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 時間： 2021 年 月 日 到 2021 年 月 日 山 東 交 通 學(xué) 院 2 摘 要 單片機(jī)已在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，為適應(yīng)更多的應(yīng)用領(lǐng)域，廠家采取了在一塊單片機(jī)芯片上集成多種功能部件和大容量存儲器的方法。因而，整個應(yīng)用系統(tǒng)不需要擴(kuò)展，而體積變小、可靠性增高，使單片機(jī)成為真正意義上的單片機(jī)系統(tǒng)。 本設(shè)計是基于 STC89C52 單片機(jī)和 DS185B20實(shí)現(xiàn)溫度的測量系統(tǒng)，單片機(jī)在本系統(tǒng)中作為溫度輸入和顯示控制器件， DS18B20被用作溫度數(shù)據(jù)的采集和溫度輸出器件。本系統(tǒng)采用單總線 操作，線路簡單，測量值精確，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量，并對溫度超過限制值，產(chǎn)生報警和數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于溫度控制、溫度檢測、溫度采、消防等系統(tǒng)中。 關(guān)鍵詞 單片機(jī)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；溫度顯示； 3 目錄 一 .課程設(shè)計總體說明 1 目的 1 基本功能 1 擴(kuò)展功能 1 課題所達(dá)到的功能目標(biāo) 1 單片機(jī)的選擇 1 二 .硬件系統(tǒng)說明 2 1 硬件總體設(shè)計方案 2 硬件設(shè)計目標(biāo) 2 硬件功能模塊劃分 2 主控芯片和關(guān)鍵元器件的選型、接口和引腳介紹 2 6 流程圖 6 三 .軟件調(diào)試說明 7 7 四．課題開發(fā)總結(jié) 10 4 五．用戶操作說明 11 六 .參考資料 11 附錄：程序 12 1 一、課題總體設(shè)計說明 、 目的 （ 1）本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)的是通過 DS18B20 溫度傳感器采集溫度并在 LCD 上顯示 ,并學(xué)會使用單片機(jī)控制 DS18B20 此類單總線器件，并對數(shù)字溫度傳感器DS18B0 進(jìn)行時序分析。 （ 2）更進(jìn)一步了解 LCD1602 的應(yīng)用。 （ 3）掌握單片機(jī)與 PC 的遠(yuǎn)程通信。 、 基本功能 （ 1）以數(shù)字傳感器 DS1820 作為前端采集溫度，經(jīng)過單片機(jī)處理后，將外部的溫度顯示在液晶屏上。 （ 2）可用通過獨(dú)立式按鍵來設(shè)定溫度的上限值和下限值，當(dāng)壞境溫度超過上限值或低于下限值時會自動提示，并在液晶屏上提示溫度大于上限值或溫度小于下限值。 （ 3）當(dāng)單片機(jī)檢測到 DS18B20 存在時會在在 LCD1602 上顯示“ DS18B20 Succes”，反之則顯示“ DS18B20 is Wrong， TEMP is No on”。 、 擴(kuò)展功能 以數(shù)字傳感器 DS1820 作為前端采集溫度，經(jīng)過單片機(jī)處理后，再通過串口通信，把實(shí)時溫度值、上限值和下限值顯示在用 VB 語言編輯的計算機(jī)軟件的界面上并顯示出實(shí)時溫度的變化曲線，當(dāng)實(shí)時溫度超過所設(shè)定的上限值和下限值時會在用 VB 語言編輯的計算機(jī)軟件的界面上提示當(dāng)前溫度超過上限值或下限值，模擬實(shí)現(xiàn)設(shè)備與計算機(jī)的通信，通過計算機(jī)對設(shè)備的溫度檢測以及實(shí)時監(jiān)控。 、 課題所達(dá)到的功能目標(biāo) （ 1）能在 LCD1602 上準(zhǔn)確的顯示出實(shí)時溫度； （ 2）獨(dú)立式按鍵能設(shè)置報警溫度的上限值、下限值和查看所設(shè)定的上限值、下限值； （ 3）當(dāng)溫度大于上限值或低于下限值時在液晶屏上自動提示； （ 4）通過串口和 PC 機(jī)連接，能夠把實(shí)時溫度值、上限值和下限值顯示在用VB 語言編輯的計算機(jī)軟件的界面上并顯示出實(shí)時溫度的變化曲線，當(dāng)實(shí)時溫度超過所設(shè)定的上限值和下限值時會在用 VB 語言編輯的計算機(jī)軟件的界面上提示當(dāng)前溫度超過上限值或下限值。 、 單片機(jī)的選擇 本系統(tǒng)采用了 51 單片機(jī)，其 體積小巧，攜帶方便 ，價格便宜。且 USB 接 口 2 通訊及供電，通訊速度快，無須外接電源 。 51 單片機(jī)有一個全雙工的串通信口，非常適合與電腦進(jìn)行通信 。 二、硬件設(shè)計說明 硬件總體設(shè)計方案 、 硬件設(shè)計目標(biāo) 本系統(tǒng)中通過溫度傳感器 DS18B20的數(shù)據(jù)線 DQ與主控芯片 51單片機(jī)的 相連接， DS18B20 將采集到的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)出來后，顯示在 8位數(shù)據(jù)線與單片機(jī) P0 口的液晶 LCD 上。，當(dāng)壞境溫度超過上限值或低于下限值時會自動提示，并在液晶屏上提示溫度大于上限值或溫度小于下限值。 4個按鍵 K1~K4接到單片機(jī)的 ~，來實(shí)現(xiàn)對上限值和下限值的查看與設(shè)定。串口經(jīng)過MAX232 的電平轉(zhuǎn)換后 R1 OUT 和 T1 IN 接到單片機(jī)的 RXD 與 TXD 來實(shí)現(xiàn)與 用 VB語言編輯的計算機(jī)軟件的界面 間的通信。液晶 LCD 的 RS、 —W/R 、 E分別接到單片機(jī)的 ~ 來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制液晶的讀寫命令和數(shù)據(jù)的控制。 、 硬件功能模塊劃分 （ 1） AT89S51：實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。 （ 2） DS18B LCD1602：溫度傳感器 DS18B20 的數(shù)據(jù)線 DQ 與主控芯片 51 單片機(jī)的 相連接， DS18B20 將采集到的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理后，顯示在 8 位數(shù)據(jù)線與單片機(jī) P0口的液晶 LCD上。 （ 3）按鍵輸入：對報警溫度上限值 TH和下限值 TL 的設(shè)置。 （ 4）串口通信：實(shí)現(xiàn)與與 用 VB 語言編輯的計算機(jī)軟件的界面 間的通信。 、 主控芯片和關(guān)鍵元器件的選型、接口和連接方式定義 、 主控芯片和關(guān)鍵元器件的選型 （ 1）主控芯片： AT89S51 （ 2）溫度采集： DS18B20 （ 3）按鍵：獨(dú)立式按鍵（ K1~K4） 主控芯片 顯示模塊 控制模塊 溫度檢測模塊 通信模塊 3 （ 4）顯示： LCD1602 （ 5）串口：通過 MAX232 與單片機(jī)的 10腳 11 腳相連 、 AT89S51 引腳結(jié)構(gòu) ,見圖 11 圖 11單片機(jī)封裝及引腳結(jié)構(gòu) 引腳功能說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1時，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲器 ，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須接上拉電阻。 P1口 ： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1 口作為低八位地址接收。 P2口 ： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2 口緩沖器可接收，輸出4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部 程序存儲器 或 16 位地址 外部數(shù)據(jù) 存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸 出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲器 進(jìn)行讀寫時， P2口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和 控制信號 。 P3口 ： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL門電流。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功 4 能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（ 外部數(shù)據(jù) 存儲器 寫選通） /RD（ 外部數(shù)據(jù) 存儲器 讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些 控制信號 。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個 機(jī)器周期 的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部 存儲器 時， 地址鎖存 允許的 輸出電平 用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程 期間，此 引腳 用于輸入 編程 脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù) 存儲器 時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，該 引腳 被略微拉高。如果微處理器 在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部 程序存儲器 的選通信號。在由外部程序 存儲器 取指期間，每個 機(jī)器周期 兩次 /PSEN 有效。但在訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時，則在此期間外部程序 存儲器 （ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 、 DS18B20數(shù)字溫度傳感器介紹 功能介紹 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的 “ 一線器件 ” 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 DS18B DS1822 “ 一線總線 ” 字化溫度傳感器 同 DS1820 一樣， DS18B20 也 支持 “ 一線總線 ” 接口，測量溫度范圍為 55176。C~+125176。C ， 10~+85176。C 范圍內(nèi) ,精度為177。176。C 。 DS1822 的精度較差為 177。 2176。C ?，F(xiàn)場溫度直接以 “ 一線總線 ” 的數(shù)字方式傳輸， 大大提高了 系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：境控制、 設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新 的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且 新一代產(chǎn)品更便宜，體積更 5 小。 DS18B DS1822 的特性 DS18B20 可以程序設(shè)定 9~12 位的分辨率，精度為 177。176。C ?？蛇x更小的方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電依然保存。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！ DS1822DS18B20 軟件兼容，是 DS18B20 的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的 EEPROM，精度降低為177。2176。C ，適用于對性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 繼 “ 一線總線 ” 的早期產(chǎn)品后， DS1820 開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。 DS18B20 和DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20的管腳排 列如下 : DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 64位光刻 ROM 的排列是：開始 8位（ 2