【正文】 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器課程設(shè)計(jì)論文與心得西安科技大學(xué) 單 片 機(jī) 課 程 設(shè) 計(jì) 論 文銀 浩 0806060135翁子涵 0806060136王思麒 0806060137 指導(dǎo)教師: 王建專業(yè)名稱: 電氣工程及其自動(dòng)化電氣與控制工程學(xué)院2010年12月27日DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器課程設(shè)計(jì)論文與心得【摘要】 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測與顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，需要外加信號(hào)處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，這次設(shè)計(jì)的是基于DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)，它具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中選用AT89C51型單片機(jī)作為主控制器件，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為測溫元件，通過4位共陽極LED數(shù)碼顯示管并行傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要分為兩部分，一是對系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，包括溫度采集電路和顯示電路；二是對系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，應(yīng)用C語言實(shí)現(xiàn)溫度的采集與顯示。通過DS18B20直接讀取被測溫度值，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，之后進(jìn)行輸出顯示，最終完成了數(shù)字溫度計(jì)的總體設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)構(gòu)成簡單，信號(hào)采集效果好，數(shù)據(jù)處理速度快，便于實(shí)際檢測使用。關(guān)鍵詞：單片機(jī)AT89C51；溫度傳感器DS18B20；LED數(shù)碼管；數(shù)字溫度計(jì)1 緒 論單片機(jī)自1976年由Intel公司推出MCS48開始，迄今已有三十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、汽車電子、PC機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域，對各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用。單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器。目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本設(shè)計(jì)討論的單片機(jī)多功能定時(shí)器的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個(gè)可編程的計(jì)時(shí)定時(shí)系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域[1]。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說是與MCS51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些兼容機(jī)與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(主要是指令系統(tǒng))相同，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，它們對8051單片機(jī)一般都作了一些擴(kuò)充，使其更有特點(diǎn)。其功能和市場競爭力更強(qiáng)，其實(shí)不該把它們直接稱呼為MCS51系列單片機(jī)，因?yàn)镸CS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列型號(hào)。MCS51系列及80C51單片機(jī)有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型。其中ATMEL公司的標(biāo)準(zhǔn)型AT89單片機(jī)因其與MCS51的完全兼容性、優(yōu)良的工作性能、使用的靈活性以及較高的性能價(jià)格比，成為AT89系列單片機(jī)的主流機(jī)型，在嵌入式控制系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。眾所周知，環(huán)境溫度一直是生物能否較適宜生存的一個(gè)重要因素，而人們對環(huán)境溫度的感知也從單純的身體感官的感受發(fā)展到用各種溫度計(jì)來對環(huán)境溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。但是受限于技術(shù)等原因，溫度計(jì)通常都有體積較大，精度不高等各種缺陷。而數(shù)字溫度測量芯片的出現(xiàn)則解決了這些問題，其中的一款芯片DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。因此，用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線上可以掛載很多這樣的數(shù)字溫度芯片，十分方便。美國Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820[2]是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板(ONB0ARD)專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)?！耙痪€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。現(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。 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，在10～+85176。C范圍內(nèi)，精度為177。176。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：環(huán)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～，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小，這就為用最低的成本制作出用途更廣，精度更高的便攜帶的數(shù)字溫度計(jì)提供了可能。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。 本設(shè)計(jì)主要介紹了用單片機(jī)和數(shù)字溫度傳感器DS18B20相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)溫度的采集，以單片機(jī)AT89C51芯片為核心，輔以溫度傳感器DS18B20和LED數(shù)碼管及必要的外圍電路，構(gòu)成了一個(gè)多功能單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)。該裝置適用于人民的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫度測量與報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對溫度的監(jiān)測。其主要研究內(nèi)容包括兩方面，一是對系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，包括溫度采集電路和顯示電路；二是對系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，應(yīng)用C語言實(shí)現(xiàn)溫度的采集與顯示。通過利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠滿足實(shí)時(shí)檢測溫度的要求，同時(shí)通過LED數(shù)碼管的顯示功能，可以實(shí)現(xiàn)不間斷的溫度顯示，并帶有復(fù)位功能。本次設(shè)計(jì)的主要思路是利用51系列單片機(jī)，數(shù)字溫度傳感器DS18B20和LED數(shù)碼顯示器，構(gòu)成實(shí)現(xiàn)溫度檢測與顯示的單片機(jī)控制系統(tǒng)，即數(shù)字溫度計(jì)。通過對單片機(jī)編寫相應(yīng)的程序，達(dá)到能夠?qū)崟r(shí)檢測周圍溫度的目的。通過對本課題的設(shè)計(jì)能夠熟悉數(shù)字溫度計(jì)的工作原理及過程，了解各功能器件(單片機(jī)、DS18BLED)的基本原理與應(yīng)用，掌握各部分電路的硬件連線與程序編寫，最終完成對數(shù)字溫度計(jì)的總體設(shè)計(jì)。其具體的要求如下：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用AT89C51單片機(jī)為核心器件；溫度檢測器件采用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，；顯示電路采用4個(gè)LED數(shù)碼管顯示器接P1口并行顯示溫度值，數(shù)碼管由P3口(～)選通，動(dòng)態(tài)顯示。2 基于DS18B20數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)的可行性分析由于本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是測溫電路，首先我們可以使用熱敏電阻之類的器件，利用其感溫效應(yīng)，將其隨被測溫度變化的電壓或電流值采集過來，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，通過顯示電路就可以將被測溫度顯示出來，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。因此，我們引出第二種方案。我們可以采用技術(shù)成熟、操作簡單、精確度高的溫度傳感器，在此，可以選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，根據(jù)它的特點(diǎn)和測溫原理，很容易就能直接讀取被測溫度值并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣就可以滿足設(shè)計(jì)要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故在本設(shè)計(jì)中采用了方案二。通過方案二設(shè)計(jì)的溫度計(jì)總體電路圖如附錄圖C所示，控制器采用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數(shù)碼管以串口并行輸出方式傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。目前，常用的微機(jī)和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€[3]有I2C總線、SPI總線等，其中I2C總線采用同步串行雙線(一根時(shí)鐘線，一根