【正文】 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器課程設計論文與心得西安科技大學 單 片 機 課 程 設 計 論 文銀 浩 0806060135翁子涵 0806060136王思麒 0806060137 指導教師: 王建專業(yè)名稱: 電氣工程及其自動化電氣與控制工程學院2010年12月27日DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器課程設計論文與心得【摘要】 隨著現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能夠獨立工作的溫度檢測與顯示系統(tǒng)應用于諸多領域。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，需要外加信號處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計相比，這次設計的是基于DS18B20的數(shù)字溫度計，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。在本設計中選用AT89C51型單片機作為主控制器件，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)，實現(xiàn)溫度顯示。本設計的內(nèi)容主要分為兩部分，一是對系統(tǒng)硬件部分的設計，包括溫度采集電路和顯示電路；二是對系統(tǒng)軟件部分的設計，應用C語言實現(xiàn)溫度的采集與顯示。通過DS18B20直接讀取被測溫度值，送入單片機進行數(shù)據(jù)處理，之后進行輸出顯示，最終完成了數(shù)字溫度計的總體設計。其系統(tǒng)構成簡單，信號采集效果好，數(shù)據(jù)處理速度快，便于實際檢測使用。關鍵詞：單片機AT89C51；溫度傳感器DS18B20；LED數(shù)碼管；數(shù)字溫度計1 緒 論單片機自1976年由Intel公司推出MCS48開始，迄今已有三十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，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”。單片機的應用領域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡通訊等廣大領域，對各個行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起著重要的推動作用。單片機有兩種基本結構形式：一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結構，稱為普林斯頓結構。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結構，一般需要較大的程序存儲器。目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結構為多。本設計討論的單片機多功能定時器的核心是目前應用極為廣泛的51系列單片機，配置了外圍設備，構成了一個可編程的計時定時系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強等特點。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應用領域[1]。20世紀80年代中期以后，Intel公司以專利轉讓的形式把8051內(nèi)核技術轉讓給許多半導體芯片生產(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，準確地說是與MCS51指令系統(tǒng)兼容的單片機。這些兼容機與8051的系統(tǒng)結構(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，它們對8051單片機一般都作了一些擴充，使其更有特點。其功能和市場競爭力更強，其實不該把它們直接稱呼為MCS51系列單片機，因為MCS只是Intel公司專用的單片機系列型號。MCS51系列及80C51單片機有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結構上有些區(qū)別。目前使用的MCS51系列單片機及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲器型。其中ATMEL公司的標準型AT89單片機因其與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格比，成為AT89系列單片機的主流機型，在嵌入式控制系統(tǒng)中獲得廣泛應用。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)展到用各種溫度計來對環(huán)境溫度進行準確的測量。但是受限于技術等原因，溫度計通常都有體積較大，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。因此，用它來組成一個測溫系統(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。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。“一線總線”獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點。 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、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V～，使系統(tǒng)設計更靈活、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)絡化的方向飛速發(fā)展。 本設計主要介紹了用單片機和數(shù)字溫度傳感器DS18B20相結合的方法來實現(xiàn)溫度的采集，以單片機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，構成了一個多功能單片機數(shù)字溫度計。該裝置適用于人民的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫度測量與報警，實現(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)硬件部分的設計，包括溫度采集電路和顯示電路；二是對系統(tǒng)軟件部分的設計，應用C語言實現(xiàn)溫度的采集與顯示。通過利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行設計，能夠滿足實時檢測溫度的要求，同時通過LED數(shù)碼管的顯示功能，可以實現(xiàn)不間斷的溫度顯示，并帶有復位功能。本次設計的主要思路是利用51系列單片機，數(shù)字溫度傳感器DS18B20和LED數(shù)碼顯示器，構成實現(xiàn)溫度檢測與顯示的單片機控制系統(tǒng)，即數(shù)字溫度計。通過對單片機編寫相應的程序，達到能夠實時檢測周圍溫度的目的。通過對本課題的設計能夠熟悉數(shù)字溫度計的工作原理及過程，了解各功能器件(單片機、DS18BLED)的基本原理與應用，掌握各部分電路的硬件連線與程序編寫，最終完成對數(shù)字溫度計的總體設計。其具體的要求如下：根據(jù)設計要求，選用AT89C51單片機為核心器件；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，動態(tài)顯示。2 基于DS18B20數(shù)字溫度計設計的可行性分析由于本設計實現(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，將其隨被測溫度變化的電壓或電流值采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，通過顯示電路就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉換電路，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)它的特點和測溫原理，很容易就能直接讀取被測溫度值并進行轉換，這樣就可以滿足設計要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，故在本設計中采用了方案二。通過方案二設計的溫度計總體電路圖如附錄圖C所示，控制器采用單片機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)實現(xiàn)溫度顯示。目前，常用的微機和外設之間數(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(一根時鐘線，一根