1、摘要隨著計算機科學的發展，計算機已深入地滲透到我們的生活中，要想學好溫度測控，由于溫度測控是基于單片機知識的，因此我們只有扎扎實實的把單片機知識學好。現今，我們的生活環境和工作環境中，由單片機構成的微型系統在為我們服務。單片機在工業控制，尖端武器，通信設備，信息處理，家用電器等各測，控領域的應用中獨占鰲頭。時下，家用電器和辦公設備的智能化，遙控化，模糊控制化已成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機來實現的，同時在使用單片機的前提下我們也還要用到A/D數模轉換。我們作為21世紀的大學生必須具備單片機知識。現在隨著社會對人才素質要求的不斷提高，我們也要不斷的充實自己，以適應社會的發展。溫度傳感

2、器及有關電路將溫度轉化為電脈沖的脈寬，單片機將測得的脈沖寬度的值轉化為與之對應的溫度值。DS-18B20數字溫度傳感器就是我設計的其中的一個電源器件。本設計所介紹的數字溫度計與傳統的溫度計相比，具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，測溫傳感器使用DS18B20，用4位共陽極LED數碼管以串口傳送數據,實現溫度顯示,能準確達到以上要求。目錄一 概述-23二 整體方案-232.1設計任務-4三.硬件電路設計-43.1單片機控制電路-43.2溫度采集模塊-63.3顯示模塊-103.4報警模塊-11 3.5串口通訊電路上位機模塊-1

3、1123.6硬件制作圖解-1213四軟件系統設計-13144.1程序流程圖-13144.2基本顯示原理-14154.3 DS18B20匯編程序-1415五.系統調試-1617六.總結-1617七.致謝-1718八.附件-1819九.參考文獻-27291、概述TS-18B20數字溫度傳感器，該產品采用美國DALLAS公司生產的 DS18B20可組網數字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。 溫度傳感器可編程的分辨率為912位 溫度轉換為12位數字格式最大值為750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報警設置 應用范圍包括恒溫控制

4、，工業系統，消費電子產品溫度計，或任何熱敏感系統。在做這個設計之前，我查了許多的資料，其中TS-18B20數字溫度傳感器的卓越性能深深的吸引了我，所以我決定這次的設計就用它來實現測溫的功能。2、整體方案 TS-18B20數字溫度傳感器，該產品采用美國DALLAS公司生產的DS18B20可組網數字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。作為一種數字化溫度傳感器，DS18B20測溫時無需任何外部元件，可直接輸出912位(含符號位)的被測溫度值，測溫范圍為一55 +125；在一1O+85 范圍內測量精度為±05 ，輸出

5、測量分辨率可調，最高可達0062 5，圖2.1是整體框圖。 圖2.1 整體框圖21設計任務以單片機為核心，設計單片機最小系統，構成數字式溫度計，能夠實現實時溫度的顯示。1、 實現1路實時溫度的顯示，顯示位數為3位，顯示精度0.1；2、 利用DS18B20作為集成溫度傳感器，選擇相應變送電路；3、 設計單片機主程序、溫度變換程序、顯示程序等；4、 盡可能降低設計的成本；3、硬件電路設計3.1單片機控制電路表1 DS18B20詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數據輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作

6、于寄生電源時，此引腳必須接地。 AT89s51的特點及特性：40個引腳，4k bytes flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內時鐘振蕩器。       此外，at89s51設計和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存ram的數據，停止芯片其

7、它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。主要功能特性：  · 兼容mcs-51指令系統 · 4k可反復擦寫(>1000次）isp flash rom  · 32個雙向i/o口 · 4.5-5.5v工作電壓  · 2個16位可編程定時/計數器 · 時鐘頻率0-33mhz  · 全雙工uart串行中斷口線 · 128x8bit內部ram  · 2個外部中斷源 · 低功耗空

8、閑和省電模式  · 中斷喚醒省電模式 · 3級加密位  · 看門狗（wdt）電路 · 軟件設置空閑和省電功能  · 靈活的isp字節和分頁編程 · 雙數據寄存器指針由于DS18B20采用的是1Wire總線協議方式，即在一根數據線實現數據的雙向傳輸，而對AT89S51單片機來說，硬件上并不支持單總線協議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協議來保證

9、各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收。數據和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的初始化 （1） 先將數據線置高電平“1”。 （2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） （3） 數據線拉到低電平“0”。 （4） 延時750微秒（該時間的時間范圍可以從480到960微秒）。 （5） 數據線拉到高電平“1”。 （6） 延時等待（如果初始化成功則在15到60

10、毫秒時間之內產生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據該狀態可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環，所以要進行超時控制）。 （7） 若CPU讀到了數據線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480微秒。 （8） 將數據線再次拉高到高電平“1”后結束。 DS18B20的寫操作 （1） 數據線先置低電平“0”。 （2） 延時確定的時間為15微秒。 （3） 按從低位到高位的順序發送字節（一次只發送一位）。 （4） 延時時間為45微秒。 （5） 將數據線拉到高電平。 （6） 重復上（1）到（6）的操作直到所有

11、的字節全部發送完為止。 （7） 最后將數據線拉高。 DS18B20的讀操作 （1）將數據線拉高“1”。 （2）延時2微秒。 （3）將數據線拉低“0”。 （4）延時15微秒。 （5）將數據線拉高“1”。 （6）延時15微秒。 （7）讀數據線的狀態得到1個狀態位，并進行數據處理。 （8）延時30微秒。3.2溫度采集模塊溫度采集模塊采用Dallas公司的DS18B20溫度傳感器，該溫度傳感器是1-Wire通信，輸出形式是開漏輸出，所以要接10K的上拉電阻，才能保證通信正常,數據線接單片機P3口。溫度采集精度采用默認的12位精度，最小分辨率可以達到0.0625。圖3.2.1是Dallas公司的DS18

12、B20溫度傳感器的內部結構圖，。 DS18B20內部結構圖DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3.2.2所示。圖3.2.2 DS18B20測溫原理 DS18B20的初始化 （1） 先將數據線置高電平“1”。 （2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） （3） 數據線拉到低電平“0”。 （4） 延時750微秒（該時間的時間范圍可以從480到960微秒）。 （5） 數據線拉到高電平“1”。 （6） 延時等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內產

13、生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據該狀態可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環，所以要進行超時控制）。 （7） 若CPU讀到了數據線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480微秒。 （8） 將數據線再次拉高到高電平“1”后結束。 DS18B20的寫操作 （1） 數據線先置低電平“0”。 （2） 延時確定的時間為15微秒。 （3） 按從低位到高位的順序發送字節（一次只發送一位）。 （4） 延時時間為45微秒。 （5） 將數據線拉到高電平。 （6） 重復上（1）到（6）的操作直到所有的字節全部發送

14、完為止。 （7） 最后將數據線拉高。 DS18B20的讀操作 （1）將數據線拉高“1”。 （2）延時2微秒。 （3）將數據線拉低“0”。 （4）延時15微秒。 （5）將數據線拉高“1”。 （6）延時15微秒。 （7）讀數據線的狀態得到1個狀態位，并進行數據處理。 （8）延時30微秒。把DS18B2連接上單片機后，其發揮的作用就是：采集外部的溫度數據，并溫度轉化為電脈沖的脈寬，單片機將測得的脈沖寬度的值轉化為與之對應的溫度值。圖3.2.3是其測量溫度的流程圖；圖3.2.4是DS18B20在電路中的連接圖。圖3.2.3 測量溫度的流程圖圖3.2.4 DS18B20電路圖附：*溫度轉換程序*TEMP

15、ER_COV: MOV A,#0F0H ANL A,TEMPER_L ; 舍去溫度低位中小數點后的四位溫度數值SWAP AMOV TEMPER_NUM,AMOV A,TEMPER_LJNB ACC.3,TEMPER_COV1 ; 四舍五入去溫度值,INC TEMPER_NUM ;D3為1則加1,為0則舍去TEMPER_COV1: MOV A,TEMPER_H ; 高位ANL A,#07H ;溫度寄存器的高字節只有后3位有效SWAP AORL A,TEMPER_NUM ; 拼裝MOV TEMPER_NUM,A ; 保存變換后的溫度數據CALL BIN_BCDRET表1 DS18B20詳細引腳功能

16、描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數據輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。由于DS18B20采用的是1Wire總線協議方式，即在一根數據線實現數據的雙向傳輸，而對AT89S51單片機來說，硬件上并不支持單總線協議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始

17、化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收，數據和命令的傳輸都是低位在先。3.3顯示模塊溫度顯示模塊采用4位共陽數碼管，段選接P0口，位選接P1.0P1.3,第一位顯示R，前面三位顯示溫度值，精確到0.1。如圖3.3.1所示圖3.3.1 4位共陰數碼管附：*顯示子程序*DISP: MOV A,R0 ;轉換結果低位ANL A,#0FHACALL DSEND ;顯示MOV A,R0SWAP AANL A,#0FH ;轉換結果高位ACALL

18、DSEND ;顯示RETDSEND: MOV DPTR,#SGTB1MOVC A,A+DPTR ;取字符MOV SBUF,AJNB TI,$CLR TI RET3.4報警模塊報警模塊采用最簡單的蜂鳴器電路部分，如圖3.4所示本設計采軟件處理報警，利用有源蜂鳴器進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過獲低于所預設的溫度時，數據口相應拉高電平，報警輸出。（也可采用發光二級管報警電路，如過需要報警，則只需將相應位置1，當參數判斷完畢后，再看報警模型單元ALARM 的內容是否與預設一樣，如不一樣，則發光報警）報警電路硬件連接如圖3.4所示： 開始初始化示化獲取溫度值與溫度上限比較報警轉換并顯示YES

19、？ 圖 3.4.1 硬件電路圖圖3.4.2 報警流程圖3.5串口通訊電路AT89C51有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，我們采用了專用芯片MAX232進行轉換。采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對本設計來說已經足夠使用了，電路如下圖所示：程序界面：運行界面：3.56硬件制作圖解制作過程要求有足夠的細心和耐心，千萬不要急于求成，每

20、天花點時間做，這樣可以保證自己不會因疲倦而導致頻繁出錯。盡量做到零錯誤，否則檢查起來會很麻煩。 一直追求美觀和制作工藝，雖然焊接較麻煩，但仍然沒有采用“飛線一團糟”的焊接方式，較好地利用了細金屬導線和質量較好的漆包線。圖3.56.1是溫度傳感的面板部分；圖3.56.2是背面焊接部分。 圖3.56.1 溫度傳感器設計面板 圖3.56.2 背面焊接4、 軟件系統設計4.1 程序流程圖初始化DS18B20匹配ROM命令發一個DS18B20序列號等待1us讀當前DS18B20溫度開始所有DS18B20都訪問完畢?存在一個DS18B20?發搜索ROM命令讀并存儲當前DS18B20序列號跳過RO

21、M命令初始化DS18B20溫度轉換命令初始化DS18B20YNYN初始化DS18B20匹配ROM命令發一個DS18B20序列號等待1ms轉換結束讀當前DS18B20溫度開始所有DS18B20都訪問完畢?存在一個DS18B20?發搜索ROM命令讀并存儲當前DS18B20序列號跳過ROM命令初始化DS18B20初始化DS18B20YNYN4.2基本顯示原理單片機中經常使用7 段LED 來顯示數字，也就是用7 個LED 構成字型“8”，并另外用一個圓點LED 來顯示小數點，也就是說一共有8 個LED，構成了“8.”的字型。7 段LED 分共陰級和共陽極兩種，共陰級7 段LED 的原理圖和管腳配置，共

22、陽級7 段LED 的原理圖和管腳配置。實際中，各個型號的7 段LED 的管腳配置可能不會是一樣的，在實際應用中要先測試一下各個管腳的配置，再進行電路原理圖的設計。共陽極7 段LED 是指發光二極管的陽極連接在一起為公共端的7 段LED，而共陰極7 段LED 是指發光二極管的陰極連接在一起為公共端的7 段LED。一個7段LED 由8 個發光二極管組成，其中7 個發光二極管構成字型“8”的各個筆劃（ag），另一個發光二極管為小數點（dp）。當在某一段發光二極管上施加一定的正向電壓時，該段LED 即被點亮；不加電壓則為暗。以共陽極7 段LED 為例，若是要顯示“5.”，則需要在VCC 上加上電壓，向

23、dp、g、f、e、a 送出00010010 的信號，就能顯示出來。4.3 DS18B20匯編程序單總線讀寫操作;溫度傳感器DS1820 的匯編程序;一次數據傳輸為四步：初始化、傳送ROM命令、傳送RAM命令、數據交換;當命令者檢測到器件存在時首先發送1個ROM命令;總線信號：初始化、寫1、寫0、讀信號TEMPER_L DATA 36H ;溫度寄存器的低位TEMPER_H DATA 35H ;溫度寄存器的高位TEMPER_NUM DATA 60H ;保存溫度值FLAG BIT 00H ;器件是否存在的標志位，器件存在由軟件置1，否則清0DQ BIT P1.0 ORG 0000HAJMP STAR

24、T; /*主程序*/ *ORG 0030HSTART: MOV SP,#70HCALL GET_TEMPER ;讀取溫度值CALL TEMPER_COV ;讀取轉換后的溫度值MOV R0,ACALL DISPCALL DELAYAJMP START5、系統調試DS1820雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： 1、較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數據傳送，因此 ，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。2、在DS1820的有關資料中均未提及單總線

25、上所掛DS1820數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以注意。3、連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統設計時要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問題。4、在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發出溫度轉換命令后，程序總要

26、等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。6、總結 每次實踐設計，只要有一點點的突破，只要能夠學到一點的新鮮知識，都讓我感覺學習單片機是多么的有樂趣。就是這樣，我才能在學習單片機的道路上走的歡快、持久。 通過這次培訓及此次設計，進一步提高在實踐中研究問題、發現問題、解決問題的能力，但也存在不足之處，對知識涉及不廣、積累不夠、研究不深，還需要持之以恒的努力。 在這次設計中通過查閱大量的相關資料，詳細了解了DS18B20的工作原理、led的顯示原理，在不斷

27、地實踐與理論中運用這些知識，明確的研究目標。同時使我明白了實踐是學習收獲的唯一途徑。致謝此次培訓設計中，又認識很多有志的同學，和他們交流讓我領略了不一樣的思維，不一樣的為人處世的方式，和他們交流讓我歡喜雀躍。雖然短暫得培訓只有一個月，而且一個月后我們可能不在聯系，但感謝他們的幫助。最辛苦的當屬老師們了，謝謝賀老師那么認真的講課，都忘記了下課的時間，讓我每次聽課的時候都感覺到有新的血液注入我體內，感謝王老師對我們的認真負責，每天按時點名簽到，沒來的還打電話問候，是這樣的老師讓我每天都堅持早起。我會記得在這一個月里培訓的點點滴滴。8.附件;*; /*取得溫度子程序*/ *;*;GET_TEMPER

28、: SETB DQ  CALL CHECK ;  MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配（當總線上只有一個器件時可跳過讀ROM命令）CALL DSWRITE ; 寫入命令MOV A,#44H ; 發出溫度轉換命令CALL DSWRITENOPCALL DELAYCALL DELAYCALL CHECK MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配CALL DSWRITE MOV A,#0BEH ; 發出讀溫度命令CALL DSWRITECALL DSREAD ;讀取溫度的低位MOV R0,#TEMPER_LMOV R0,A ;存入TEMPER_LCALL DSREAD ;

29、讀取溫度的低位DEC R0 ;存入TEMPER_HMOV R0,ARET;*; /*讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出一個字節的數據*/ *;*;DSREAD: MOV R2,#8READ1: CLR CSETB DQNOPNOPCLR DQNOPNOPNOPSETB DQMOV R3,#01DJNZ R3, $MOV C, DQMOV R3, #23DJNZ R3, $RRC ADJNZ R2, READ1RET;*; /*寫DS18B20序子程序*/ *;* ; DSWRITE: MOV R2,#8CLR CWRITE1: CLR DQMOV R3,#6 ;延時12USDJNZ

30、 R3,$RRC AMOV DQ,CMOV R3,#23 ;46USDJNZ R3,$SETB DQNOPDJNZ R2,WRITE1SETB DQRET;*; /*檢查器件是否存在子程序*/ *;*; CHECK: CALL DSINIT; 初始化JB FLAG,CHECK1 ; 檢查標志位判斷器件是否存在AJMP CHECK ; 若DS18B20不存在則繼續檢測CHECK1: CALL DELAY1RET ;*; /*BCD碼轉換子程序*/ *;* ; BIN_BCD: MOV DPTR,#TEMP_TABMOV A,TEMPER_NUMMOVC A,A+DPTRMOV TEMPER_NU

31、M,ARET ;*; /*初始化子程序程序*/;初始化時序是由總線發出一個復位信號，然后由器件發 *;出一個應答信號，表示該器件存在，并準備好開始工作;* DSINIT: SETB DQNOPCLR DQ ;總線發一個復位信號MOV R0,#80HDJNZ R0,$ ; 延時SETB DQ ;拉高總線準備檢測MOV R0,#25H ;延時DJNZ R0,$JNB DQ,INIT2 ;檢測是否有應答信號，有應答信號跳轉AJMP INIT3 ; 延時INIT2: SETB FLAG ; 置標志位,表示DS1820存在AJMP INIT4INIT3: CLR FLAG ; 清標志位,表示DS1820不存在AJMP INIT5INIT4: MOV R0, #6BH DJNZ R0, $ ; 延時INIT5: SETB DQ ;拉高總線RET; ;*; /*配置程序*/ *;* ; RE_CONFIG: JB FLAG,RE_CONFIG1 ;