基于單片機的DS18B20設(shè)計實驗報告

1、第1章 引言在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要涉及到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱點偶，熱敏電阻還有一些輸出模擬信號得溫度傳感器，而這些測溫元件一般都需要比較多的外部硬件支持。其硬件電路復雜，軟件調(diào)試繁瑣，制作成本高，阻礙了其使用性。因此美國DALLAS半導體公司又推出了一款改進型智能溫度傳感器DS18B20。本設(shè)計就是用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為測溫元件來設(shè)計數(shù)字溫度計。 本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于測溫比較準確得場所，或科研實驗室使用。該設(shè)計控制器使用單片機STC89C51，測溫傳感器使用D

2、S18B20,顯示器使用LED.  第2章 任務與要求  2.1測量范圍-50110°C，精確到0.5°C；2.2 利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度信號； 2.3所測得溫度采用數(shù)字顯示，計算后在液晶顯示器上顯示相應得溫度值；第3章 方案設(shè)計及論證3.1 溫度檢測模塊的設(shè)計及論證由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，其中還涉及

3、到電阻與溫度的對應值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設(shè)計要求。 3.2顯示模塊的設(shè)計及論證LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode 的英文縮寫。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有如下優(yōu)點：1、

4、耗電省、2、使用壽命長、3、成本低、4、亮度 高、5、視角大、6、可視距離遠、7、規(guī)格品種多。3.3 控制器模塊的設(shè)計及論證單片機是指一個集成在一塊電路芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：中央處理單元()CPU、存儲器)/RAMROM和各種/IO接口，目前大部分還會具有外部存儲擴展。采用STC89C52單片機。它是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)標準51MCS-指令集和輸出管腳相兼容。屬于51單片機系列，是C51單片

5、機向下完全兼容51全部系列產(chǎn)品。該款單片機片內(nèi)含8k Bytes ISP(I-system programmable)可反復擦寫1000次的Flash只讀存儲器，可以通過串口進行程序的燒寫，內(nèi)帶2k Bytes EEPROM存儲空間，4個8位的可編程并行I/O口（P0口，P1口，P2口，P3口），一個全雙工串口，5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)，3個16位的定時器/計數(shù)器），具有四種工作方式以及特殊功能寄存器（SFR）等。3.4 數(shù)字溫度計總體設(shè)計第4章 硬件設(shè)計4.1主控制器模塊電路 4.1.1 STC89C52主要功能及引腳介

6、紹單片機STC89C52具有低電壓供電高性能COMS8位單片機，片內(nèi)含有8K bytes 的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。  STC89C52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全

7、雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。圖4-1為STC89C52的引腳圖：其各引腳介紹如下： P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被

8、作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口 使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外

9、部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能： P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5 MOSI（在線系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在線系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在線系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，

10、P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字

11、節(jié)和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的 原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能：     &

12、#160;P3.0 RXD(串行輸入口)       P3.1 TXD(串行輸出口)  P3.2 INTO(外中斷0)    P3.3 INT1(外中斷1)     P3.4 TO(定時/計數(shù)器0)      P3.5 T1(定時/計數(shù)器1)      P3.6

13、0;WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)        P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平，則單片機復位。4.1.2 STC89C52 最小系統(tǒng)的基本電路 最小系統(tǒng)是指能進行正常工作的最簡單電路。STC89C52最小應用系統(tǒng)它包含五個電路部分：電源電路、時鐘電路、復位電路、片內(nèi)外程序存儲器選擇電路、輸入輸出接口電路。其中電源電路、時鐘電路、復位電路是保證單片機系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的三部分電路，缺一不可。 （1）電源電

14、路 芯片引腳VCC一般接上直流穩(wěn)壓電源+5V，引腳GND接電源+5V的負極，電源電壓范圍在45.5之間，可保證單片機系統(tǒng)能正常工作。為提高電路的抗干擾性能，通常在引腳VCC和GND直接接上一個10F的電解電容和一個0.1F陶片電容，這樣可以抑制雜波串擾，從而有效確保電路穩(wěn)定性。 （2）時鐘電路 STC89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。在RXD和TXD引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可

15、以在1.212MHz之間選擇，電容值在530pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。 在本設(shè)計中時鐘采用內(nèi)部方式產(chǎn)生，晶振振蕩頻率使用12MHZ。4.1.3  STC89C52 與各部分功能塊電路的連接 其中P0.0-P0.7,P2.0-P2.7,P3.0-P3.7接串口輸入輸出端，PI.0接DS18B20的DQ端，XTAL2,XYAL1接晶振，P0口還接上拉電阻：EA*接電源.4.2顯示電路模塊  MT05011AR的引腳圖 4.3 DS18B20溫度顯示模塊 4.3.1 DS18B20的功能和引腳介紹 

16、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(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無須外部器件； 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0-5.5；溫度以9或12位數(shù)字讀數(shù)； 零待機功耗； 用戶可定義報警設(shè)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； 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；  DS18B20詳細引腳功能描述如下表所示4.3.2 DS18B20的測溫原理 DS18B20的測溫原理是這這樣的,器

17、件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中，計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。 減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新

18、被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。4.3.1 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路 DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。第5章 軟件設(shè)計5.1主程序流程圖主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度在一定時間間隔下進行一次。這樣可以在一定時間之內(nèi)測量一次被測溫