基于單片機(jī)的溫度檢測(cè)課程設(shè)計(jì)

1、摘要在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中，溫度，壓力，物位，流量都是很重要的影響因素，而對(duì)溫度的檢測(cè)及對(duì)其的控制的精確高低在很大程度上影響了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和人們的生活。在流量，壓力，等物理量的測(cè)量中，溫度也是一個(gè)十分重要的影響量。因此，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度測(cè)量，具有十分重要的意義。我采用了由DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它具有獨(dú)特的單線總線接口方式，本論文詳細(xì)的介紹了單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測(cè)溫原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特性，以及在溫度測(cè)量中的硬件設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的涉及了軟件設(shè)計(jì)。其中硬件電路主要包括主控制器，測(cè)溫電路顯示電路和報(bào)警電路等，系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度

2、轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序和顯示數(shù)據(jù)子程序等。該溫度計(jì)具有接口簡(jiǎn)單，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：溫度傳感器 DS18B20 AT89C52 動(dòng)態(tài)掃描 過(guò)限報(bào)警目錄引言1一系統(tǒng)原理及原理圖11. 系統(tǒng)原理1（1） 溫度檢測(cè)1（2） 顯示控制1（3） 溫度顯示22. 系統(tǒng)原理圖2二溫度傳感器設(shè)計(jì)21.DS18B20簡(jiǎn)介22.DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)33.DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器44.DS18B20工作時(shí)序5三控制系統(tǒng)61.單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能62.單片機(jī)AT89S52電路圖6四顯示及聲光報(bào)警電路7 1.顯示7 2.聲光報(bào)警7五系統(tǒng)總電路圖8六總結(jié)9體會(huì)10參考文獻(xiàn)11

3、引言為了讓我們更加深刻的了解并掌握老師課堂上所講述的知識(shí)，提高動(dòng)手動(dòng)腦的能力，拓展視野，進(jìn)行了本次熱工儀表課程設(shè)計(jì)。我們所選的課題是溫度檢測(cè)，溫度是一種基本的環(huán)境參數(shù)，人們的生活，生產(chǎn)與環(huán)境的溫度息息相關(guān)。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置也有重要意義。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，模擬集成溫度傳感器，智能集成溫度傳感。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正式從模擬式轉(zhuǎn)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。本論文將介紹智能集成溫度傳感DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，以及與單片

4、機(jī)相結(jié)合的完整的溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)。一 系統(tǒng)原理及原理圖1系統(tǒng)原理該數(shù)字溫度檢測(cè)系統(tǒng)有三部分組成：溫度檢測(cè)，顯示控制，溫度顯示。（1）溫度檢測(cè)該模塊由DS18B20負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)試點(diǎn)的溫度進(jìn)行測(cè)量，單片機(jī)89C52對(duì)DS18B20進(jìn)行控制。由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線，所以系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換，控制都由這根線完成，只需將DS18B20掛接到單片機(jī)的一個(gè)數(shù)據(jù)接口就可以直接使用。（2）顯示控制由于DS18B20是通過(guò)單總線方式與單片機(jī)進(jìn)行通訊的，所以對(duì)程序編寫(xiě)的要求比較高。主要的程序流程是這樣的：首先由單片機(jī)發(fā)出對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化的信號(hào)，在DS18B20初始化成功后，發(fā)送指令CC跳過(guò)讀序列號(hào)的操作

5、，接著發(fā)送指令44啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，此時(shí)在對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化，在發(fā)送指令CC跳過(guò)讀序列號(hào)操作，最后發(fā)送指令BE讀暫存存儲(chǔ)器。至此完成一個(gè)周期，當(dāng)前溫度值所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼已經(jīng)被保存在DS18B20的ROM上，我們只需將ROM上的溫度值讀取出來(lái)，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十進(jìn)制，就可以拿來(lái)做后面的運(yùn)算和顯示了。（3）溫度顯示這部分模塊由四位八段共陽(yáng)極的數(shù)碼管組成，段選部分直接與單片機(jī)相連。2.系統(tǒng)原理圖數(shù)字溫度電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，用八位LED數(shù)碼管以并口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。多功能按鍵溫度傳感器復(fù)位電路AT89S52顯示電路聲光

6、報(bào)警 圖1 系統(tǒng)原理圖二 溫度傳感器設(shè)計(jì)1. DS18B20簡(jiǎn)介DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，體積小、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(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20測(cè)量溫度范圍為-55C+125C，在-10+85C范圍內(nèi),精度為0.5C?，F(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)溫度測(cè)量。DS18B20可以通過(guò)程序設(shè)定912位的分辨率，精度為0.5C。分辨率設(shè)定，及

7、用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)：只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。測(cè)量溫度范圍在55。C到125。C之間。數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶(hù)可以從9位到12位選擇。內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。2. 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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該D

8、S18B20的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20的管腳排列如圖2:圖2 DS18B20的管腳排列DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。 表1: DS18B20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，

9、測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。表2: DS18B20溫度數(shù)據(jù)表3. DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄

10、存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。表3： DS18B20暫存寄存器分布DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址溫度值低位 （LS Byte）0溫度值高位 （MS Byte）1高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗(yàn)值配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下：表4： 配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111低五位一直都是1 ，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶(hù)不要去改動(dòng)。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，分辨率設(shè)置表:

11、 表5： 溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms4. DS18B20工作時(shí)序主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。表6為發(fā)送存儲(chǔ)器的指令表：表6： ROM指令表 指 令約定代碼功 能讀ROM33H

12、讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼 符合 ROM 55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問(wèn)單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS1820使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS1820 的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備。 搜索 ROM 0FOH用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位ROM地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。 跳過(guò) ROM 0CCH忽略 64位ROM地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。 告警搜索命令 0ECH執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。 指 令約定代碼功 能溫度變換44H啟動(dòng)DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms。

13、結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容 寫(xiě)暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫(xiě)上下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器 48H 將RAM中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。 重調(diào) EEPROM 0B8H 將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)。 讀供電方式 0B4H 讀DS1820的供電模式。寄生供電時(shí)DS182發(fā)送“0”，外接電源供電 DS1820發(fā)送“ 1”。 三 控制系統(tǒng)1.單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能本次的數(shù)字溫度檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度顯示，溫度上、下限以及上下限的調(diào)整。（1）按下鍵S2，顯示當(dāng)前溫度和溫度上限設(shè)定

14、值，并且在3秒的有效時(shí)間內(nèi)可以用鍵S3減小設(shè)定溫度上限，鍵S4可增加上限值。最后一次按下按鍵后3秒自動(dòng)返回主顯示界面。（2）按下鍵S4，顯示當(dāng)前溫度和溫度下限設(shè)定值，并且在3秒的有效時(shí)間內(nèi)可以用鍵S2減小設(shè)定溫度上限，鍵S3可增加上限值。最后一次按下按鍵后3秒自動(dòng)返回主顯示界面。 （3）溫度小于溫度下限或者高于溫度上限，產(chǎn)生聲光報(bào)警。2.單片機(jī)AT89S52電路圖這個(gè)模塊的電路由AT89S52，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路組成。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)。單片機(jī)的內(nèi)部電路的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。在執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先要到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼

15、，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定的操作。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給單片機(jī)復(fù)位引腳RST加上大于2個(gè)周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位時(shí)，PC初始化位0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵RST引腳為高電平使單片機(jī)重新啟動(dòng)。圖3 單片機(jī)電路圖四 顯示及聲光報(bào)警電路1. 顯示本次設(shè)計(jì)的顯示采取四位八段數(shù)碼管與單片機(jī)直接相連，由單片機(jī)控制數(shù)碼管的顯示，并由按鍵控制數(shù)碼管的顯示方法，以及數(shù)值調(diào)整2. 聲光報(bào)警聲光報(bào)警電路由蜂鳴器和

16、發(fā)光二極管組成，當(dāng)溫度超過(guò)上限，或者低于下限時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出鳴叫，二極管發(fā)光。圖4 顯示和聲光報(bào)警電路五 系統(tǒng)總電路圖圖5 數(shù)字溫度檢測(cè)電路六 總結(jié)這次的課程設(shè)計(jì)，由于理論知識(shí)的不足，再加上平時(shí)上課有些溜號(hào)，而且以前對(duì)課程設(shè)計(jì)沒(méi)什么經(jīng)驗(yàn)，所以剛開(kāi)始的時(shí)候有一些手忙腳亂，不知從何入手。但是在老師和同學(xué)的共同努力下，我順利的完成了設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在回想一下，在短短的幾天中，我們每一天都是很累的，想抄抄或者自己胡亂編，蒙幾個(gè)數(shù)據(jù)上去來(lái)騙騙老師都不行，因?yàn)槲覀兠恳粋€(gè)模塊都要有根有據(jù)。雖然困難很多，但是我都進(jìn)了最大的努力去克服，然而還是難免有些疏忽和遺漏的地方。通過(guò)這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面，課程設(shè)

17、計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的提高。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。而且也讓我明白了，學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作，生活中都應(yīng)該不斷地學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。體會(huì)熱工測(cè)量?jī)x表作為我們的主要專(zhuān)業(yè)課之一，雖然在大三開(kāi)學(xué)初我對(duì)這門(mén)課沒(méi)什么興趣，覺(jué)得和上學(xué)期的傳感器的課程沒(méi)什么區(qū)別，但是通過(guò)半個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)和這次的課程設(shè)計(jì)，發(fā)覺(jué)自己對(duì)檢測(cè)的興趣越來(lái)越濃。經(jīng)過(guò)四天的學(xué)習(xí)，我們從圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)上查找資料，熟悉題目，設(shè)計(jì)幾套方案并進(jìn)行比較分析，編程整理設(shè)計(jì)。四天忙碌的過(guò)來(lái)了，雖然時(shí)間緊迫，但是我們?nèi)匀话磿r(shí)的完成了這次的課程

18、設(shè)計(jì)，因此對(duì)我來(lái)說(shuō)學(xué)到的不僅是那些知識(shí)，更多的是團(tuán)隊(duì)的合作?，F(xiàn)在想來(lái)，學(xué)校安排的課程設(shè)計(jì)有著他更深層的意義，他不僅僅讓我們綜合那些理論知識(shí)來(lái)運(yùn)用到設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，還讓我們知道啦一個(gè)團(tuán)隊(duì)凝聚在一起時(shí)所發(fā)揮出的巨大潛能。在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。通過(guò)這次模具設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過(guò)這次模具設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專(zhuān)業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)