单片机温度计课程设计(ds18b20)

设计报告设计题目单片机温度计设计任课教师胡敏班级08电子信息工程2班姓名朱清亮（0805070161）李经权（0805070123）杜逢超（0805070149）日期2011.12.7目录摘要 (3)第一章设计的要求及任务 (3)1.1传感器 (3)1.2 任务与要求 (3)1.2.1 本设计课题的目的和意义 (3)1.2.2 设计任务及指标 (4)第2章智能温度传感器与单片机 (4)2.1 智能温度传感器的产品分类 (4)2.2 智能温度传感器典型产品的技术指标 (4)2.3 单片机AT89C2051的简介 (5)2.4 单片机AT89C2051的引脚图 (6)第3章DS18B20数字温度计 (6)3.1 DS18B20温度传感器的性能特点 (6)3.2 DS18B20温度传感器的内部结构框图及设置 (6)3.3DS18B20温度传感器与单片机的接口电路 (9)第4章数字温度计的设计 (10)4.1 总体设计方案 (10)4.2方案的总体设计框图 (10)4.2.1主控制器 (10)4.2.2温度传感器 (12)4.2.3DS18B20温度传感器与单片机的接口电路 (12)4.3系统整体硬件电路 (13)4.3.1主板电路 (13)4.3.2电路板原理图 (14)4.4统软件算法分析 (14)4.4.1主程序 (14)4.4.2读出温度子程序 (16)第5章硬件 (16)5.1 系统硬件主要构成 (16)5.2调试及性能分析 (16)5．3计算温度子程序 (17)附录 (178)摘要温度作为一个常用的物理量在我们的气场生活中起着十分重要的作用，所以对温度计的设计也十分必要。

在此介绍一种智能数字温度计，这种温度计有许多优点，并且它的应用范围非常广泛。

它的主要元件是：控制器—AT89C2051、温度传感器—DS18B20、数码管—LED，所以这种温度计不仅设计起来简单并且轻便、便宜，总体来说这种温度计的性价比是很高的。

它的主要原理是利用DS18B20可以很好的转换温度值，并且直接显示温度值，它的性能优于传统的感温元件并且省去了A\D、和模拟开关的设计。

此外AT89C2051体积小并且还可以直接驱动LED，这样大大化简了设计的难度并且降低了成本。

前言单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。

单片机的潜力越来越被人们所重视。

特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。

而现在的单片机在农业上页有了很多的应用。

温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。

测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。

最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。

它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。

利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，有直观准确。

第一章设计的要求及任务1.1传感器传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需的有用信息的装置，它获取的信息可以是各种物理量、化学量和生物量，而转换后的信息也有各种形式。

例如：光、温度、声、委位移、压力等物理量，可以通过传感器相互转化。

但是通常是将非电量或电量转换成易于处理和传输的电量，有些传感器的这种转换是可逆的，即输入量为电量而输出量为机械量或热工艺量等。

1.2 任务与要求1.2.1 本设计课题的目的和意义这次毕业设计的课题是数字温度测量系统的设计，首先通过调研收集数据进行产品开发，通过分析进行实时优化。

通过本次毕业设计使学生了解和掌握工程设计所应遵循的步骤和程序，毕业设计结束时，参与设计的同学应具有以下的能力：（一）综合应用的能力。

（二）市场调研能力。

（三）应用参考文献的能力。

（四）电路设计能力。

（六）分析问题的能力。

（七）创新能力。

1.2.2 设计任务及指标1：设计任务：利用单片机和数字温度传感器，实现一个能精确测量并显示温度的实际应用系统，为低成本的数字温度测量系统设计提出一种新的解决方案。

并需说明设计方案的构思依据、设计思路、系统原理、设计过程及系统工作流程图。

2：技术指标：①系统稳定性高；②使用四位数码管显示温度值；③测量精度达0.1℃；④要求系统具备复位功能；第2章智能温度传感器与单片机2.1 智能温度传感器的产品分类智能温度传感器采用了数字化技术，能以数据形式输出被测温度值。

其测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强、能远程传输数据、用户可设定上、下限，具有越限自动报警功能并且带串行总线接口，适配各种微控制器。

按照串行总线划分有单线总线（1—Wire）、二线总线（含SMBUS、I2C总线）三线总线（含SPI 总线）几种类型。

典型产品有DS18B20(单线总线)、LM75（I2C总线）和LM75（SPI总线）。

多通道智能温度传感器除具有内置温度传感器之外，还专门增加了若干个远程测温通道，通过在总线上接多片同种型号的芯片，很容易将通道扩展到几十路，这就为研制多路温度测控系统创造了便利条件。

多通道智能温度传感器的典型产品有MAX1668、AD7417、AD7817、MAX1805和LM83。

2.2 智能温度传感器典型产品的技术指标智能温度传感器典型产品的技术指标，详见表2—1智能温度传感器典型产品的技术指标2.3 单片机AT89C2051的简介单片机AT89C2051 具有低电压供电和小体积等特点,两个端口刚好满足电路系统的设计需要,很适合便携式产品的设计使用,系统可用二节电池供电. AT89C2051 提供如下的标准功能：2KB 闪速存贮器，128B 内部RAM，15 根I/O 口引线，两个16 位定时器/计数器，一个五向量两极中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器以及片内振荡器和时钟电路。

此外，AT89C2051 采用可降到0 频率的静态逻辑操作设计，并支持两种可选的软件节电工作方式，即空闲方式和掉电方式。

在空闲方式下，CPU 停止工作，但允许内部RAM、定时器、计数器、串行口和中断系统继续工作。

在掉电方式下，保存RAM 的内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其部件工作，直到下一个复位。

AT89C51 的结构框与AT89C51 类似。

现将AT89C51 的主要特性归纳如下：·和MCS—51 产品兼容。

·2KB可重编程闪速存储器。

·耐久性：1000次写/擦除周期。

·2.7—6V的工作范围。

·全静态操作：0Hz—24MHz。

·128字节内部RAM。

2.4 单片机AT89C2051的引脚图单片机AT89C2051引脚图第3章DS18B20数字温度计3.1 DS18B20温度传感器的性能特点DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃～+125℃, ，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。

测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，DS18B20的性能特点如下：●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；●无须外部器件；●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；●零待机功耗；●温度以９或１２位数字；●用户可定义报警设置；●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；3.2 DS18B20温度传感器的内部结构框图及设置DS18B20采用３脚PR －35封装或８脚SOIC 封装，其内部结构框图如图所示。

DS18B20内部结构64位ROM 的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC （循环冗余校验码）检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。

温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。

DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM 。

高速暂存RAM 的结构为８字节的存储器，结构如图所示。

头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。

第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。

DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。

该字节各位的定义如图所示。

低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。

温度 LSB 温度 MSB TH 用户字节1 TL 用户字节2 配置寄存器 保留 保留保留CRCI/OC 64 位 ROM 和 单线接口 高速缓存 存储器与控制逻辑 温度传感器 高温触发器TH 低温触发器TL 配置寄存器 8位CRC 发生器 VddTM R11R01111....DS18B20字节定义由表可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。

因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。

第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。

当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。

转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。

单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。

当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。