課程設計---基于ds18b20的單片機溫度采集系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1引言4</b></p><p><b>　　2正文4</b></p><p><b>　　第1章 緒論4</b></p><p>　　1.1 設計背景4</p>

2、;<p>　　1.2 設計來源4</p><p>　　1.3 設計內容與要求5</p><p>　　第2章 硬件電路設計5</p><p>　　2.1 AT89S52單片機5</p><p>　　2.2 溫度測量模塊6</p><p>　　2.3 蜂鳴器報警模塊6</p><

3、;p>　　2.4 LED顯示模塊6</p><p>　　2.5 系統(tǒng)電路7</p><p>　　第3章 軟件設計7</p><p>　　3.1 AT89S527</p><p>　　3.2 DS18B208</p><p>　　第4章 焊接調試過程與問題分析9</p><p>

4、　　4.1 焊接調試過程9</p><p>　　4.2焊接實物圖10</p><p><b>　　第5章 總結11</b></p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p>　　基于DS18B20的單片機溫度采集系統(tǒng)</p><p><b>

5、　　x x</b></p><p>　　xxxxxxxxxxxxxxxxxx</p><p>　　摘要：隨著現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，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

6、DS18B20的數字溫度計，它具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫精確，數字顯示，適用范圍寬等特點。</p><p>　　在本設計中選用AT89S52型單片機作為主控制器件，采用DS18B20數字溫度傳感器作為測溫元件，通過4位共陽極LED數碼顯示管并行傳送數據，實現溫度顯示。本設計的內容主要分為兩部分，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語言實現溫度的采集與顯示。通過

7、DS18B20直接讀取被測溫度值，送入單片機進行數據處理，之后進行輸出顯示，最終完成了數字溫度計的總體設計。其系統(tǒng)構成簡單，信號采集效果好，數據處理速度快，便于實際檢測使用。</p><p>　　關鍵詞：單片機AT89S52，溫度傳感器DS18B20，LED數碼管，數字溫度計</p><p>　　Abstract:With the rapid development of modern i

8、nformation technology and traditional industrial transformation gradually realize, able to work independently temperature detection and display system applied to many fields. The traditional temperature detection to ther

9、mistors for temperature sensitive components. Thermistors of low cost, need and signal processing circuit, and relatively poor reliability, low temperature measurement accuracy, detection system also has the certain erro

10、r. Compared w</p><p>　　In the design of AT89S52 single chip microcomputer as the main selection of control device, the digital temperature sensor DS18B20 as temperature sensor, through a total of 4 anode LED

11、 digital display tube parallel data transmission, realize temperature display. This design is the main content of the divided into two parts, one is the hardware part of the design, including the temperature acquisition

12、circuit and display circuit; the other is part of the design of the system software, application</p><p>　　Keywords: monolithic integrated circuit AT89S52, temperature sensor DS18B20, LED digital tube, digita

13、l thermometer</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展單片機技術日益滲透到各個領域，其發(fā)展趨勢是集成度和智能化越來越高，外圍接口越來越簡單，使用極為方便。溫度是工業(yè)生產中常見的和最基本的參數之一，在生產過程中常需對溫度進行檢測和監(jiān)控。采用微型機進行溫度檢測、數字顯示、信息存儲及實時控制，對于提高生產效率和產品

14、質量、節(jié)約能源等都有重要的作用。考慮到許多工業(yè)環(huán)境中對多點溫度進行監(jiān)控，一般需要測量幾十個點以上，為此，我們研制了一種采用AT89S52單片機進行控制的溫度采集系統(tǒng)。這種基于AT89S52的溫度的采集與顯示有檢測精度高、使用簡單、成本較低和工作穩(wěn)定可靠等特點，所以有一定的應用前景。</p><p><b>　　2正文</b></p><p><b>　　第1

15、章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 設計背景</b></p><p>　　單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48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

16、訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網絡通訊等廣大領域，對各個行業(yè)的技術改造和產品更新?lián)Q代起著重要的推動作用。</p><p>　　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，將程序存儲器和數據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據存儲器截然分開，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

17、器和數據存儲器截然分開的結構為多。</p><p>　　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溫度采集系統(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。</p><p><b>　　1.2 設計來源</b></p><p>

18、;　　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。而數字溫度測量芯片的出現則解決了這些問題，其中的一款芯片DS18B20是DALLAS公司生產的1-Wire，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

19、多這樣的數字溫度芯片，十分方便。</p><p>　　美國Dallas半導體公司的數字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器，在其內部使用了在板(ON-B0ARD)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?！耙痪€總線”獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念?，F在，新一代的DS18B20體積更小、更經濟、更靈活。使你可

20、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-55°C～+125°C，在-10～+85°C范圍內，精度為±0.5°C?，F場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，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、測溫類消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3V～5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)

21、設計更靈活、方便。而且新一代產品更便宜，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字溫度計提供了可能。</p><p>　　目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式，從集成化向智能化、網絡化的方向飛速發(fā)展。</p><p>　　1.3 設計內容與要求</p><p>　　本設計主要介紹了用單片機和數字溫度傳感器DS18B20相結合的方法來實

22、現溫度的采集，以單片機AT89S52芯片為核心，輔以溫度傳感器DS18B20和LED數碼管及必要的外圍電路，構成了一個多功能單片機數字溫度計。該裝置適用于人民的日常生活和工、農業(yè)生產的溫度測量與報警，實現對溫度的監(jiān)測。其主要研究內容包括兩方面，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語言實現溫度的采集與顯示。通過利用數字溫度傳感器DS18B20進行設計，能夠滿足實時檢測溫度的要求，同時通過L

23、ED數碼管的顯示功能，可以實現不間斷的溫度顯示，并帶有復位功能。</p><p>　　本次設計的主要思路是利用51系列單片機，數字溫度傳感器DS18B20和LED數碼顯示器，構成實現溫度檢測與顯示的單片機控制系統(tǒng)，即數字溫度計。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。</p><p>　　通過對本課題的設計能夠熟悉數字溫度計的工作原理及過程，了解各功能器件(單片機、DS

24、18B20、LED)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，最終完成對數字溫度計的總體設計。其具體的要求如下：</p><p>　　1、根據設計要求，選用AT89S52單片機為核心器件；</p><p>　　2、溫度檢測器件采用DS18B20數字式溫度傳感器，利用單總線式連接方式與單片機的串行接口P2.4引腳相連；</p><p>　　3、顯示電路采用

25、4個LED數碼管顯示器接P0口并行顯示溫度值，數碼管由P1口(P1.0～P1.3)選通，動態(tài)顯示。</p><p>　　第2章 硬件電路設計</p><p>　　2.1 AT89S52單片機</p><p>　　AT89S52單片機系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復位開關和電源部分。圖2.1為AT89S52單片機的最小系統(tǒng)。</p><p>　　圖2.

26、1 AT89S52最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　2.2 溫度測量模塊</p><p>　　溫度測量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數字化溫度傳感器，測溫范圍為-55℃~125℃，可編程為9位~12位A/D轉換精度，測溫分辨率達到0.0625℃，采用寄生電源工作方式，CPU只需一根口線便能與DS18B20通信，占用CPU口線少，可節(jié)省大量引線和邏輯電路，接口電路如圖2.

27、2所示。</p><p>　　圖2.2 DS18B20測量電路圖</p><p>　　2.3 蜂鳴器報警模塊</p><p>　　蜂鳴器需要三極管放大電流來驅動，一開始由于使用的電阻太大，導致電流較小，蜂鳴器不響，后來并了一個電阻就好了，電路如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 蜂鳴器電路圖</p><p>

28、　　2.4 LED顯示模塊</p><p>　　顯示部分選用4位共陰數碼管。由于數碼管的驅動電流較大，所以在設計時加上了三極管3904作為驅動電路，數碼管和單片機的接口如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 LED顯示電路圖</p><p><b>　　2.5 系統(tǒng)電路</b></p><p>　　溫度采集系統(tǒng)電

29、路圖如圖2.5所示</p><p>　　圖2.5 系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　第3章 軟件設計</b></p><p>　　一個應用系統(tǒng)要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持，尤其是微機應用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能

30、完成的工作，用軟件編和有時會變得很簡單。因此充分利用其內部豐富的硬件資源和軟件資源。</p><p>　　程序設計語言有三種：機器語言、匯編語言、高級語言。本系統(tǒng)運用的是高級語言所編寫，也就是C語言。</p><p>　　3.1 AT89S52</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用At

31、mel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52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。AT89S52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個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全

32、雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52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。</p><p>　　空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結,單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。</p><p>　　圖3.1 AT89S52引腳圖</p><p&

33、gt;　　3.2 DS18B20</p><p>　　DSl8B20必須嚴格按照單總線通信協(xié)議，以保證數據的完整性。該協(xié)議定義了幾種時隙類型：初始化、應答、寫1、寫0、讀1、讀0。除了應答時隙所有這些時隙都是有主機發(fā)出?？偩€上所傳輸的所有命令和數據都是字節(jié)的低位在前。</p><p><b>　　（1）初始化時隙</b></p><p>　　復

34、位時隙和應答時隙。在初始化過程中，主機發(fā)送復位脈沖(最短為480μs的低電平信號)接著，釋放總線并進入接收狀態(tài)。當總線被釋放后上拉電阻將總線拉高。DSl8B20在檢測到總線的上升沿之后等待15-60us接著發(fā)出應答脈沖(低電平持續(xù)60-240 μs)。</p><p><b>　　（2）讀和寫時隙</b></p><p>　　在寫時隙期間，主機向DS18B20寫入數據

35、；而在讀時隙期間，主機讀入來自DS18B20的數據。在每一個時隙，總線只能傳輸一位數據。</p><p>　　存在兩種寫時隙，即寫1和寫0。主機在寫1時隙向DS18B20寫入邏輯1。而在寫0時隙向DS18B20寫入邏輯0。所有寫時隙至少需要60μS，而且兩次寫l時隙之間至少需要lμS的恢復時間。兩種寫時隙均以主機拉低總線開始。</p><p>　　產生寫1時隙：主機拉低總線后，必須在15u

36、S內釋放總線。然后由上拉電阻將總線拉至高電平。</p><p>　　產生寫0時隙：主機拉低總線后，必須在整個時隙期間保持低電平(至少60μS）。</p><p>　　在寫時隙開始后的1 5～60 μS期間，DSl8B20采樣總線的狀態(tài)。如果總線為高電，則邏輯1被寫入DSl8B20；如果總線為低電平，則0邏輯被寫入DSl8B20。 </p><p>　　讀時隙：D

37、Sl8B20只能在主機發(fā)出讀時隙時才能向主機傳送數據。所以主機在發(fā)出讀數據命令后，必須馬上產生讀時隙，以便DSl8B20能夠傳送數據。所有讀時隙至少60μs，且在兩次獨立的讀時隙之間至少需要1μS的恢復時間。</p><p>　　每次讀時隙由主機發(fā)起，拉低總線至少1μS。在主機發(fā)起讀時隙之后，DSl8B20開始在總線上傳送1或0。若DS18B20發(fā)送1，則保持總線為高電平；若發(fā)送O，則拉低總線。當傳送0時，DSl

38、8B20在該時隙結束時釋放總線，再由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數據在讀時隙下降沿起始后的15μS內有效，因此主機必須在讀時隙開始后的15μS內釋放總線，并且采樣總線狀態(tài)。</p><p>　　圖3.2 DS18B20溫度采集系統(tǒng)流程圖</p><p>　　第4章 焊接調試過程與問題分析</p><p>　　4.1 焊接調試過程</p

39、><p>　　裝配工作中，焊接技術很重要。萬用表元件的安裝，主要利用錫焊，它不但能固定零件，而且能保證可靠的電流通路，焊接質量的好壞，將直接影響調試結果。1、烙鐵是焊接的主要工具之一，焊接收音機應選用30W-35W電烙鐵。新烙鐵使用前應用銼刀把烙鐵頭兩邊修改。并將烙鐵頭部倒角磨光，以防焊接時毛刺將印刷電路板焊盤損壞。如采用長命烙鐵頭則無須加工。烙鐵頭上沾附一層光亮的錫，烙鐵就可以使用了</p><

40、;p>　　2、烙鐵溫度和焊接時間要適當。焊接時應讓烙鐵頭加熱到溫度高于焊錫溶點，并掌握正確的焊接時間。一般不超過3秒鐘。時間過長會使印刷電路板銅鉑蹺起，損壞電路板及電子元器件。</p><p>　　3、焊接方法：一般采用直徑1.0-1.2mm的焊錫絲。焊接時左手拿錫絲，右后拿烙鐵。在烙鐵接觸焊點的同時送上焊錫絲，焊錫的量要適量。太多易引起搭焊短路，太少元件又不牢固。</p><p>

41、　　焊接時不可將烙鐵頭在焊點上來回移動或用力下壓，要想焊得快，應加大烙鐵和焊點的接觸面。增大傳熱面積焊接也快。特別注意的是溫度過低烙鐵與焊接點接觸時間太短，熱量供應不足，焊點錫面不光滑，結晶粗脆，象豆腐渣一樣，那就不牢固，形成虛焊和假焊。反之焊錫易流散，使焊點錫量不足，也容易不牢，還可能出現燙壞電子元件及印刷電路板?？傊稿a量要適中，即將焊點零件腳全部浸沒，其輪廓又隱約可見。焊點焊好后，拿開烙鐵，焊錫還不會立即凝固，應稍停片刻等焊錫凝固

42、，如未凝固前移動焊接件，焊錫會凝成砂狀，造成附著不牢固而引起假焊。焊接結束后，首先檢查一下有沒有漏焊，搭焊及虛焊等現象。虛焊是比較難以發(fā)現的毛病。造成虛焊的因素很多，檢查時可用尖頭鉗或鑷子將每個元件輕輕的拉一下，看看是否搖動，發(fā)現搖動應重新焊接。 </p><p>　　每次焊接完一部分元件，均應檢查一遍焊接質量及是否有錯焊、漏焊，發(fā)現問題及時糾正。這樣可保證焊接一次成功而進入下道工序。</p>&l

43、t;p>　　注意事項：(1)外殼整合要到位，不然會因接觸不良而無法顯示數字。(2)一些小的零件也要小心安裝，如圖中沒有經過焊接安裝上的，如不小心很容易掉。(3)注意電解電容、發(fā)光二極管、蜂鳴器的正負極性不能接反、三者均是長的管腳接正極、短的管腳接負極。</p><p><b>　　4.2焊接實物圖</b></p><p>　　圖4.1 焊接實物圖</p&g

44、t;<p><b>　　第5章 總結</b></p><p>　　在這次的課程設計中，我們以5人為一組來進行了關于溫度采集的設計。硬件的設計跟焊接都要我們自己動手去焊，軟件的編程也要我們不斷的調試，最終一個能完成課程設計的勞動成果出來了，很高興它能按著設計的思想與要求運動起來。當然，這其中也有很多問題，第一、不夠細心比如由于粗心大意焊錯了線，由于對課本理論的不熟悉導致編程出現錯

45、誤。第二，是在學習態(tài)度上，這次課程設計是對我的學習態(tài)度的一次檢驗。對于這次單片機課程設計，我的第一大心得體會就是作為一名工程技術人員，要求具備的首要素質絕對應該是嚴謹。我們這次課程設計所遇到的多半問題多數都是由于我們不夠嚴謹。第三，在做人上，我認識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。通過這次單片機課程設計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我

46、還學會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎上進行改進，使之功能不斷完善，成為真己的東西。</p><p>　　這個設計實踐過程中，我們花費了大量的時間和精力，更重要的是，我們在學會創(chuàng)新的基礎上，同時還懂得合作精神的重要性，學會了與他人合作。作為一名大三學生，我覺得做單片機課程設計是十分必要的，在已度過的大學時間里，我們大多數接觸的是專業(yè)課，我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課

47、的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力？如何把我們所學的專業(yè)基礎課理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似這次的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了，為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在做單片機課程設計，我們一切都要有據可依，有理可尋，不切實際的構想永遠只能是構想，永遠無法升級為設計。最后，在設計之前，我們要對所用單片機的內部結

48、構有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機內有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1

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