溫度傳感器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p>　　題 目： 溫度傳感器課程設(shè)計(jì) </p><p>　　系 部： 信 息 工 程 系 </p><p>　　專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p>　　2011年5月16日</p>&l

2、t;p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、引言....................................................................................3</p><p>　　2、實(shí)現(xiàn)方法……………………………………................................3&l

3、t;/p><p>　　3、硬件設(shè)計(jì)…………………………………………........................4</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………4</p><p>　　3.1.1 電源電路...............................................4</p><

4、p>　　3.1.2 振蕩電路與復(fù)位電路.....................................4</p><p>　　3.2 DS18B20與單片機(jī)的接口電路................................4</p><p>　　3.3 PROTEUS仿真電路圖.........................................5<

5、;/p><p>　　4、軟件設(shè)計(jì)...........................................................................................5</p><p>　　4.1 程序流程.....................................................5</p><p

6、>　　4.1.1 主程序流程圖.............................................5</p><p>　　4.1.2 各子程序流程圖...........................................6</p><p>　　1、初始化程序……………………………………………………………………6</p><p&g

7、t;　　2、讀取溫度子程序………………………………………………………………6</p><p>　　3、寫流程圖…………………………………………………………………………………7</p><p>　　4、讀流程圖………………………………………………………………………8</p><p>　　5、DS18B20簡單介紹…………………………………………………..9</p

8、><p>　　5.1 DS18B20 的性能特點(diǎn)………………………………………………………9</p><p>　　6、總結(jié)與體會……………………………………………………………10</p><p>　　7、 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………10</p><p><b>　　1、引言</b>

9、;</p><p>　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)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，但需后續(xù)信號處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的誤差。這里設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選用AT89S52型單片機(jī)作為主控制器件，DS18B20作為測溫

10、傳感器,通過數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示。通過DS18B20直接讀取被測溫度值，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該器件的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，線性度較好，在0℃～100℃最大線性偏差小于0.01℃。該器件可直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號，便于單片機(jī)處理及控制。另外，該溫度計(jì)還能直接采用測溫器件測量溫度，從而簡化數(shù)據(jù)傳輸與處理過程。</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)方法</b></p><p>　　采用數(shù)字

11、溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和AT89S52單片機(jī)構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,也可直接與計(jì)算機(jī)連接。采用AT89S52單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。該系統(tǒng)利用AT89S52芯片控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需

12、要設(shè)定上下限溫度。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)。該測溫系統(tǒng)電路簡單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡單。系統(tǒng)框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 DS18B20溫度測溫系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　3、 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 電源電路&

13、lt;/p><p><b>　　圖2 電源電路</b></p><p>　　3.1.2 振蕩電路與復(fù)位電路</p><p>　　圖3 振蕩電路 圖4 復(fù)位電路</p><p>　　3.2 DS18B20與單片機(jī)的接口電路</p><p>

14、　　圖5 DS18B20與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　3.3 PROTEUS仿真電路圖</p><p>　　圖6 PROTEUS仿真電路圖</p><p><b>　　4、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀取溫度子程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序、顯示數(shù)據(jù)子程序等。</p>

15、<p><b>　　4.1 程序流程</b></p><p>　　4.1.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖7所示。</p><p><b>　　圖7 主程序流程圖&

16、lt;/b></p><p>　　4.1.2 各子程序流程圖</p><p><b>　　1、初始化程序</b></p><p>　　所有操作都必須由初始化脈沖開始，波形如圖，單片機(jī)先輸出一個480～960us低電平到DQ引腳，再將DQ引腳置高電平，過15～60us后檢測DQ引腳狀態(tài)，若為低電平則DS18B20工作正常，否則初始化失敗，不

17、能正常測量溫度。</p><p>　　2、 讀取溫度子程序 </p><p>　　讀取溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。主要包括以下三個命令：</p><p>　　（1）寫暫存器命令 【4EH】</p><p>　　這個命令

18、為由TH寄存器開始向DS18B20暫存器寫入數(shù)據(jù)，4EH命令后的3字節(jié)數(shù)據(jù)將被保存到暫存器的地址2、3、4（TH、TL、CONFIG）三個字節(jié)。所有數(shù)據(jù)必須在復(fù)位脈沖前寫完。即如果只想寫一個字節(jié)的數(shù)據(jù)到地址2，可按如下流程：</p><p><b>　　初始化;</b></p><p>　　寫0CCH，跳過ROM檢測;</p><p>　　寫4

19、EH; </p><p><b>　　寫1字節(jié)數(shù)據(jù);</b></p><p>　　復(fù)位,即向DQ輸出480~960us低電平</p><p>　?。?）讀暫存命令【BEH】</p><p>　　這個命令由字節(jié)0讀取9個暫存器內(nèi)容，如果不需要讀取所有暫存內(nèi)容，可隨時(shí)輸出復(fù)位脈沖終止讀取過程</p>

20、<p>　?。?）轉(zhuǎn)換溫度命令【44H】</p><p>　　這個命令啟動溫度轉(zhuǎn)換過程。轉(zhuǎn)換溫度時(shí)DS18B20保持空閑狀態(tài)，此時(shí)如果單片機(jī)發(fā)出讀命令， DS18B20將輸出0直到轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換完成后將輸出1。</p><p>　　圖8 讀取溫度子程序</p><p><b>　　3、寫流程圖</b></p><

21、p>　　寫時(shí)隙：寫時(shí)隙由DQ引腳的下降沿引起。18B20有寫1和寫0兩種寫時(shí)隙。所有寫時(shí)隙必須持續(xù)至少60μs，兩個時(shí)隙之間至少有1μs的恢復(fù)時(shí)間。DS18B20在DQ下降沿后15μs~60μs間采樣DQ引腳，若此時(shí)DQ為高電平，則寫入一位1，若此時(shí)DQ為低電平，則寫入一位0，如圖9所示。所以，若想寫入1，則單片機(jī)應(yīng)先將DQ置低電平，15us后再將DQ置高電平，持續(xù)45μs；若要寫入0，則將DQ置低電平，持續(xù)60μs。</p

22、><p><b>　　圖9 寫流程圖</b></p><p><b>　　4、讀流程圖</b></p><p>　　讀時(shí)隙：讀時(shí)隙由DQ下降沿引起，持續(xù)至少1μs的低電平后釋放總線（DQ置1）DS18B20的輸出數(shù)據(jù)將在下降沿15μs后輸出，此時(shí)單片機(jī)可讀取1位數(shù)據(jù)。讀時(shí)隙結(jié)束時(shí)要將DQ置1。所有讀時(shí)隙必須持續(xù)至少60μs，

23、兩個時(shí)隙之間至少有1μs的恢復(fù)時(shí)間。</p><p>　　5、DS18B20簡單介紹</p><p>　　DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55～+125 攝氏度，可編程為9位

24、～12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。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，

25、可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。</p><p>　　5.1 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下：</p><p>　　●獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊</p><p>　　●DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫</p>

26、<p>　　●DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)</p><p>　　●適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電</p><p>　　●溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃</p><p><b>　　●零待機(jī)

27、功耗</b></p><p>　　●可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫</p><p>　　●在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快</p><p>　　●用戶可定義報(bào)警設(shè)置</p>

28、<p>　　●報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件</p><p>　　●測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力</p><p>　　●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作</p><p>　　以上特點(diǎn)使DS1

29、8B20非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測系統(tǒng)。</p><p>　　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。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖12所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。</

30、p><p>　　圖 12 外部封裝形式</p><p><b>　　6、總結(jié)與體會</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，以前寫的那

31、幾次，數(shù)據(jù)加減時(shí)，我用的都是BCD碼，這一次，我全部用的都是16進(jìn)制的數(shù)直接加減，顯示處理時(shí)在用除法去刪分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。</p><p>　　從這次的設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在

32、這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，按著此思路設(shè)計(jì)的溫度計(jì)的性能也一定會越來越好。</p><p>　　經(jīng)過此次設(shè)計(jì)，我了解了一些傳感器的知識，對智能儀器的設(shè)計(jì)有了一個整體的認(rèn)識，這有利于我以后深入學(xué)習(xí)或參加工作。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 沙占友.智能溫度傳感器的發(fā)展趨勢[J].電

33、子技術(shù)應(yīng)用,2002(5):6-7.</p><p>　　[2] 于永學(xué),葛建. 1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20及應(yīng)用[J].電子產(chǎn)品世界,2003(24):80-82.</p><p>　　[3] 張萍.基于數(shù)字溫度計(jì)DS18B20的溫度測量儀的開發(fā)[J].自動化儀表, 2007,28(6):64-66.</p><p>　　[4] 胡學(xué)海.單片機(jī)原