基于ds18b20的温度控制系统毕业论文.pdf

1、廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文廊坊师范学院本科生毕业论文题 目 ： 基 于 单 片 机 的 温 度 控 制 系 统 设 计学 生 姓 名 ： XXX指 导 教 师 ： XXXX二 级 学 院 ： XXXXXXX系 别 ：专 业 ： 电 气 工 程 及 其 自 动 化年 级 ： 2007级学 号 ： XXXXXXX完 成 日 期 ： 2011年 5 月廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文论 文 题 目 ： 基 于 单 片 机 的 温 度 控 制 系 统 设 计论 文 摘 要 ： 该 文 介 绍 了 一 种 基 于

2、 DS1820 的 温 度 检 测 控 制 系 统 。 随 着 人 们 生 活 水 平 的 不 断 提 高 ,单片 机 控 制 无 疑 是 人 们 追 求 的 目 标 之 一 ， 它 所 给 人 带 来 的 方 便 也 是 不 可 否 定 的 ， 其 中 数字 温 度 计 就 是 一 个 典 型 的 例 子 ， 但 人 们 对 它 的 要 求 越 来 越 高 ， 要 为 现 代 人 工 作 、 科 研 、生 活 、 提 供 更 好 的 更 方 便 的 设 施 就 需 要 从 数 单 片 机 技 术 入 手 ， 一 切 向 着 数 字 化 控 制 ，智 能 化 控 制 方 向 发 展 。 本 文

3、 旨 在 介 绍 一 种 基 于 MCS-51系 列 单 片 机 和 DS1820数 字 温 度传 感 器 的 温 度 检 测 控 制 系 统 的 开 发 ， 包 括 其 开 发 背 景 、 系 统 分 析 、 电 路 原 理 、 以 及 程序 的 编 写 与 分 析 。关 键 词 ： 单 片 机 ； 温 度 控 制 系 统 ； DS18B20温 度 传 感 器廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文目 录1 引 言 .11.1 温 度 控 制 系 统 设 计 的 背 景 、 发 展 历 史 及 意 义 11.2 温 度 控 制 系 统 的 目 的 .11.3 温 度 控 制 系 统

4、 完 成 的 功 能 .12 总 体 设 计 方 案 .12.1 方 案 一 .12.2 方 案 二 .23 DS18B20温 度 传 感 器 简 介 63.1 温 度 传 感 器 的 历 史 及 简 介 .63.2 DS18B20的 工 作 原 理 63.2.1 DS18B20工 作 时 序 63.2.2 ROM操 作 命 令 83.3 DS18B20的 测 温 原 理 83.3.1 DS18B20的 测 温 原 理 :83.3.2 DS18B20的 测 温 流 程 104 单 片 机 接 口 设 计 .104.1 设 计 原 则 .104.2 引 脚 连 接 .114.2.1 晶 振 电

5、路 .114.2.2 串 口 引 脚 .114.2.3 其 它 引 脚 .115 系 统 整 体 设 计 .115.1 系 统 硬 件 电 路 设 计 .115.1.1 主 板 电 路 设 计 .115.1.2 各 部 分 电 路 .115.2 系 统 软 件 设 计 .145.2.1 系 统 软 件 设 计 整 体 思 路 .145.2.2 系 统 程 序 流 图 .145.3 调 试 .186 总 结 .19附 录 .20参 考 文 献 .27廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文11 引 言1.1 温 度 控 制 系 统 设 计 的 背 景 、 发 展 历 史 及 意 义温

6、度 是 生 产 过 程 和 科 学 实 验 中 普 遍 而 且 重 要 的 物 理 参 数 ， 随 着 社 会 的 发 展 ， 科 技 的 进步 ， 以 及 测 温 仪 器 在 各 个 领 域 的 应 用 ， 智 能 化 已 是 现 代 温 度 控 制 系 统 发 展 的 主 流 方 向 。 特别 是 近 年 来 ， 温 度 控 制 系 统 已 应 用 到 人 们 生 活 的 各 个 方 面 ， 但 温 度 控 制 一 直 是 一 个 未 开 发的 领 域 ， 却 又 是 与 人 们 息 息 相 关 的 一 个 实 际 问 题 。 针 对 这 种 实 际 情 况 ， 设 计 一 个 温 度 控

7、 制系 统 ， 具 有 广 泛 的 应 用 前 景 与 实 际 意 义 。温 度 是 一 个 重 要 的 物 理 量 ， 它 反 映 了 物 体 冷 热 的 程 度 ， 与 自 然 界 中 的 各 种 物 理 和 化 学过 程 相 联 系 。 在 工 、 农 业 生 产 和 日 常 生 活 中 ， 各 个 环 节 都 与 温 度 紧 密 相 联 ， 温 度 的 准 确 监测 及 控 制 占 据 着 极 其 重 要 地 位 。 比 如 ， 发 电 厂 锅 炉 的 温 度 必 须 控 制 在 一 定 的 范 围 之 内 ； 许多 化 学 反 应 的 工 艺 过 程 必 须 在 适 当 的 温 度

8、下 才 能 正 常 进 行 等 。 没 有 合 适 的 温 度 环 境 ， 许 多电 子 设 备 就 不 能 正 常 工 作 ， 粮 仓 的 储 粮 就 会 变 质 霉 烂 ， 酒 类 的 品 质 就 没 有 保 障 。 可 见 ， 温度 的 测 量 和 控 制 是 非 常 重 要 的 。随 着 电 子 技 术 和 微 型 计 算 机 的 迅 速 发 展 ， 单 片 机 在 电 子 产 品 中 的 应 用 已 经 越 来 越 广泛 。 利 用 单 片 机 对 温 度 进 行 控 制 的 技 术 也 随 之 而 生 ， 并 日 益 发 展 和 完 善 ， 且 越 来 越 显 示 出它 的 优 越

9、 性 。1.2 温 度 控 制 系 统 的 目 的本 设 计 的 内 容 是 温 度 测 试 控 制 系 统 ， 控 制 对 象 是 温 度 。 温 度 控 制 在 日 常 生 活 及 工 业 领域 应 用 相 当 广 泛 ， 比 如 温 室 、 水 池 、 发 酵 缸 、 电 源 等 场 所 的 温 度 控 制 。 而 以 往 温 度 控 制 是由 人 工 完 成 的 而 且 不 够 重 视 ， 其 实 在 很 多 场 所 温 度 都 需 要 监 控 以 防 止 发 生 意 外 。 针 对 此 问题 ， 本 系 统 设 计 的 目 的 是 实 现 一 种 可 连 续 高 精 度 调 温 的

10、温 度 控 制 系 统 ， 它 应 用 广 泛 ， 功 能强 大 ， 小 巧 美 观 ， 便 于 携 带 ， 是 一 款 既 实 用 又 廉 价 的 控 制 系 统 。1.3 温 度 控 制 系 统 完 成 的 功 能本 设 计 是 对 温 度 进 行 实 时 监 测 与 控 制 ， 设 计 的 温 度 控 制 系 统 实 现 了 基 本 的 温 度 控 制 功能 ： 当 温 度 低 于 设 定 下 限 温 度 时 ， 系 统 自 动 启 动 加 热 继 电 器 加 温 ， 使 温 度 上 升 ， 同 时 绿 灯亮 。 当 温 度 上 升 到 下 限 温 度 以 上 时 ， 停 止 加 温 ；

11、 当 温 度 高 于 设 定 上 限 温 度 时 ， 系 统 自 动 启动 风 扇 降 温 ， 使 温 度 下 降 ， 同 时 红 灯 亮 。 当 温 度 下 降 到 上 限 温 度 以 下 时 ， 停 止 降 温 。 温 度在 上 下 限 温 度 之 间 时 ， 执 行 机 构 不 执 行 。 三 个 数 码 管 即 时 显 示 温 度 ， 精 确 到 小 数 点 一 位 。2 总 体 设 计 方 案2.1 方 案 一测 温 电 路 的 设 计 ， 可 以 使 用 热 敏 电 阻 之 类 的 器 件 利 用 其 感 温 效 应 ， 在 将 随 被 测 温 度 变化 的 电 压 或 电 流 采

12、 集 过 来 ， 进 行 A/D 转 换 后 ， 就 可 以 用 单 片 机 进 行 数 据 的 处 理 ， 在 显 示 电廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文2路 上 ， 就 可 以 将 被 测 温 度 显 示 出 来 ， 这 种 设 计 需 要 用 到 A/D 转 换 电 路 ， 感 温 电 路 比 较 麻 烦 。2.2 方 案 二考 虑 使 用 温 度 传 感 器 ， 结 合 单 片 机 电 路 设 计 ， 采 用 一 只 DS18B20温 度 传 感 器 ， 直 接 读取 被 测 温 度 值 ， 之 后 进 行 转 换 ， 依 次 完 成 设 计 要 求 。比 较 以 上

13、 两 种 方 案 ， 很 容 易 看 出 ， 采 用 方 案 二 ， 电 路 比 较 简 单 ， 软 件 设 计 容 易 实 现 ，故 实 际 设 计 中 拟 采 用 方 案 二 。在 本 系 统 的 电 路 设 计 方 框 图 如 图 1.1 所 示 ， 它 由 三 部 分 组 成 : 控 制 部 分 主 芯 片 采 用单 片 机 AT89S51； 显 示 部 分 采 用 3位 LED数 码 管 以 动 态 扫 描 方 式 实 现 温 度 显 示 ； 温 度采 集 部 分 采 用 DS18B20温 度 传 感 器 。 单片机DS18B20 LED 显 示指 示 灯图 2 1 温 度 计 电

14、路 总 体 设 计 方 案1. 控 制 部 分单 片 机 AT89S51具 有 低 电 压 供 电 和 体 积 小 等 特 点 ， 四 个 端 口 只 需 要 两 个 口 就 能 满 足 电路 系 统 的 设 计 需 要 ， 很 适 合 便 携 手 持 式 产 品 的 设 计 使 用 ， 系 统 应 用 三 节 电 池 供 电 。2. 显 示 部 分显 示 电 路 采 用 3位 共 阳 LED数 码 管 ， 从 P0口 送 数 ， P2口 扫 描 。3. 温 度 采 集 部 分DS18B20 温 度 传 感 器 是 美 国 DALLAS 半 导 体 公 司 最 新 推 出 的 一 种 改 进

15、型 智 能 温 度 传 感器 ， 与 传 统 的 热 敏 电 阻 等 测 温 元 件 相 比 ， 它 能 直 接 读 出 被 测 温 。 这 一 部 分 主 要 完 成 对 温 度信 号 的 采 集 和 转 换 工 作 ， 由 DS18B20 数 字 温 度 传 感 器 及 其 与 单 片 机 的 接 口 部 分 组 成 。 数 字温 度 传 感 器 DS18B20 把 采 集 到 的 温 度 通 过 数 据 引 脚 传 到 单 片 机 的 P1.0 口 ， 单 片 机 接 受 温度 并 存 储 。 此 部 分 只 用 到 DS18B20 和 单 片 机 ， 硬 件 很 简 单1) DS18B

16、20的 性 能 特 点 如 下 9：1) 独 特 的 单 线 接 口 仅 需 要 一 个 端 口 引 脚 进 行 通 信 ；2) 多 个 DS18B20可 以 并 联 在 惟 一 的 三 线 上 ， 实 现 多 点 组 网 功 能 ；3) 无 须 外 部 器 件 ；加 热 继 电 器电 风 扇 继 电器廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文34) 可 通 过 数 据 线 供 电 ， 电 压 范 围 为 3.0 5.5V；5) 零 待 机 功 耗 ；6) 温 度 以 3位 数 字 显 示 ；7) 用 户 可 定 义 报 警 设 置 ；8) 报 警 搜 索 命 令 识 别 并 标 志

17、超 过 程 序 限 定 温 度 （ 温 度 报 警 条 件 ） 的 器 件 ；9) 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 。(2) DS18B20的 内 部 结 构DS18B20采 用 3脚 PR 35封 装 ， 如 图 1.2所 示 ； DS18B20 的 内 部 结 构 ， 如 图 3 所示 。 引 脚 说 明 ：地 数 据 线可 选图 2 2 DS18B20封 装(3) DS18B20内 部 结 构 主 要 由 四 部 分 组 成 5：1) 64 位 光 刻 ROM。 开 始 8 位 是 产 品

18、 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 56位 的 CRC校 验 码 ， 这 也 是 多 个 DS18B20可 以 采 用 一 线 进 行 通 信的 原 因 10。 64位 闪 速 ROM的 结 构 如 下 . 表 2 1 ROM结 构8b检 验 CRC 48b序 列 号 8b工 厂 代 码 （ 10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文4内 部电 源探 测 位 和单 线 端 口 位产 生 器暂 存 器 下 限 触 发上 限 触 发温 度 传 感 器存

19、 储 器 和 控 制 逻 辑图 2 3 DS18B20内 部 结 构2) 非 挥 发 的 温 度 报 警 触 发 器 TH和 TL， 可 通 过 软 件 写 入 用 户 报 警 上 下 限 值 。3) 高 速 暂 存 存 储 ， 可 以 设 置 DS18B20温 度 转 换 的 精 度 。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 E2PRAM。 高 速 暂 存 RAM 的 结 构 为 8 字 节 的 存 储 器 ， 结 构 如 图 1.3所 示 。 头 2 个 字 节 包含 测 得 的

20、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 。 它 的 内 部 存 储 器 结 构 和 字 节 定 义 如 图 1.3所 示 。 低 5位 一 直 为 ， TM是 工 作 模 式 位 ， 用 于 设 置 DS18B20在 工 作 模 式 还 是 在 测 试 模 式 。表 2

21、 2 DS18B20 内 部 存 储 器 结 构Byte0 温 度 测 量 值 LSB（ 50H）Byte1 温 度 测 量 值 MSB（ 50H） E2PROMByte2 TH 高 温 寄 存 器 - TH 高 温 寄 存 器Byte3 TL 低 温 寄 存 器 - TL 低 温 寄 存 器Byte4 配 位 寄 存 器 - 配 位 寄 存 器Byte5 预 留 （ FFH）Byte6 预 留 （ 0CH）Byte7 预 留 （ IOH）Byte8 循 环 冗 余 码 校 验 （ CRC）廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文52) 非 挥 发 的 温 度 报 警 触 发 器 T

22、H和 TL， 可 通 过 软 件 写 入 用 户 报 警 上 下 限 值 。3) 高 速 暂 存 存 储 ， 可 以 设 置 DS18B20温 度 转 换 的 精 度 。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 ,如 图 1.4。 图 2 3 DS18B20字 节 定 义TM R1 R0 1 1 1 1 1由 表 1.1可 见 ， 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

23、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

24、 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 。表 1.2是 一 部 分 温 度 值 对 应 的 二 进 制 温 度 数 据 6。表 2 4 DS18B20温 度 转 换 时 间 表R1 R0 分 辨 率 /位 温 度 最 大

25、 转 向 时 间 /ms0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11 3751 1 12 750表 2 5 一 部 分 温 度 对 应 值 表温 度 / 二 进 制 表 示 十 六 进 制 表 示+125 0000 0111 1101 0000 07D0H+85 0000 0101 0101 0000 0550H+25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H+10.125 0000 0000 1010 0001 00A2H+0.5 0000 0000 0000 0010 0008H0 0000 0000 0000 1000 0000H-0.5 1111 11

26、11 1111 0000 FFF8H廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文6续 表 2 5-10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH-25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH-55 1111 1100 1001 0000 FC90H4) CRC的 产 生在 64 b ROM的 最 高 有 效 字 节 中 存 储 有 循 环 冗 余 校 验 码 （ CRC） 。 主 机 根 据 ROM的 前 56位 来 计 算 CRC值 ， 并 和 存 入 DS18B20中 的 CRC值 做 比 较 ， 以 判 断 主 机 收 到 的 ROM数 据

27、是 否正 确 。 另 外 ， 由 于 DS18B20单 线 通 信 功 能 是 分 时 完 成 的 ， 它 有 严 格 的 时 隙 概 念 ， 因 此 读 写时 序 很 重 要 。 系 统 对 DS18B20的 各 种 操 作 按 协 议 进 行 。 操 作 协 议 为 ： 初 使 化 DS18B20（ 发复 位 脉 冲 ） 发 ROM功 能 命 令 发 存 储 器 操 作 命 令 处 理 数3 DS18B20温 度 传 感 器 简 介3.1 温 度 传 感 器 的 历 史 及 简 介温 度 的 测 量 是 从 金 属 (物 质 )的 热 胀 冷 缩 开 始 。 水 银 温 度 计 至 今 仍

28、 是 各 种 温 度 测 量 的 计量 标 准 。 可 是 它 的 缺 点 是 只 能 近 距 离 观 测 ， 而 且 水 银 有 毒 ， 玻 璃 管 易 碎 。 代 替 水 银 的 有 酒精 温 度 计 和 金 属 簧 片 温 度 计 ， 它 们 虽 然 没 有 毒 性 ， 但 测 量 精 度 很 低 ， 只 能 作 为 一 个 概 略 指示 。 不 过 在 居 民 住 宅 中 使 用 已 可 满 足 要 求 。 在 工 业 生 产 和 实 验 研 究 中 为 了 配 合 远 传 仪 表 指示 ， 出 现 了 许 多 不 同 的 温 度 检 测 方 法 ， 常 用 的 有 电 阻 式 、 热

29、 电 偶 式 、 PN结 型 、 辐 射 型 、 光纤 式 及 石 英 谐 振 型 等 。 它 们 都 是 基 于 温 度 变 化 引 起 其 物 理 参 数 (如 电 阻 值 ， 热 电 势 等 )的 变化 的 原 理 。 随 着 大 规 模 集 成 电 路 工 艺 的 提 高 ， 出 现 了 多 种 集 成 的 数 字 化 温 度 传 感 器 。3.2 DS18B20的 工 作 原 理3.2.1 DS18B20工 作 时 序根 据 DS18B20的 通 讯 协 议 ， 主 机 控 制 DS18B20完 成 温 度 转 换 必 须 经 过 三 个 步 骤 ：1. 每 一 次 读 写 之 前

30、都 必 须 要 对 DS18B20进 行 复 位 ；2. 复 位 成 功 后 发 送 一 条 ROM指 令 ；3. 最 后 发 送 RAM指 令 ， 这 样 才 能 对 DS18B20进 行 预 定 的 操 作 。复 位 要 求 主 CPU将 数 据 线 下 拉 500微 秒 ， 然 后 释 放 ， DS18B20收 到 信 号 后 等 待 15 60微 秒 左 右 后 发 出 60 240微 秒 的 存 在 低 脉 冲 ， 主 CPU收 到 此 信 号 表 示 复 位 成 功 。 其 工 作 时序 包 括 初 始 化 时 序 、 写 时 序 和 读 时 序 ， 具 体 工 作 方 法 如 图

31、 2.1， 2.2， 2.3所 示 。(1) 初 始 化 时 序廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文7响 应 脉冲 60240等 待 15-60 主 机 最 小 480主 机 复 位 脉 冲最 小 480US 图 3 1 初 始 化 时 序总 线 上 的 所 有 传 输 过 程 都 是 以 初 始 化 开 始 的 ， 主 机 响 应 应 答 脉 冲 。 应 答 脉 冲 使 主 机 知道 ， 总 线 上 有 从 机 设 备 ， 且 准 备 就 绪 。 主 机 输 出 低 电 平 ， 保 持 低 电 平 时 间 至 少 480us， 以产 生 复 位 脉 冲 。 接 着 主 机 释

32、放 总 线 ， 4.7K 上 拉 电 阻 将 总 线 拉 高 ， 延 时 15 60us， 并 进 入接 受 模 式 ， 以 产 生 低 电 平 应 答 脉 冲 ， 若 为 低 电 平 ， 再 延 时 480us12。(2) 写 时 序 采样 1545采样 1545 11 主 机 写 “1“时 序主 机 写 “0“时 序图 3 2 写 时 序写 时 序 包 括 写 0时 序 和 写 1时 序 。 所 有 写 时 序 至 少 需 要 60us， 且 在 2次 独 立 的 写 时 序之 间 至 少 需 要 1us的 恢 复 时 间 ， 都 是 以 总 线 拉 低 开 始 。 写 1时 序 ， 主

33、机 输 出 低 电 平 ， 延 时2us， 然 后 释 放 总 线 ， 延 时 60us。 写 0时 序 ， 主 机 输 出 低 电 平 ， 延 时 60us， 然 后 释 放 总 线 ，延 时 2us8。(3) 读 时 序廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文8主 机 采 样主 机 采 样 4545 11 主 机 写 “1“时 序主 机 写 “0“时 序 图 3 3 读 时 序总 线 器 件 仅 在 主 机 发 出 读 时 序 是 ， 才 向 主 机 传 输 数 据 ， 所 以 ， 在 主 机 发 出 读 数 据 命 令后 ， 必 须 马 上 产 生 读 时 序 ， 以 便 从

34、机 能 够 传 输 数 据 。 所 有 读 时 序 至 少 需 要 60us， 且 在 2次独 立 的 读 时 序 之 间 至 少 需 要 1us的 恢 复 时 间 。 每 个 读 时 序 都 由 主 机 发 起 ， 至 少 拉 低 总 线 1us。主 机 在 读 时 序 期 间 必 须 释 放 总 线 ， 并 且 在 时 序 起 始 后 的 15us之 内 采 样 总 线 状 态 。 主 机 输 出低 电 平 延 时 2us， 然 后 主 机 转 入 输 入 模 式 延 时 12us， 然 后 读 取 总 线 当 前 电 平 ， 然 后 延 时 50us43.2.2 ROM操 作 命 令当

35、主 机 收 到 DSl8B20 的 响 应 信 号 后 ， 便 可 以 发 出 ROM 操 作 命 令 之 一 ， 这 些 命 令 如 表2.2： ROM操 作 命 令 。3.3 DS18B20的 测 温 原 理3.3.1 DS18B20的 测 温 原 理 :每 一 片 DSl8B20在 其 ROM中 都 存 有 其 唯 一 的 48位 序 列 号 ， 在 出 厂 前 已 写 入 片 内 ROM 中 。主 机 在 进 入 操 作 程 序 前 必 须 用 读 ROM(33H)命 令 将 该 DSl8B20的 序 列 号 读 出 。程 序 可 以 先 跳 过 ROM， 启 动 所 有 DSl8B2

36、0 进 行 温 度 变 换 ， 之 后 通 过 匹 配 ROM， 再 逐 一地 读 回 每 个 DSl8B20的 温 度 数 据 。DS18B20的 测 温 原 理 如 图 2.4 所 示 ， 图 中 低 温 度 系 数 晶 振 的 振 荡 频 率 受 温 度 的 影 响 很小 ， 用 于 产 生 固 定 频 率 的 脉 冲 信 号 送 给 减 法 计 数 器 1， 高 温 度 系 数 晶 振 随 温 度 变 化 其 震 荡频 率 明 显 改 变 ， 所 产 生 的 信 号 作 为 减 法 计 数 器 2的 脉 冲 输 入 ， 图 中 还 隐 含 着 计 数 门 ， 当 计数 门 打 开 时

37、， DS18B20就 对 低 温 度 系 数 振 荡 器 产 生 的 时 钟 脉 冲 后 进 行 计 数 ， 进 而 完 成 温 度测 量 。 计 数 门 的 开 启 时 间 由 高 温 度 系 数 振 荡 器 来 决 定 ， 每 次 测 量 前 ， 首 先 将 -55 所 对 应的 基 数 分 别 置 入 减 法 计 数 器 1和 温 度 寄 存 器 中 ， 减 法 计 数 器 1和 温 度 寄 存 器 被 预 置 在 -55所 对 应 的 一 个 基 数 值 。 减 法 计 数 器 1对 低 温 度 系 数 晶 振 产 生 的 脉 冲 信 号 进 行 减 法 计 数 ， 当减 法 计 数

38、器 1的 预 置 值 减 到 0时 温 度 寄 存 器 的 值 将 加 1， 减 法 计 数 器 1 的 预 置 将 重 新 被 装入 ， 减 法 计 数 器 1重 新 开 始 对 低 温 度 系 数 晶 振 产 生 的 脉 冲 信 号 进 行 计 数 ， 如 此 循 环 直 到 减法 计 数 器 2计 数 到 0时 ， 停 止 温 度 寄 存 器 值 的 累 加 ， 此 时 温 度 寄 存 器 中 的 数 值 即 为 所 测 温度 。 图 2.3中 的 斜 率 累 加 器 用 于 补 偿 和 修 正 测 温 过 程 中 的 非 线 性 ， 其 输 出 用 于 修 正 减 法 计数 器 的 预

39、 置 值 ， 只 要 计 数 门 仍 未 关 闭 就 重 复 上 述 过 程 ， 直 至 温 度 寄 存 器 值 达 到 被 测 温 度 值 .廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文9表 3 1 ROM 操 作 命 令指 令 约 定 代 码 功 能读 ROM 33H 读 DS18B20 ROM中 的 编 码符 合 ROM 55H 发 出 此 命 令 之 后 ， 接 着 发 出 64位 ROM编 码 ， 访 问 单 线 总线 上 与 该 编 码 相 对 应 的 DS18B20 使 之 作 出 响 应 ， 为 下 一步 对 该 DS18B20的 读 写 作 准 备搜 索 ROM 0F0

40、H 用 于 确 定 挂 接 在 同 一 总 线 上 DS18B20的 个 数 和 识 别 64位ROM地 址 ， 为 操 作 各 器 件 作 好 准 备跳 过 ROM 0CCH 忽 略 64位 ROM地 址 ， 直 接 向 DS18B20发 温 度 变 换 命 令 ，适 用 于 单 片 工 作 。续 表 3 1告 警 搜 索命 令 0ECH 执 行 后 ， 只 有 温 度 超 过 设 定 值 上 限 或 者 下 限 的 片 子 才 做出 响 应温 度 变 换 44H 启 动 DS18B20进 行 温 度 转 换 ， 转 换 时 间 最 长 为 500MS， 结果 存 入 内 部 9字 节 RA

41、M中读 暂 存 器 0BEH 读 内 部 RAM中 9字 节 的 内 容写 暂 存 器 4EH 发 出 向 内 部 RAM的 第 3， 4字 节 写 上 、 下 限 温 度 数 据 命 令 ，紧 跟 读 命 令 之 后 ， 是 传 送 两 字 节 的 数 据复 制 暂 存 器 48H 将 E2PRAM中 第 3， 4字 节 内 容 复 制 到 E2PRAM中重 调 E2PRAM 0BBH 将 E2PRAM中 内 容 恢 复 到 RAM中 的 第 3， 4字 节读 供 电方 式 0B4H 读 DS18B20的 供 电 模 式 ， 寄 生 供 电 时 DS18B20发 送 “ 0” ，外 接 电

42、源 供 电 DS18B20发 送 “ 1”另 外 ， 由 于 DS18B20单 线 通 信 功 能 是 分 时 完 成 的 ， 他 有 严 格 的 时 隙 概 念 ， 因 此 读 写 时序 很 重 要 。 系 统 对 DS18B20 的 各 种 操 作 必 须 按 协 议 进 行 。 操 作 协 议 为 ： 初 始 化 DS18B20（ 发复 位 脉 冲 ） 发 ROM功 能 命 令 发 存 储 器 操 作 命 令 处 理 数 据 。廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文10减 法 计 数 器斜 坡 累 加 器减 到 0减 法 计 数 器预 置低 温 度 系 数振 荡 器高 温 度

43、 系 数振 荡 器 计 数 比 较 器预 置温 度 寄 存 器减 到 0图 3 4 测 温 原 理 内 部 装 置3.3.2 DS18B20的 测 温 流 程初 始 化DS18B20 跳 过 ROM匹 配 温 度 变 换 延 时 1S跳 过 ROM匹 配读 暂 存 器转 换 成 显 示 码数 码 管 显 示 图 3 5 DS18B20测 温 流 程.4 单 片 机 接 口 设 计4.1 设 计 原 则DS18B20可 以 采 用 两 种 方 式 供 电 ， 一 种 是 采 用 电 源 供 电 方 式 ， 此 时 DS18B20 的 1脚 接地 ， 2 脚 作 为 信 号 线 ， 3 脚 接 电

44、 源 。 另 一 种 是 寄 生 电 源 供 电 方 式 ， 如 图 3.1 所 示 单 片 机 端口 接 单 线 总 线 ， 为 保 证 在 有 效 的 DS18B20 时 钟 周 期 内 提 供 足 够 的 电 流 ， 可 用 一 个 MOSFET管 来 完 成 对 总 线 的 上 拉 。 本 设 计 采 用 电 源 供 电 方 式 ， P1.1口 接 单 线 总 线 为 保 证 在 有 效 的DS18B20时 钟 周 期 内 提 供 足 够 的 电 流 ， 可 用 一 个 MOSFET管 和 89S51的 P1.0 来 完 成 对 总 线的 上 拉 。 当 DS18B20处 于 写 存

45、储 器 操 作 和 温 度 A/D变 换 操 作 时 ， 总 线 上 必 须 有 强 的 上 拉 ，上 拉 开 启 时 间 最 大 为 10 s。 采 用 寄 生 电 源 供 电 方 式 是 VDD和 GND 端 均 接 地 。 由 于 单 线 制只 有 一 根 线 ， 因 此 发 送 接 收 口 必 须 是 三 状 态 的 。 主 机 控 制 DS18B20完 成 温 度 转 换 必 须 经 过3个 步 骤 ： 初 始 化 ； ROM操 作 指 令 ；廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文11 存 储 器 操 作 指 令 。4.2 引 脚 连 接4.2.1 晶 振 电 路单 片

46、机 XIAL1 和 XIAL2 分 别 接 30PF 的 电 容 ， 中 间 再 并 个 12MHZ 的 晶 振 ， 形 成 单 片机 的 晶 振 电 路 。4.2.2 串 口 引 脚P0 口 接 9 个 2.2K 的 排 阻 然 后 接 到 显 示 电 路 上 。 P1.0 温 度 传 感 器 DS18B20 如 图 3.1所 示 。图 4 1 DS18B20与 单 片 机 的 接 口 电 路P1.1 和 P1.2 引 脚 接 继 电 器 电 路 的 4.7K 电 阻 上 ， P1 口 其 他 引 脚 悬 空P2 口 中 P2.0、 P2.1、 P2.2、 P2.3 分 别 接 到 显 示

47、电 路 的 4.7K 电 阻 上 ， P2.5 接 蜂 鸣 器 电 路 ，其 他 引 脚 悬 空P3 口 中 P3.5、 P3.6、 P3.7 接 到 按 键 电 路4.2.3 其 它 引 脚ALE 引 脚 悬 空 ， 复 位 引 脚 接 到 复 位 电 路 、 VCC 接 电 源 、 VSS 接 地 、 EA 接 电 源5 系 统 整 体 设 计5.1 系 统 硬 件 电 路 设 计5.1.1 主 板 电 路 设 计单 片 机 的 P1.0 接 DS18B20 的 2 号 引 脚 ， P0 口 送 数 P2 口 扫 描 ， P1.1、 P1.2 控 制 加 热器 和 电 风 扇 的 继 电

48、器 。 如 附 录 2。5.1.2 各 部 分 电 路(1) 显 示 电 路显 示 电 路 采 用 了 7段 共 阴 数 码 管 扫 描 电 路 ， 节 约 了 单 片 机 的 输 出 端 口 ， 便 于 程 序 的 编写 。单片机 18B20 VCCGNDP1.0廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文12图 5 1 显 示 电 路 图(2) 单 片 机 电 路图 5 2 单 片 机 电 路 引 脚 图(3) DS18B20温 度 传 感 器 电 路图 5-3 温 度 传 感 器 电 路 引 脚 图(4) 继 电 器 电 路廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文13图

49、中 P1.1引 脚 控 制 加 热 器 继 电 器 。 给 .P1.1低 电 平 ， 三 极 管 导 通 ， 电 磁 铁 触 头 放 下 来开 始 工 作 .图 5-4 继 电 器 电 路 图(5) 晶 振 控 制 电 路图 5-5 晶 振 控 制 电 路 图(6) 复 位 电 路图 5-6复 位 电 路 图廊 坊 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文145.2 系 统 软 件 设 计5.2.1 系 统 软 件 设 计 整 体 思 路一 个 应 用 系 统 要 完 成 各 项 功 能 ， 首 先 必 须 有 较 完 善 的 硬 件 作 保 证 。 同 时 还 必 须 得 到 相应 设 计 合 理 的 软 件 的 支 持 ， 尤 其 是 微 机 应 用 高 速 发 展 的 今 天 ， 许 多 由 硬 件 完 成 的 工 作 ， 都可 通 过 软 件 编 程 而 代 替 。 甚 至 有 些 必 须 采 用 很 复 杂 的 硬 件 电 路 才 能 完 成 的 工 作 ， 用 软 件 编程 有 时 会 变 得 很 简 单 ， 如 数 字 滤 波 ， 信 号 处 理 等 。 因 此 充 分 利 用 其 内 部