1、基于 DS18B20 的恒温控制器设计Designed of The Constant Temperature Which is based on DS18B20I摘 要恒温控制在任何地方都有着举足轻重的地位，在工业生产中，温度的控制直接影响着工业生产；在家庭中，其直接影响着生活的品质与安慰。本设计是基于AT89C51 单片机的恒温箱控制系统，系统分为硬件和软件两部分，其中硬件包括：温度传感器、显示、控制和报警的设计；软件包括：键盘管理程序设计、显示程序设计、控制程序设计和温度报警程序设计。编写程序结合硬件进行调试，能够实现设置和调节初始温度值，用 LCD 显示，当加热到设定值后立刻报警。另外
2、，本系统通过软件实现对按键误差、加热过冲的调整，以提高系统的安全性、可靠性和稳定性。本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20 作为温度采集器，单片机 AT89C52 作为主控芯片，LCD 屏作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。关键词：单片机 传感器 温度IIAbstractTemperature control in any place has a pivotal role in the industrial production, the control of the temperature directly affect the indus
3、trial production; In the household, its directly influences the quality of the life and comfort .The design is based on AT89C51 single-chip microcomputer control system of the constant temperature box, the hardware and software system is divided into two parts, including hardware including: temperat
4、ure sensor display and control and alarm design; The software includes: the keyboard management program design shows that the program design control program design and temperature alarm program design write a program combining hardware debugging, will be able to realize the Settings and adjusting th
5、e initial temperature, use LCD display, when heated to set data immediately after the alarm in addition, the system through the software to realize error heated flush buttons adjustment, the security of the system to improve the reliability and stability.Key words:AT89C52 temperature sensor temperat
6、ureIII目录摘 要 .IAbstract .II绪 论 .11 硬件电路的设计 .21.1 总体设计 .21.1.1 系统实现的功能 .21.1.2 系统实现方案的选择 .21.1.3 系统整体结构的布局 .21.2 单片机 .31.2.1 单片机的应用范围 .31.2.2 单片机的分类 .41.2.3 单片机的端口介绍 .41.3 DS18B20.61.3.1 DS18B20 的应用范围 .61.3.2 DS18B20 的内部结构 .61.3.3 DS18B20 温度测量电路 .61.3.4 DS18B20 的工作原理 .81.4 DS1302.81.4.1 DS1320 的功能及结构
7、.81.4.2 DS1302 实时显示时间的软硬件 .91.5 LM016L 显示屏 .91.5.1 LM016L 结构和功能 .91.5.2 LCD 在仿真中的连接 .102 软件电路设计 .122.1 系统主程序的设计 .122.2 系统子程序的设计 .13IV2.2.1 LCD 显示程序 .132.2.2 DS18B20 的子程序 .142.2.3 DS18B20 初始化模块 .152.2.4 控制器对 18B20 操作流程 .162.2.5 DS18B20 读取温度的程序 .17结 论 .19致 谢 .20参考文献 .21附录一 仿真实现图 .22附录二 部分程序 .231绪 论在科技
8、急速发展的今天，各种各样的智能化仪器也随之而产生。温度是生产过程和科学实验中普遍的且十分重要的物理参数，它反映了物体的冷热程度；温度控制是工业及其生活中常常遇到的过程控制，它具有举足轻重的地位，在工业生产中，其温度的控制效果直接影响着产品的质量；在家居生活中，其温度控制效果直接影响的人们身体的舒适度及其安全。所以设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行。本设计从实际应用出发选
9、取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20 作为温度采集器，单片机 AT89C51 作为主控芯片，LCD 显示屏作为显示输出，三个按键来实现恒定温度的设置，蜂鸣器实现报警作用，实现了对温度的实时测量与恒定控制的作用。21 硬件电路的设计1.1 总体设计1.1.1 系统实现的功能设计基于 AT89C52 单片机的厨房控制系统，用于控制温度，实现的功能如下：温度实现在 0-99 度连续可调， 温度误差小于等于1，通过按键设置需要到达的温度值，LCD 显示屏上面显示预定的温度以及当前测试到的温度和当时准确的时间。当温度超过预设温度时，报警器开始报警,并伴随的 LED 灯的闪亮。1.1.
10、2 系统实现方案的选择选择合适的温度传感器芯片。显然，本文中的核心器件是单片机和温度传感器，单片机采用常用的 AT89C52 单片机即可，而温度传感器的选择则需慎重，若采用热敏电阻，可满足 4090的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差，其测量温度范围相对较小，稳定性较差，不能满足本系统温度控制的范围要求，所以我决定采用数字温度传感器 DS18B20，DS18B20 提供九位温度读数，测量范围-55125，采用独特 1-WIRE 总线协议，只需一根口线即实现与 MCU 的双向通讯，具有连接简单，高精度，高可靠性等特点。并且,DS18B20 支持一主多从,若想实现多点测温,可方便扩展
11、。1.1.3 系统整体结构的布局以 AT89C52 为核心，输入电路由温度采集电路及按键电路构成，输出电路是由控制电路，显示电路以及声光报警电路构成，结构图如下图 1-1 所示图 1-1 系统结构布局图AT89C52温度采集器按键电路控制电路显示电路声光报警电路31.2 单片机所谓单片机(m1crocontroller)是指在一个集成芯片中，集成微处理器(CPU)、存储器、基本的 I/O 接口以及定时/计数、通信部件，即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能。1970 年微型计算机研制成功之后，随着就出现了单片机（即单片微型计算机） 。美国 Intel 公司 1971 年生产的 4 位单片机
12、 4004 和 1972 年生产的雏形 8 位单片机 8008，特别是 1976 年 MCS-48 单片机问世以来，在短短的二十几年间，经历了四次更新换代，其发展速度大约每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其发展速度之快、应用范围之广，已达到了惊人的地步，它已渗透到生产和生活的各个领域。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具典型性的当数 Intel 公司的 MCS-51 系列单片机。MCS-51 是在 MCS-48 的基础上于 80 年代初发展起来的，虽然它仍然是 8 位的单片机，但其功能有很大的增强。由于PHILIPS、ATMEL、WELBORD、LG 等近百家 IC 制造商都主
13、产 51 系列兼容产品，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS-51 应用非常广泛，成为继MCS-48 之后最重要的单片机品种。直到现在 MCS-51 仍不失为单片机中的主流机型。国内尤以 Intel 的 MCS-51 系列单片机应用最广。由于 8 位单片机的高性能价格比，估计近十年内，8 位单片机仍将是单片机中的主流机型。单片机也被称为微控制器(Microcontroller)，由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机是 70 年代中
14、期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是 CPU、RAM、ROM、I/O 接口和中断系统集成于同一硅片的器件。单片机用于控制有利于实现系统控制的最小化和单片化，简化一些专用接口电路，如编程计数器、锁相环（PLL） 、模拟开关、A/D 和 D/A 变换器、电压比较器等组成的专用控制处理功能的单板式微系统。1.2.1 单片机的应用范围（1） 在智能仪器表上的应用:单片机具有功耗低，控制能力强，扩展灵活，使用方便等优点，广泛应用于仪器表中，结合不同的传感器，可实现诸多功能的实现。（2） 在工业控制中的应用:用单片机可以构成形式多样的控制系统，数据采4集系统等等。（3） 在家用电器中的应用:在这个领域中
15、最大的特点就是量大面广并且价格廉价，如电饭锅，电子游戏机等等。（4） 在计算机网络和通信领域中的应用:如我们日常用的手机，电话机，自动通信呼叫系统等等，都是通过单片机智能控制的。（5） 在医用设备领域的应用:例如医用的呼吸机，各种分析仪，监护仪等等里面都是含有单片机，通过单片机实现控制。（6） 在各种大型电器中模块化应用:某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用。（7） 在汽车设备领域中的应用:单片机在汽车领域中应用的非常广泛，如汽车的发动机控制器，GPS 导航系统等等。1.2.2 单片机的分类（1） 通用型/专用型 这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51 是
16、通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成 ADC 接口等功能的温度测量控制电路。 （2） 总线型/非总线型 这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、 数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。 （3） 控制型/家电型 这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，
17、运算 能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。 显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如，80C51 类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。51.2.3 单片机的端口介绍（1） 单片机的 P0 口单片机中的 P0 口既可以作为通用的 I/O 口进行数据的输入和输出，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用，并且 P0 口得电路中有一个多路转换电路 MUX。在控制信号的作用下，多路接电路可以分别接通锁存器输出或地址/数据线。我出于对此的考虑，所以在 P0 口在做输入输出接口时，加上了拉电阻，其阻止我查资料，可以选择 4.7 千欧到 10 千欧。
18、又因为 P0 口能驱动 8 个 LSTTL 负载及 P0 每位口灌入的最大电流是 10mA，8 位总共不能超过 26mA。所以在本次设计中，我将 P0与 8 个 10K 的电阻丝相连，防止突然大电流将单片机与 LCD 显示屏的被烧坏。如下图 1-2 所示：图 1-2 单片机 P0 口接口电路（2） 单片机的 P2 口P2 口电路中比 P1 口多了一个多路转换开关 MUX，这正好与 P0 口一样。P2 口可以作为通用 I/O 口使用，在本次设计中，我将 P2.0,P2.1 与报警电路中的 LED 灯相连接，控制 LED 灯的亮灭，当输入低电平时，LED 灯亮，反之 LED 灯灭。将P2.4，P2.5，P2.6 口分别控制显示屏的寄存器，读写信号线和使能端，接口电路如图 1-3 所示：
