1、电子系统综合设计- 1 -电子系统综合设计题 目 基于 DS18B20 的智能温度检测系统 学 号 姓 名 所 属 系 机械工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 10 级电信本一班 指导教师 摘要DS18B20 是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可电子系统综合设计- 2 -使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了 DS18B20 数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。在此次设计中，我们采用 LED 显示温度，实现并焊接制作一个具有多种 I/O 接口的综合性功能电路，温度的测量
2、值要精确到小数点的后 1 位，并采用单片机编程的方式使其使用方便、精度高。另外还通过 protues 软件对设计的数字钟进行了有效的仿真，使得设计的电子产品更具有实用性，该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。关键字：温度测量；LED；数字温度传感器；单片机AbstractAs a kind of high-accuracy digital net temperature sensor，DS18 B20 can be used building a sensor net easily. It can also make the net simple and reliable
3、with its special 1-wire interface .This paper introduces the application of DS18B20 with single chip processor.电子系统综合设计- 3 -The system is constituted by two parts the temperature measured part and displayed part. The temperature measured part has a RS232 interface. It used AT89C51 of ATMEL company a
4、nd DS18B20 of DALLAS company .The displayed part uses PC .This system is applied in such domains as warehouse detecting temperature；air-conditioner controlling system in building and supervisory productive process etc.Key words：temperature measure；LED；digital thermometer；single chip processor目录摘要2Ab
5、stract31 绪电子系统综合设计- 4 -论52 整体方案设计52.1 STC89C51 单片机基础52.2 DS18B20 的基本性质63 智能温度检测系统的硬件设计83.1 LED 电路83.2 STC89C51 单片机电路93.3 DS18B20 电路124 智能温度检测系统的软件设计154.1 系统软件设计流程图154.2 智能温度检测系统的源程序代电子系统综合设计- 5 -码174.3 只能温度检测系统的原理图245 系统硬件仿真245.1 硬件仿真的介绍245.2 仿真结果现象描述256 总结 26参考文献271 绪论电子系统综合设计- 6 -在工、农业生产和日常生活中，对温度
6、的测量及控制占据着极其重要地位。消防电气的非破坏性温度检测，电力电讯设备 之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。 温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠
7、性下降 。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。温度传感器应用范围广泛、使用数量少，方便测量。DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。2 整体方案设计2.1 STC89C51
8、单片机基础 (1)增强型 1T 流水线/精简指令集结构 8051 CPU (2)工作电压： 3.4V-5.5V （5V 单片机）/ 2.0V-3.8V （ 3V 单片机(3)工作频率范围： 0 -35 MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz. 实际工作频率可达48MHz.(4)用户应用程序 空间 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K 字节(5)片上集成 512 字节 RAM(6)通用 I/O 口（27/23 个） ，复位后为：准双向口/ 弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口）可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/高阻，开漏电子系统综
9、合设计- 7 -每个 I/O 口驱动能力 均可达到 20mA，但整个芯片最大不得超过 55mA(7)ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用 编程器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载 用户程序，数秒即可完成一片(8)EEPROM 功能(9)看门狗(10)内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路）(11)时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部 R/C 振荡器。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟。常温下内部 R/C 振荡器频率为：5.2MHz 6.8MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，因为
10、有温漂，请选4MHz 8MHz(12)有 2 个 16 位定时器/ 计数器(13)外部中断 2 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒(14)PWM( 4 路）/ P C A（可编程计数器阵列） ，也可用来再实现 4 个定时器或 4 个外部中断( 上升沿中断 / 下降沿中断均可支持)(15)STC89Cc516AD 具有 ADC 功能。10 位精度 ADC，共 8 路(16)通用异步串行口 (UART)(17)SPI 同步通信口，主模式/ 从模式(18)工作温度范围 ：0 -75/ -40 -+85(19)封装：PDIP-28，SOP-28
11、，PDIP-20 ，SOP-20 ，PLCC-32,TSSOP-20(超小封状，定货)2.2 DS18B20 的基本性质1、 DS18B20 性能特点 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它 I/O 口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9 位二进制数，含符号位）测温范围为-55-+125，测量分辨率为 0.0625内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM，适配各种单片机或系统机，用户可分别设定各路温度的上、下限，内含寄生电源。电子系统综合设计- 8 -2、 DS18B20 内部结构 DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM,温度传感
12、器,非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL,高速暂存器。DS18B20 的管脚排列如图 1 所示。 64 位光刻ROM 是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。图 1 DS18B20 引脚分布图 8 位产品系列号 48 位产品序号 8 位 CRC 编码 DS18B20 高速暂存器共 9 个存存单元 0 温度低字节 以 16 位补码形式存放 4、5 保留字节 1、2 1 温度高字节 6 计数器余值 2 TH/用户字节 1 存放温度上限 7 计数器/ 3 HL/用户字节 2 存放温度下限 8 CRC 以 12 位转化为例说明温度高低字节存放形式及
13、计算：12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个高低两个 8 位的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位。如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 才能得到实际温度。 高 8 位 S S S S S 26 25 24 低 8 位 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 3、DS18B20 控制方法 在硬件上，DS18B20 与单片机的连接有两种方法，一种是 Vcc 接外部电源，GND 接地，I/O 与单片机的 I/O
14、 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时 UDD、GND接地，I/O 接单片机 I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O 口线要接 5K 左右的上拉电阻。 DS18B20 有六条控制命令，44H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、TL 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、TL 字节写到 E2RAM 中重新调 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、TL 字节写到暂存器电子系统综合设计- 9 -读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号 CPU 5、CPU 对
15、DS18B20 的访问流程先对 DS18B20 初始化，再进行 ROM 操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制 DS18B20完成温度转换这一过程，根据 DS18B20 的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 6、系统组成由 DS18B20 构成的智能温度测量装置由三部分组成：DS18B20 温度传感器、89C2051、显示模块。产品的主要技术指标：测量范围：-55-+125，测量精度
16、：0.5，反应时间500ms 。3 智能温度检测系统的硬件设计3.1 LED 电路在电子技术中，由 LED 数码管显示 09 的数是常用的显示技术。数码管显示时，可用 LCD(液晶)，也可用 LED 数码管显示 09 的数。这里利用 PIC16F84A 单片机控制的数码管 LED 显示电路，如下图所示。下图是 4 位 LED 数码管显示电路，也可以扩展成更多的位或减少到一位数的显示。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都
17、由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动5 个数码管静态显示则需要 5840 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 89S51 单片机可用的 I/O 端口才 32 个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的
18、I/O电子系统综合设计- 10 -线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的
19、 I/O 端口，而且功耗更低。3.2 STC89C51 单片机电路一、ISP 与 IAP 编程方式STC89C 系列单片机芯片内置了 ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)功能，无需专用编程器即可通过串口(P3.0/P3.1)用 STC 提供的 STC-ISP.exe 软件进行烧录。新出厂的 STC89C51 系列单片机芯片，已经设置为单片机彻底放电后再复位，即会先进行 ISP 监控。当单片机检测到 P3.0/RxD 引脚有合法的下载命令流时，就会先将用户程序下载并烧录到用户程序区，再运行用户程序，否则软复位到用户程序区，运行用户程序。在进行 ISP 烧录时，可以选择下次冷启动时是依旧先进行 ISP 监控，还是需要 P1.0 和 P1.1 引脚同时为 0 才进行 ISP 监控，否则跳过 ISP 监控直接运行用户程
