05数字温度传感器.docx

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05数字温度传感器

传感器课程设计报告

温度传感器

专业班级

应用电子技术

指导老师

冯伟

姓名

钟平平麦永胜

时间

十五周至十八周

2007年7月5

1.设计要求

⏹基本范围0~99℃,精度误差小于1℃

⏹LED数码直读显示

2.扩展功能

⏹有自动控制

⏹温度报警指示灯

温度控制器

摘要：

随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，一种数字式温度计以数字温度传感器作感温元件，它以单总线的连接方式，使电路大大的简化；传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂。

因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器进行控制。

这样易于智能化控制。

2.1.总体设计方案

2.1.0数字温度计设计方案论证

2.1.1方案一

由于本设计是测温电路，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。

2.1.2方案二

进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

方案二的总体设计框图

温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以P1和P2控制LED实现温度显示。

2.1.3主控制器

单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口就足够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可用二节电池供电。

2.1.4显示电路

显示电路采用4位共阳LED数码管，从P口输出显示数据，用P2口来控制位选。

2.1.5温度传感器

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。

DS18B20的性能特点如下：

●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；

●无须外部器件；

●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；

●零待机功耗；

●温度以９或１２位数字；

●用户可定义报警设置；

●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；

●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；

DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。

64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。

温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。

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EERAM。

高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图3所示。

头２个字节包含测得的温度信息，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。

该字节各位的定义如图3所示。

低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，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，来设置分率。

由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，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2是一部分温度值对应的二进制温度数据。

DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TＬ字节内容作比较。

若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。

因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。

在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。

主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。

DS18B20的测温原理是这这样的,器件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振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。

器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲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℃所对应的一个基数分别置入减法计数器１、温度寄存器中，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计数到０时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。

其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。

2.3DS18B20温度传感器与单片机的接口电路

1.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脚接电源。

另一种是寄生电源供电方式，如图4所示单片机端口接单线总线，为保证在有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。

当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。

采用寄生电源供电方式时VDD端接地。

由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。

2.4系统整体硬件电路

2.4.1主板电路

系统整体硬件电路包括，电源电路，传感器电路，温度显示电路，上限报警调整按键电路，单片机主板电路等，如图5所示。

图5中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上限报警设置，图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值，有三个LED二极管它们分别是：

黄色的是传感器存在指示灯；红色的是设置状态指示灯；绿色的是报警指示灯。

图5中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。

2.4.2电源电路图

2.4.3上限报警调整按键电路

2.4.4显示电路

显示电路是使用的P1口和P2做LED数据显示，这种动态显示最大的优点就是显示内容丰富，但占用口资源比较多，

2.4.5单片机主板电路

电路所用元件

AT89S5

1

DS18B20

1

温度传感受器

七段数码管

4

共阳极

LM7805

1

稳压管

小按钮

4

100uF,10uF

各1

0.1uF瓷片电容

1

30PF

2

12M振

1

4.7K,10K

1和7

S8550

4

PNP

1K电阻

发光二极管

1

470欧

1

3系统软件算法分析

系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。

3.1主程序

主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。

这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图7所示。

3.2读出温度子程序

读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进温度数据的改写。

其程序流程图如图8示

3.3温度转换命令子程序

温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。

温度转换命令子程序流程图如上图，图9所示

3.4计算温度子程序

计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图10所示。

3.5显示数据刷新子程序

显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。

程序流程图如图11。

4总结与体会

很感谢老师提供一个机会，让我们实践单片机和温度伟传感器。

经过近三周时间辛勤努力查找资料和焊接电路。

功夫不负有心人，终于按计划完成了我的数字温度计的设计，单片机能实现温度测量和报警。

虽然设计得很简单，功能单调，焊接电路粗糙，但从心里来说，还是非常高兴，回想以前遇到的困难，心里更美滋滋的，毕竟这次设计通过自己勤劳所得的结晶。

高兴之余不得不深思总结。

在本次设计过程中，我发现自己有很多不足之处。

虽然以前也做过硬件电路设计，但没有软件设计，这次的设计真的让我难以忘记，而且长进很多知识。

单片机课程设计最重要就在于软件编程序的设计，需要有很清晰的思路。

以前写过一些简单的程序，但没有像这次这么复杂。

这次采用了很多指令，例如调表指令，比较指令，跳转指令等等。

以前用的都是清零，置1指令，用在流水线。

这次更进一步认识单片机和汇编程序。

从这次的课程设计中，我学习到很多知识，也知道自己的不足之处，在以后的学习中，仔细认真，注重细节，要理论联系实际，把我们所学到的知识运用到实际当中，并把实践中发现的问题弥补理论，学习单片机也是如此，这次最重要认识在于程序，程序只有在经常写和读中才能提高，并从中找到乐趣。

温度控制器程序

温度传感器用单总线DS18B20

CPU为AT89S52,一个按键复位

温度测量上限99度,下限为0度，超过设置温度为30度时，，二极管亮，自动控制

用P3.7作为数据线发送与接收

串口P1数据输出

P2位选，P2.5个位，P2.4十位

FLAG1BITF0;DS18B20存在标志位

DQBITP3.7

TEMPER_LEQU29H

TEMPER_HEQU28H

A_BITEQU35H

B_BITEQU36H

;************程序起始********************

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0100H

;**************主程序开始************

MAIN:

LCALLINIT_18B20

;LCALLRE_CONFIG

LCALLGET_TEMPER

AJMPCHANGE

;**********DS18B20复位程序*****************

INIT_18B20:

SETBDQ

NOP

CLRDQ

MOVR0,#0FBH

TSR1:

DJNZR0,TSR1;延时

SETBDQ

MOVR0,#25H

TSR2:

JNBDQ,TSR3

DJNZR0,TSR2

TSR3:

SETBFLAG1;置标志位，表明DS18B20存在

CLRP2.0;二极管指示

AJMPTSR5

TSR4:

CLRFLAG1

LJMPTSR7

TSR5:

MOVR0,#06BH

TSR6:

DJNZR0,TSR6

TSR7:

SETBDQ;表明不存在

RET

;********************设定DS18B20暂存器设定值**************

;RE_CONFIG:

;JBFLAG1,RE_CONFIG1

;RET

;RE_CONFIG1:

MOVA,#0CCH;放跳过ROM命令

;LCALLWRITE_18B20

;MOVA,#4EH

;LCALLWRITE_18B20;写暂存器命令

;MOVA,#00H;报警上限中写入00H

;LCALLWRITE_18B20

;MOVA,#00H;报警下限中写入00H

;LCALLWRITE_18B20

;MOVA,#1FH;选择九位温度分辨率

;LCALLWRITE_18B20

;RET

;*****************读转换后的温度值****************

GET_TEMPER:

SETBDQ

LCALLINIT_18B20

JBFLAG1,TSS2

RET;若不存在则返回

TSS2:

MOVA,#0CCH;跳过ROM

LCALLWRITE_18B20

MOVA,#44H;发出温度转换命令

LCALLWRITE_18B20

LCALLDISPLAY;延时

LCALLINIT_18B20

MOVA,#0CCH;跳过ROM

LCALLWRITE_18B20

MOVA,#0BEH;发出读温度换命令

LCALLWRITE_18B20

LCALLREAD2_18B20;读两个字节的温度

RET

;***************写DS18B20程序************

WRITE_18B20:

MOVR2,#8

CLRC

WR1:

CLRDQ

MOVR3,#6

DJNZR3,$

RRCA

MOVDQ,C

MOVR3,#23

DJNZR3,$

SETBDQ

NOP

DJNZR2,WR1

SETBDQ

RET

;***********读18B20程序，读出两个字节的温度*********

READ2_18B20:

MOVR4,#2;低位存在29H,高位存在28H

MOVR1,#29H

RE00:

MOVR2,#8

RE01:

CLRC

SETBC

NOP

NOP

CLRDQ

NOP

NOP

NOP

SETBDQ

MOVR3,#7

DJNZR3,$

MOVC,DQ

MOVR3,#23

DJNZR3,$

RRCA

DJNZR2,RE01

MOV@R1,A

DECR1

DJNZR4,RE00

RET

;************读出的温度进行数据转换**************

CHANGE:

MOVA,29H

MOVC,28H.0;将28H中的最低位移入C

RRCA

MOVC,28H.1

RRCA

MOVC,28H.2

RRCA

MOVC,28H.3

RRCA

MOV29H,A

MOV27H,A

CLRC

SETBP0.0

SUBBA,#1EH

JCTEM28

CLRP0.0

AJMPTEM28N

TEM28:

SETBP0.0

TEM28N:

MOVA,27H

setbp2.0

LCALLDISPLAY;调用数码管显示子程序

setbP2.0

LJMPMAIN

;*******************DISPLAY******

DISPLAY:

mova,29H;将29H中的十六进制数转换成10进制

movb,#10;10进制/10=10进制

divab

movb_bit,a;十位在a

mova_bit,b;个位在b

movdptr,#TAB;指定查表启始地址

movr0,#4

dpl1:

movr1,#250;显示1000次

dplop:

mova,a_bit;取个位数

MOVCA,@A+DPTR;查个位数的7段代码

movp1,a;送出个位的7段代码

clrp2.4;开个位显示

acalld1ms;显示1ms

setbp2.4

mova,b_bit;取十位数

MOVCA,@A+DPTR;查十位数的7段代码

movp1,a;送出十位的7段代码

clrp2.5;开十位显示

acalld1ms;显示1ms

setbp2.5

djnzr1,dplop;100次没完循环

djnzr0,dpl1;4个100次没完循环

ret

;***********************************

D1MS:

MOVR7,#80;1MS延时（按12MHZ算）

DJNZR7,$

RET

;*************************

TAB:

DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H