基于DS18B20的水温控制系统 课程设计.docx
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基于DS18B20的水温控制系统课程设计
成绩：
分
电气信息学院
课程大作业说明书
课程设计名称：
实用型工程软件的应用
题目：
基于DS18B20
的水温控制系统
学生姓名：
专业：
测控技术与仪器
班级：
2010级
学号：
教师：
日期：
2013年6月3日
一、设计任务及要求
1.设计题目
基于DS18B20的水温控制系统。
2.设计要求与目的
·利用单片机AT89C51控制DS18B20温度传感器对谁问的控制；
·通过水温控制系统的设计要掌握好对Proteus仿真设计的熟练运用；
·通过水温控制系统的设计要熟练掌握单片机的各个功能，并且能对单片机有一
总体的的把握，再设计的过程中能够凭借对单片机各功能的了解，达到理想的设计效果；
·本例使用了温度传感器DS18B20和74HC245，通过对单片机的学习能够对它们触类旁通。
3.设计任务
·设计系统硬件
·设计系统软件
·编写设计说明书
二、设计背景简介
在生活中，无论是冬天还是夏天我们都离不开热水。
把水烧开很容易，但是要把水温控制在一定的温度而且进行自动控制就不是那么随便。
所以为了更高效和方便人们的需求。
本设计就专门利用单片机和DS18B20温度传感器来实现了一个水温自动控制系统，希望通过本设计能够对未来的趋势有所把握，从而适应社会需要。
三、电路设计
本设计以AT89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。
温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机，再由单片机将信号通过数码管显示出来。
当水温低于预设温度值时系统开始加热（点亮红色发光二极管表示加热状态），当温度达到预设温度值时自动停止加热。
预设温度值和实测温度值分别由两个三位数码管显示，范围为0~99℃。
1.74HC245芯片相关知识
（1）原理说明
总线收发器（bustransceiver），典型的CMOS型三态缓冲门电路。
由于单片机或CPU的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。
另外，也可以使用74HC244等其他缓冲门电路。
74HC244是单向，74HC245是双向。
（2）引脚定义
74HC245的引脚功能如图3-1所示。
图3-174HC245的引脚图
第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。
第2~9脚“A”信号输入输出端，A0=B0，A7=B7，A0与B0是一组，如果DIR=“1”OE=“0”则A1输入B1输出，其它类同。
如果DIR=“0”OE=“0”则B1输入A1输出，其它类同。
第11~18脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。
第19脚OE，使能端，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。
第10脚GND，电源地。
第20脚VCC，电源正极。
表3-1TRUTHTABLE真值表
ControlInputs控制输入
Operation运行
G
DIR
L
L
B数据到A总线
L
H
A数据到B总线
H
X
隔开
H=高电平L=低电平×=不定
2.DS18B20芯片相关知识
（1）DS18B20简介
DS18B20是由美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器芯片。
与传统的热敏电阻有所不同，DS18B20可直接将被测温度转化为串行数字信号，以供单片机处理，它还具有微型化、低功率、高性能、抗干扰能力强等优点。
通过编程，DS18B20可以实现9~12位的温度读数。
信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从微处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线。
读、写和执行温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。
（2）DS18B20的引脚功能
DS18B20的引脚（图3-2），其功能如表3-2所示。
图3-2DS18B20的引脚
表3-2DS18B20的引脚说明
（3）DS18B20的主要特点
·采用单线技术，与单片机通信只需一个引脚；
·通过识别芯片各自唯一的产品序列号从而实现单线多挂接，简化了分布式温度检测的
应用；
·实际应用中不需要外部任何器件即可实现测温；
·可通过数据线供电，电压的范围在3～5.5V；
·不需要备份电源；
·测量范围为-55～+125℃，在-10～+85℃范围内误差为0.5℃；
·数字温度计的分辨率用户可以在9位到12位之间选择，可配置实现9～12位的温度读数；
·将12位的温度值转换为数字量所需时间不超过750ms；
·用户定义的，非易失性的温度告警设置，用用户可以自行设定告警的上下限温度。
（4）DS18B20的ROM及控制指令
DS18B20的64位ROM的结构如表3-3所示。
开始8位是DS18B20的产品类型编号10H，接着是每一个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，也是多个DS18B20可以用一根线进行通信的原因。
表3-3DS18B20的64位ROM结构表
主机操作ROM的命令有五种如表3-4所示。
表3-4DS18B20控制指令
DS18B20的高速暂存器由便笺式RAM和非易失性电擦写EERAM组成，后者用于存储TH、TL值。
数据先写入便笺式RAM，经校验后再传给EERAM。
便笺式RAM占9个字节，包括温度信息（0、1字节）、TH和TL值（2、3字节）、配置寄存器数据（4字节）、CRC（8字节）等，5、6、7字节不用。
暂存器的4字节是配置寄存器，可以通过相应的写命令进行配置，其内容如表3-5所示。
表3-5暂存器的配置方式
MSBLSB
其中，R0与R1是温度值分辨率位，配置方式如表3-6所示。
表3-6DS18B20温度值分辨率位配置方式
DS18B20的核心功能部件是它的数字温度传感器，如上所述，它的分辨率可配置为9位、10位、11位或者12位，出厂默认设置是12位分辨率，它们对应的温度分辨率分别是0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃。
温度信息的低位、高位字节内容中还包括了符号位S（是正温度还是负温度）和二进制小数部分，具体形式如表3-7所示。
表3-7温度信息的低位、高位字节内容形式
这是12位分辨率的情况，如果配置为低的分辨率，则其中无意义位为0；实测温度和数字输出的对应关系如表3-8所示。
表3-8DS18B20实测温度和数字输出的对应关系
DS18B20的存储控制命令如表3-9所示。
表3-9DS18B20存储控制命令
四、系统硬件设计
1.DS18B20温度测量电路
根据DS18B20的引脚功能说明，我们可以很快地把VCC接一个5V的电源，而GND接地。
由于DS18B20采用了单总线技术，我们只要把DQ与单片机的一个I/O口相连接就可以了，如图3-3所示。
图3-3DS18B20温度测量电路
2.显示电路
结果显示是由两个三位数码管来显示0~99℃范围的温度值，一个是实测水温值；一个是预设水温值，它们都由74HC245来驱动利用单片机的串口发送或者模拟串口发送把数据发送给74HC164来驱动数码管显示数据。
五、系统软件设计
TMPLEQU29H
TMPHEQU28H
FLAG1EQU38H
DATAINBITP3.7
ORG00H
LJMPMAIN1
ORG03H
LJMPZINT0
ORG13H
LJMPZINT1
ORG30H
MAIN1:
SETBIT0
SETBEA
SETBEX0
SETBIT1
SETBEX1
SETBP3.6
SETBP3.2
MOV74H,#0
MOV75H,#0
MOV76H,#9
MOV77H,#0
MAIN:
LCALLGET_TEMPER
LCALLCVTTMP
LCALLDISP1
AJMPMAIN
INIT_1820:
SETBDATAIN
NOP
CLRDATAIN
MOVR1,#3
TSR1:
MOVR0,#107
DJNZR0,$
DJNZR1,TSR1
SETBDATAIN
NOP
NOP
NOP
MOVR0,#25H
TSR2:
JNBDATAIN,TSR3
DJNZR0,TSR2
CLRFLAG1
SJMPTSR7
TSR3:
SETBFLAG1
CLRP1.7
MOVR0,#117
TSR6:
DJNZR0,$
TSR7:
SETBDATAIN
RET
GET_TEMPER:
SETBDATAIN
LCALLINIT_1820
JBFLAG1,TSS2
NOP
RET
TSS2:
MOVA,#0CCH
LCALLWRITE_1820
MOVA,#44H
LCALLWRITE_1820
ACALLDISP1
LCALLINIT_1820
MOVA,#0CCH
LCALLWRITE_1820
MOVA,#0BEH
LCALLWRITE_1820
LCALLREAD_1820
RET
WRITE_1820:
MOVR2,#8
CLRC
WR1:
CLRDATAIN
MOVR3,#6
DJNZR3,$
RRCA
MOVDATAIN,C
MOVR3,#23
DJNZR3,$
SETBDATAIN
NOP
DJNZR2,WR1
SETBDATAIN
RET
READ_1820:
MOVR4,#2
MOVR1,#29H
RE00:
MOVR2,#8
RE01:
CLRC
SETBDATAIN
NOP
NOP
CLRDATAIN
NOP
NOP
NOP
SETBDATAIN
MOVR3,#9
RE10:
DJNZR3,RE10
MOVC,DATAIN
MOVR3,#23
RE20:
DJNZR3,RE20
RRCA
DJNZR2,RE01
MOV@R1,A
DECR1
DJNZR4,RE00
RET
CVTTMP:
MOVA,TMPH
ANLA,#80H
JZTMPC1
CLRC
MOVA,TMPL
CPLA
ADDA,#1
MOVTMPL,A
MOVA,TMPH
CPLA
ADDCA,#0
MOVTMPH,A
MOV73H,#0BH
SJMPTMPC11
TMPC1:
MOV73H,#0AH
TMPC11:
MOVA,TMPL
ANLA,#0FH
MOVDPTR,#TMPTAB
MOVCA,@A+DPTR
MOV70H,A
MOVA,TMPL
ANLA,#0F0H
SWAPA
MOVTMPL,A
MOVA,TMPH
ANLA,#0FH
SWAPA
ORLA,TMPL
H2BCD:
MOVB,#100
DIVAB
JZB2BCD1
MOV73H,A
B2BCD1:
MOVA,#10
XCHA,B
DIVAB
MOV72H,A
MOV71H,B
TMPC12:
NOP
DISBCD:
MOVA,73H
ANLA,#0FH
CJNEA,#1,DISBCD0
SJMPDISBCD1
DISBCD0:
MOVA,72H
ANLA,#0FH
JNZDISBCD1
MOVA,73H
MOV72H,A
MOV73H,#0AH
DISBCD1:
RET
TMPTAB:
DB0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9
DISP1:
MOVR1,#70H
MOVR0,#74H
MOVR5,#0FEH
PLAY:
MOVP1,#0FFH
MOVA,R5
MOVP2,A
MOVA,@R1
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
MOVA,@R0
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
MOVA,R5
JBACC.1,LOOP1
CLRP1.7
CLRP0.7
LOOP1:
LCALLDL1MS
INCR1
INCR0
MOVA,R5
JNBACC.3,ENDOUT
RLA
MOVR5,A
MOVA,73H
CJNEA,#1,DD2
SJMPLEDH
DD2:
MOVA,72H
CJNEA,#0AH,DD3
MOV72H,#0
DD3:
MOVA,76H
CJNEA,72H,DDH
SJMPDDL
DDH:
JNCPLAY1
SJMPLEDH
DDL:
MOVA,75H
CJNEA,71H,DDL1
SJMPLEDH
DDL1:
JNCPLAY1
LEDH:
CLRP3.6
SJMPPLAY
PLAY1:
SETBP3.6
SJMPPLAY
ENDOUT:
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
RET
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H
DB92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH
DL1MS:
MOVR6,#50
DL1:
MOVR7,#100
DJNZR7,$
DJNZR6,DL1
RET
ZINT0:
PUSHACC
INC75H
MOVA,75H
CJNEA,#10,ZINT01
MOV75H,#0
ZINT01:
POPACC
RETI
ZINT1:
PUSHACC
INC76H
MOVA,76H
CJNEA,#10,ZINT11
MOV76H,#0
ZINT11:
POPACC
RETI
ZZZ1:
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
RETI
END
六、系统仿真
参照5.3.3节建立程序文件，加载目标代码文件，进入调试环境，执行程序，在ProteusISIS界面中，分别调节十位设置按键和个位设置按键来预设水温，当DS18B20的温度低于预设温度值时，红色发光二极管点亮表示进入热状态（如图6-1所示）；调节DS18B20元件上的按钮可人工模拟实际水温的升高和下降。
可以看到，当实测温度达到预设温度后，红色发光二极管便自动熄灭，表示停止加热。
如图6-2所示。
图6-1加热状态时的仿真图
图6-2加热到预期温度时的仿真图
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