DS18B20温度传感器设计要点.pdf
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1、智能化仪器及原理应用课程设计 设计题目: DS18B20 数字温度计的设计 专业班级: 10自动化 1 班 姓名: 组员: 指导老师: 日期:2012-11-26 1 目录 一、摘要 2 二、方案论证 2 三、电路设计 2 1、设备整机结构及硬件电路框图 2 2、单片机的选择 3 3、温度显示电路 3 4、温度传感器 4 5、软件设计 6 6、系统所运用的功能介绍: 8 四、系统的调试及性能分析: 8 附件:DS18B20温度计 C程序 9 2 一、摘要 本设计的主要内容是应用单片机和温度传感器设计一个数字温度表, DS18B20 是一种可组网的高精度数字温度传感器,由于其具有单总线的独特优
2、点,可以使用户轻松地组建起传感器网络,并可使多点温度测量电路变得简单、 可靠。本设计基于数字温度传感器DS18B20,以 AT89C51 片机为核心设计此测 试系统,具有结构简单、测温精度高、稳定可靠的优点。可实现温度的实时检测 和显示,本文给出了系统的硬件电路详细设计和软件设计方法,经过调试和实验 验证,实现了预期的全部功能。 二、方案论证 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
3、电路比较麻烦。 方案设计框图如下: 方案二: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。 三、电路设计 1、 设备整机结构及硬件电路框图 根据设计要求与设计思路,设计硬件电路框图如下图所示,4位数码管显 示器系统中 AT89C51成对DS18B20初始化、温度采集、温度转换、温度数码显示。 本装置详细组成部分如下: a.主控模块: AT89C51
4、 片机; b.传感器电路: DS18B20温度传感器; c.电路:四位数码管显示。 热 敏 电 阻 组成的感温 电路 数码管显示电路 AD 转换 3 按照系统设计功能的要求, 确定系统由 3 个模块组成: 主控制器、 测温电路和显 示电路。 数字温度计总体电路结构框图所示: 2、 单片机的选择 单片机 AT89C51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可用二节电池 供电。 AT89C51的管脚结构图: 3、 温度显示电路 四位共阳极数码管,能够显示小数和负温度。零下时,第一个数码管显示负 号。当温度超过 99.9
5、时,四个数码管全部亮。列扫描用P2.0P2.3 来实现,列 驱用 NOT 。电路仿真图如下: DS18B20 AT89C51 主 控 制 器 显示电路 扫描驱动 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 1
6、1 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U4 AT89C51 4 4、 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912 位的数字值读数方式。电路图
7、如 下: 5 系统总电路图如下: 6 5、 软件设计 主要包括主程序、 读出温度子程序、 温度转换命令子程序、 计算温度子程序和现 实数据刷新子程序等。 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 的测量温度值。温度测量每1S进行一次。主流程图如下: 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 出时须进行 CRC 校验,校验有错时不进行温度数据的改写。流程图如下: 7 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
8、。流程图如下: 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。 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,当最高数据显示位为0 时,将符号显示位移入下一位。 发 DS18B20 复位命令 发跳过 ROM 命令 发温度转换开始命令 结束 开始 温度零下 ? 温度值取补码置“ -”标志 计算小数位温度 BCD 值 计算整数位温度 BCD值 结束 置“+”标志 N Y 8 6、 系统所运用的功能介绍: DS18B20 与单片机之间采用串行通信的方式进行数据读写 四、系统的调试及性能分析: 硬件调试比较简单,
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