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1、摘要：本次设计介绍了基于单片机AT89C51控制DS18B20的智能温度显示，给出了该显示仪的硬件电路及详细说明，重点介绍了DS18B20与单片机的接口设计以及数字温度计的软件的主程序、DS18B20读写程序和显示程序，并给出了基于PROTEUS软件的电路仿真图。该仪表具有简单、稳定、实用、精度高等优点。关键字：单片机、DS18B20、温度、精度高、实用。1.前言32.设计总体方案42.1设计内容42.2设计要求53器件的选择53.1 单片机AT89C5153.2 温度传感器DS18B2063.3 1602LCD显示屏84.模块设计94.1晶振电路与复位电路94.2温度采集电路104.3显示电
2、路114.4 报警系统125.总结13附录1：电路图14附录2：源代码151.前言随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的。单片机在测控领域中具有十分广泛的应用，它既可以测量电信号，又可以测量温度湿度等非电信号。由单片机构成的温度检测、温度控制系统可广泛应用于很多领域。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域的应用中独占鳌头。今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、模糊控制化己成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。人民的生
3、活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域。温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对
4、传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。2.设计总体方案2.1设计内容根据系统的设计要求，当温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经AT89C51处理，将把温度在显示电路上显示。当开机后，显示屏和计时器进行初始化设置。同时，本系统能够设置报警温度，在到达报警时间后能够通过LED发光二极管以及发音器提示报警。利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度
5、检测并显示，能够实现快速测量环境温度。系统框图如下图：AT89C51温度控制报警电路温度传感器显示设备图1.1 系统框图选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路，省却了采样保持电路、运放、数模转换电路以及进行长距离传输时的串并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。当LCD液晶显示器接收到来自AT89C51单片机传送来的温度信息后，分别显示了当前的温度。2.2设计要求设计的主要功能和
6、指标如下：（1）提示开机，当按下开机键后，响起开机声。（2）利用温度传感器（DS18B20）测量某一点环境温度。（3）测量范围为-55110，精度为0.5。（4）用液晶进行实际温度值显示。（5）当达到报警温度后，能够自动发出报警声。3器件的选择 3.1 单片机AT89C51AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS5l系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术。具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS-51的CMOS产品。片内含8Kbytes的可贩毒擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件兼容标
7、准的MCS-51指令系统。片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征。其具有如下性质：（1）与MCS-51 产品指令系统完全兼容（2）4K字节可重擦写Flash闪烁存储器。（3）寿命：1000写/擦循环。（4）数据保留时间：10年。（5）全静态工作：0Hz-24Hz。（6）三级程序存储器锁定。（7）128*8位内部RAM。（8）32可编程I/O线。（9）两个16位定时器/计数器。（10）8个中断源。（11）可编程串行通道。（12）低功耗的闲置和掉电模式。（13）片内振荡器和时钟电路。AT89C51单片机提供以下标准功能：4k
8、字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.2 温度传感器DS18B20DS18B20是美国DALLAS公司继DS1820之后推出的增强型单总线数字式温度传感器，它在转换速度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较之前产品有了很大
9、的改进，给用户带来了更方便、更令人满意的效果。DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。温度测量范围为-55+125 摄氏度，可编程为9位12位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CP
10、U只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DQ为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。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线相连；另一种
11、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 的性能特点如下：独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 存储器与控制逻辑高速缓存温度传感器8位CRC发生器配置寄存器高温触发器低温触发器64位ROM和单线接口图3.1 DS18B20内部结构框图DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内
12、。其具有9条特点：（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。（2）温范围55125，在-10+85时精度为0.5。（3）零待机功耗。（4）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（5）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。（6）用户可定义报警设置。（7）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件。（8）结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。D
13、S18B20作为新型的一线器件，能够方便的和中心处理器进行连接，并具有很大的扩展空间。温度范围较广，使得整体的测温范围能大幅度的上升，零待机消耗更是起到了节能的作用。利用用户能自定义报警设置这一特点，能够在实现报警功能上得到很大的便利，同时极强的抗干扰性能使得温度的检测更加准确，作为温度计最基本的要求，准确必须满足。这些好处使得DS18B20最终被选择。3.3 1602LCD显示屏由于设计中要求显示测试温度，因此显示屏首先要能够一次性容纳这些字符。工作电压不能太高，与单片机的连接方式需要简单，显示准确。本设计中采用的是1602型LCD液晶屏能够很好的满足这些要求。此液晶属于工业字符型液晶，能够
14、同时显示16x02即32个字符。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。1602拥有很多出色的优点：(1) 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。(2) 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。(3) 功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比
15、其他器件要小很多。4.模块设计4.1晶振电路与复位电路晶振电路和复位电路与单片机连接构成最小系统电路，如何选取合适的引脚，选取何种连接方式都至关重要。因此需要了解AT89C51的引脚特点。图4.1 AT89C51单片机引脚图在晶振电路中，主要用到了XTAL1和XTAL2两个引脚。（1）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。（2）XTAL2：来自反向振荡器的输出。在晶振电路中，AT89C51具有两种晶振方式，一种是片内时钟振荡方式，但需要在引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10-30pf。另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接外部时钟，XTAL2脚悬空。本设计的晶振电路如图4.2所示。图4.2 晶振电路单片机的晶振频率采用11.0592MHZ，外加两个30pF电容。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入
