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1、. . .基于单片机的DS18B20温度传感器测温系统设计毕业设计目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景11.2 本课题研究意义21.3 本课题的任务21.4 系统整体目标3第二章 方案论证比较与选择32.1 引言32.2 方案设计32.3 方案的比较与选择4第三章 硬件设计43.1 STC89C52单片机简介43.2 DS18B20介绍83.3 系统电路设计163.4 显示电路设计173.5 按键电路设计173.6 三点测温电路18第四章 软件设计184.1软件开发工具的选择184.2 系统软件设计的一般原则194.3 系统软件设计的一般步骤204.4 三路测温软件实现
2、20第五章 误差分析255.1 误差产生255.2 降低误差方法255.3 挂接DS18B20个数论证26第六章 调试与小结26致谢28参考文献29附录30.参考资料.参考资料.参考资料.第一章 绪论1.1 课题背景在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。 温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。传感器主要大体经过了三个发展阶段：模拟集成温度传感器。该传感器是
3、采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等；模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不
4、受微处理器的控制，这是二者的主要区别；智能温度传感器。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。智能温度传感器部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的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)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。温度传感器的发展趋势。进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、
5、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。 传感器在温度测控系统中的应用。目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量围大，而得到了普遍的应用。此种产品测温围大都在-800之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.0010.01之间。自带LED显示模块，显示4位到16位不等。有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但
6、价格昂贵。针对目前市场的现状，本课题提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。1.2 本课题研究意义随着科学技术的不断进步与发展，温度控制在工业控制、电子测温计、医疗仪器、家用电器等各种温度控制系统中广泛应用，且由过去的单点测量向多测量发展。目前温度传感器有模拟和数字两类传感器，为了克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和AD转换器的弊端，大多数多点测温控制系统采用数字传感器，并大大方便了系统的设计。比较有代表性的数字温度传感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635、SMT160-30等。在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟技术进行设计
7、，这样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题；而其中某一环节处理不当，就可能造成整个系统性能的下降。随着现代科学技术的飞速发展，特别是大规模集成电路设计技术的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/0端口即可完成与微处理器的通信；在-10+85 温度围具有05 精度；用户可编程设定912位的分辨率。以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。1.3 本课题的任务本课题主要是实现对温度进行多点同时测量并准确显
8、示。整个系统由单片机控制，要能够接收DS18B20温度传感器的数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令，选择对应的传感器，并由LCD1602进行温度实时显示。设计一种合理、可行的单片机监控软件，完成多点测量和显示的任务，并编写硬件底层驱动程序。1.4 系统整体目标利用STC89C52单片机设计一个能够对不同环境多点温度同时进行测量的系统。该系统能够同时对多个点的温度进行测量采集，通过LCD1602进行实时显示。第二章 方案论证比较与选择2.1 引言温度测量的方案有很多种，可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。对于控制系统可以采用计算机、单片机等。2.2 方案
9、设计2.2.1 方案一方案一DS18B20一对一连接方案，就是一个I/O口连接一个DS18B20，这种方案虽然占用单片机的三个I/O口，但采用这种方案大大的简化了编程难度，缩短了设计周期，同时也能保证系统的稳定，方案一的框图如图2.1所示。STC89C52单片机DS18B20 DS18B20键盘选择DS18B20LCD1602图2-1 DS18B20多I/O口连接方案2.2.2 设计方案二 方案二 DS18B20单线连接方案，就是三个DS18B20连接到单片机的一个I/0口上，这种方案只用到单片机的一个I/O口，大大的节约了单片机I/O口资源。缺点是在时序上比较复杂，DS18B20的编程增加了
10、读ROM程序，搜索ROM和匹配ROM程序。方案二的框图如图2.2所示。STC89C52单片机DS18B20DS18B20LCD1602液晶显示键盘选择DS18B20 图2.2 DS18B20单线连接方案2.3 方案的比较与选择方案一是把DS18B20的三个DQ端分别接到单片机的三个不同的I/O口，这种接法虽然占用的I/O口比较多，但是它的时序比较简单，不需要读取ROM序列号程序，搜索ROM序列号程序，匹配ROM序列号程序，软件上简化了很多。方案二是四DS18B20D的四个DQ端接到单片机的一个I/O口。这种接法在硬件上节省了三个I/O口，在硬件上简化了不少。但是在软件上时序就增加了难度，需要添
11、加读ROM序列号程序，搜索ROM序列号程序，匹配ROM序列号程序。 本设计由于功能比较简单I/O口资源丰富，同时时间比较紧，所以通过两个方案的比较，决定选用方案一。第三章 硬件设计3.1 STC89C52单片机简介STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。1.时钟电路STC89C52部有一个用于构成振荡器的高增益反相
12、放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由部方式产生或外部方式产生。部方式的时钟电路如图3.1(a) 所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图3.1（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。（a）部方式时钟电路
13、（b）外部方式时钟电路图3.1 时钟电路2.复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表一所示。表一 寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00H（2）复位信号及其产生RST引脚
14、是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图3.2所示：图3.2复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图3.4（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以
15、实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图3.4（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图3.3（c）所示：（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位图3.3复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图3.3（c）按键脉冲复位方式。STC89C52具体介绍如下： 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片振荡电路的输出
