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1、-摘要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认的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向开展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比拟准确的场所，或科研实验室使用，该高精度数字式温度计采用了由DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，它具有独特的单线总线接口方式。本毕业论文详细的介绍了单线数字温度传感器DS18B20的
2、测量原理、特性以及在温度测量中的硬件和软件设计，该温度计具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。关键词：DS18B20 温度传感器 STC89C51 . z-目录第一章绪论31.1 课题背景及研究意义31.2 国外的现状31.3 设计的目的41.4 设计实现的目标41.5 数字温度计简介4. z-第一章 绪论1.1 课题背景及研究意义随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机开展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和
3、数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不一样；产品的工艺不同，控制温度的精度也不一样。本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在4001000。静态控制精度为2.43。本设计使用单片机作为核心进展控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。1.2 国外的现状温度控制系统在国各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国生产的温度控制器来讲，总体开展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的
4、温控产品主要以“点位控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的开展及参加WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进展了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的开展。单片机也被称为微控制器Microcontroller，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片仅有CPU的专用处理器开展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制
5、设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的开展便分道扬镳。1.3 设计的目的1. 稳固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。2. 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比拟、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、容及步骤。1.4 设计实现的目标本课题的研究重点是设计一种基于单片机的数字温度计控制系统。利用数字温度传感器DS18B20，此传感器可读取被测量温度值，进展转换。主要工作如下：1. 温
6、度测试根本围-55125。2. 精度误差等于1。3.0.56寸的三位共阳极数码管显示。4. 可以设定温度的上下限报警功能。5. 实现超温报警提示。1.5 数字温度计简介数字温度计采用进口芯片组装精度高、高稳定性，误差0.5%， 电源、微功耗、不锈钢外壳，防护巩固，美观精致。数字温度计采用进口高精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温型液晶显示器，置高能量电池连续工作5年无需敷设供电电缆，是一种精度高、稳定性好、适用性极强的新型现场温度显示仪。是传统现场指针双金属温度计的理想替代产品，广泛应用于各类工矿企业，大专院校，科研院所。数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器如铂电阻，热电偶，半导体，热敏
7、电阻等，将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的根本测温功能。数字温度计根据使用的传感器的不同，AD转换电路，及处理单元的不同，它的精度，稳定性，测温围等都有区别，这就要根据实际情况选择符合规格的数字温度计。二、总
8、体方案设计1、数字温度计设计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，进展A/D转换后，就可以用单片机进展数据的处理，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，感温电路比拟麻烦。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，进展转换，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，电路比拟简单，软件设计也比拟简单，故采用了方案二。2.2
9、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AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。2、硬件设计1.1 工作原理及硬件框图基于DS18B20的温度测量装置电路图如图1所示，包括单片机最小系统、温度传感器、和显示电路。温度传感器DS18B20将被测环境温度转化成带符号的数字信号以十六位补码形式，占两个字节，单片机对接收到的数字信号进展标度变换，转换成实际的温度值并送数码管显示。DS18B20传感器可置于离装置150米以的任何地方。 STC89C51是整个电路装置的控制核心，STC89C51带4K字节的FlashR
10、OM，用户程序存放在此。图2 系统硬件框图3、 系统分析：本设计主要的任务是单片机软件的设计，而软件中的核心在于单片机与集成温度传感器DS18B20接口程序的设计，另外一点便是对数码管扫描显示的理解与运用。由于DS18B20集成了温度数据采集、模数转换于一体，因此外围电路非常简单。在进展软件设计前，须对该芯片反复研究，掌握其核心容，其实程序在厂家提供的应用资料中也可以找到，关键是要对其工作过程的理解。对数码管扫描显示的程序设计，只要理解了其显示的工作原理，也不是可以掌握的。3.1、制作重点：*读取DS18B20的时序由于对DS18B20传感器数据的读取有一定的时序要求，因此在编写软件时要特别注
11、意，先反复读懂该器件的读、写时序，然后根据所选用的晶振计算出机器周期的时间，为了使计算简单，在设计时将晶振选用12M，因为51系列单片机一个机器周期正好是12个时钟周期，因此选用12M晶振时，一个机器周期正好是1微秒，这样计算时间比拟方便。*对读取数据的处理从DS18B20芯片的资料中可以看出，其数据存储器的分配为：存储数据与温度的对应关系见下表：从以上的分析可以看出，温度值存储于两个字节单元中，温度与存储器的对应关系为：整个温度值由16位二进制数表示，最高的5位为符号为，为零时代表正的温度值，为“1时，代表的是负温度值，真正表示温度的是后11位数据，最低的四位表示小数位，其中0单元的高四位和
12、1单元的低四位组合正好形成测得的温度整数值，这样我们在对读取的数据在进展处理时，只需将0单元的高四位和1单元的低四位通过重新组合，形成一个新的8位数据，这个数据便是测得的温度数值，但这是个16进制的数据，要输出10进制数进展显示，要进展相应的转换操作，至于将16进制数转换成10进制数据的汇编程序。*数码扫描输出的处理为了节省单片机端口，输出显示采用扫描的方式进展。利用人眼对光的停留效应，通过电子开关的控制，节合显示数据的配合，完成三位数码管的扫描显示。4、 温度测量电路目前市面上的数字温度传感器有很多，比方DS18B20、MA*6575、DS1722、MA*6635等。用DS18B20可使系统
13、构造更简单，可靠性更高。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO92小体积封装形式;温度测量围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入,也可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,CPU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。DS18B20的外形如图2所示，有三个引脚，引脚定义： DQ为数字信号输入/输出端， GND为电源地， VDD为外接供电电源输入端在寄生电源接线方式时接
14、地。 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。 DS18B20
15、与单片机的接口电路很简单，如下列图3所示。DS18B20的DQ即2号端于单片机P26口相接，另外两个管脚一个接5V电源，另外一个管脚接地。上拉电阻为5.1K的上拉电阻，分别接于单片机的EA/VP端与P2.7口。上拉电阻作用主要是假设温度传感器开路或没接时，能起到上拉作用，使之为高电平，使后读电路保护作用。4.3 单片机最小系统4.3.1 单片机选型在本次设计中，主要用单片机STC89C51来控制。STC89C51是与8051兼容的CHMOS微控制器。其FLASH存储器容量为2KB。与CHMOS工艺的89C51一样，支持软件选择的空闲和掉电两种节电运行方式。性能如下：8位CPU工作电压围2.76V全静态工作方式：0Hz24 Hz ；一个可编程串行口；有片精细模拟比拟器；2KB的FLASH存储；128B的数据存储器；15根输入/输出线；2个16位定时/计数器；5个中断源，2个优先级。STC89C51的FLASH存储器编程：STC89C51单片机提供了2KB的片FLASH程序存储器，它允许在系统改写或用非易失性存储器编程器编程。FLASH存储器加密
