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1、天津理工大学 通信工程 课程设计电子技术课程设计题目：多路智能温度测控系统设计 学 院 计算机与通信工程学院 专 业 通信工程 2011年5月目 录摘要 3关键字 3前言 3一Proteus内容简介4二、设计目的4三、设计内容4四、DS18B20简介5五、单片机简介9六、基本设计原理9七、设计步骤10八、Proteus设计图11九、Proteus仿真调试11十、软件设计13结语总结 14参考文献 14附录115附录217摘 要：本文介绍了数字温度传感器DS18B20测温的基本原理以及基于DS18B20的多点温度测量系统的设计过程，包括软件设计和硬件设计两大部分。软件部分给出了软件设计思想及软件
2、流程图，硬件部分给出了单片机、测温电路、显示电路设计。单片机使用AT89C52单片机，温度传感器使用美国DALLAS公司最新推出的DS18B20数字式温度传感器,显示模块采用LCD显示。基于DS18B2O的多点测温系统在实际中应用广泛，测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少、转换速度快、给硬件电路设计工作带来极大的方便并且缩短了开发周期。关键词：DS18B20 多点温度测量 单片机 Proteus仿真前 言随着电子技术的快速发展，我们生活中的方方面面几乎都充斥着电子产品，我们也无时无刻不享受着电子技术带给我们的便利。作为电子专业的大学生，我们应当在享受电子生活带给我们的便捷的同时，应该
3、更多的理解与思考电子产品的设计过程，并能在已有的集成芯片和单片机等微控制器的基础上，自己动手亲身体验电子设计的过程，以便于将课本上的理论实践化，做到学以致用，更好的掌握单片机等元器件的应用，锻炼独立解决问题的能力。本课程设计题目是基于DS18B20的多路智能温度测控系统设计，主要介绍了DS18B20的工作过程和原理，以及基于它的系统设计。在这个设计里，根据要求设计了两个DS18B20与单片机之间的单端口通信，可以推广到多个DS18B20。通过学习了解掌握了Proteus 原理图设计及仿真方法，熟悉Keil开发环境。在设计过程中参考或引用了基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真，DS18
4、B20数据手册等参考资料以及网络上的相关资料。在此，向这些技术资料的作者表示感谢。由于设计者的学识水平有限，加之时间仓促，作品不够完善，不足之处在所难免，敬请老师指导和改正。一Proteus内容简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，
5、其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列处理器。它是能进行模拟电路、数字电路、模数混合电路、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI 调试器、键盘和LCD、LED 系统的设计与仿真的平台。Proteus 具备原理图设计、电路分析与仿真、PCB 设计功能,可以通过调入程序的编译结果. hex 或. cof 文件来调试单片机程序,还可直接嵌入到 Microchip 公司的单片机调试软件 MPLAB IDE中,进行程序的调试和仿真。二、设计目的1、掌握单片机基本编程技术及外围电路的搭
6、建2、熟练掌握DS18B20的基本操作并了解其工作原理3、熟练掌握Proteus原理图设计及仿真三、设计内容1、单片机最小系统设计2、DS18B20与单片机的单口通信设计3、Proteus原理图的绘制与仿真4、单片机程序编写四、DS18B20简介DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire,即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，可以节约硬件资源，而且使用较为方便。DS18B20产品的特点 （1）只要求一个端口即可实现通信。 （2）在 DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4）测量
7、温度范围在55C到125C之间。 （5）数字温度计的分辨率用户可以从 9位到 12 位选择。 （6）内部有温度上、下限告警设置。DS18B20的引脚介绍 TO-92封装的DS18B20的引脚排列见下图 DS18B20的使用方法由于 DS18B20 采用的是 1Wire 总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51 单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 DS18B20 芯片的访问。 由于 DS18B20是在一根 I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20 有严格的通信协议来保证各位数
8、据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。（此图为以下时序图的图例）DS18B20的复位时序DS18B20的读时序 对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 15us之内释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20进行一个读时序过程，至少需要60us才能完成
9、。（下图左边为读“0”时序，右边为读“1”时序）DS18B20的写时序 对于 DS18B20 的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在 15us 到 45us 之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。（下图左边为读“0”时序，右边为读“1”时序）单片机检测到DS18B20的存在，即可向其发送ROM操作命令 每一片DS18B20在其ROM中都存有其唯一的64位序列号，在出厂前已写入片内ROM中，主机在进入操作程序
10、前必须逐一接入18B20用读ROM（33H）命令将该18B20的序列号读出并登陆。当主机需要对众多在线18B20进行操作是，首先要发出匹配ROM命令（55H）之后的操作就是针对该18B20的。而所谓跳过ROM命令即为：之后的操作是对所有18B20的框图中先有跳过ROM，即是启动所有18B20进行温度变换之后，通过匹配ROM再逐一地读回每个18B20的温度数据。在18B20组成的测温系统中，主机在发出跳过ROM命令之后，再发出统一的温度转换启动码44H就可以实现所有18B20的统一转换，再经过1s后，就可以用很少的时间去逐一读取。64-bit ROM数据结构图：低8位为产品类型编码（DS18B2
11、0均为10h），中间48位为每个器件唯一的序号，高8位为CRC（循环冗余校验）码。DS18B20中有用于存储测得的温度值的两个8位RAM存储器，编号为0号到1号。1号存储器存放温度值的符号，如果温度为负，则1号存储器8位全为1，否则全为0。0号存储器用于存放温度值的补码，LSB（最低位）的“1”表示0.5摄氏度。将存储器中的二进制数求补再转化成十进制数并处以2就得到被测温度值（-55摄氏度125摄氏度）。温度/数据转换关系转换示例五、单片机简介单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定
12、时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。六、基本设计原理单片机在本设计中充当了重要的角色，是整个温度测控系统的核心，作为控制中心而存在，与本设计中的另一个重要部分DS18B20进行数据通信并控制LCD液晶屏显示输出，完成了整个多点温度的测控任务，DS18B20、AT89C52单片机、LCD液晶屏构成了整个多点温度测控系统。本设计共采用了2
13、片DS18B20芯片并接于P1.1口采用AT89C52作为控制中心与DS18B20完成单口通信，读取DS18B20采集的温度信息，并经过处理交由1602LCD显示。本设计出于只阐述说明原理考虑只使用了2片DS18B20芯片，并外接了一个开关用于这2片芯片温度数据之间的切换。系统框图如下所示。 系统框图AT89C52DS18B20DS18B20LCD1602七、设计步骤1、查阅 DS18B20芯片datasheet，熟悉其工作原理2、在Proteus环境下绘制系统原理图3、在Keil开发环境下编写程序4、将程序导入Proteus下仿真5、根据仿真结果改写程序6、撰写设计报告八、Proteus设计
14、图说明：左下角为两个DS18B20芯片，DQ端同接于AT89C52的P1.1口，右上角为1602LCD，P3.3口接开关，通过它的开关切换两片DS18B20之间的温度显示。九、Proteus仿真调试在Proteus中使用多个DS18B20 时，必须改变器件的属性，使仿真中的每个器件序列号各不相同。具体做法：右击DS18B20，选中Edit Properties选项，在其中改变ROM Serial Number的值（在该对话框下还可以改变Granularity的数值，即改变每次调整温度的额度）。在Proteus中，可以人为改变3个字节的器件序列号。要想得到全部8个字节，一个简单的方法就是每一次总线上只连接一个器件，利用0x33读器件序列号的命令在程序中得到完整的器件序列号。将测试序列号的程序烧入Proteus下AT89C51中，程序中定义通信端口为P1.1只需将DS18B20依次与单片机连接即可。并在运行中点击菜单项debug，选中watch window，按alt+A，即出现图1所示对话框，在Name项中输入a，在Address项中输入0x08，点击add，在Watch Window窗口中即可看到序列号低八位的值。然后依
