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1、基于DS18B20的数字温度计 学院： 专业： 姓名： 指导老师：摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计。关键词：单片机 DS18B20 LCD1602 温度计1引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，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，智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读
2、数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用LCD1602显示温度。2 设计方案2.1数字温度计设计方案论证2.1.1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，感温电路比较麻烦。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
3、，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。2.2总体设计图3 程序流图：4 原件介绍DS1B2B20：DS18B20采用了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的管脚排列1. GND为电源 地；2. DQ为数字信号输入输出端；3. VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地， DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 RO
4、M 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL 、配置寄存器。 光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（地址： 28H ）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，并且每个 DS18B20 的序列号都不相同，因此它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码；最后 8 位则是前面 56 位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一个 DS18B20 的 ROM 数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个 DS18B20 进行寻
5、址，从而实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提供，形式表达，其中S为符号位。DS18B20的工作时序DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括：初始化时序，写时序，读时序初始化时序 主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480960微秒的低电
6、平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总线电平拉低60240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。LCD1602:1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据
7、5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
8、第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。LCD1602的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置#include /包含单片机寄存器的头文件#include /包含_nop_()函数定义的头文件unsigned c
9、har code digit10=0123456789; /定义字符数组显示数字unsigned char code Str=Test by DS18B20; /说明显示的是温度unsigned char code Error=Error!Check!; /说明没有检测到DS18B20unsigned char code Temp=Temp:; /说明显示的是温度unsigned char code Cent=Cent; /温度单位以下是对液晶模块的操作程序sbit RS=P20; /寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚sbit RW=P21; /读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚sb
10、it E=P22; /使能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbit BF=P07; /忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(333+2)10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j33;j+)函数功能：延时若干毫秒入口参数：n void delaynms(unsigned char n) unsigned char i;for(i=0;in;i+) delay1ms();函数功能：判断液晶模块的忙碌状态返回值：result。result=1
11、，忙碌;result=0，不忙bit BusyTest(void) bit result;RS=0; /根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态 RW=1; E=1; /E=1，才允许读写 _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 result=BF; /将忙碌标志电平赋给result E=0; /将E恢复低电平 return result;函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块入口参数：dictatevoid WriteInstruction (unsigned char dictate) whi
12、le(BusyTest()=1); /如果忙就等待 RS=0; /根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令 RW=0; E=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， / 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置0 _nop_(); _nop_(); /空操作两个机器周期，给硬件反应时间 P0=dictate; /将数据送入P0口，即写入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; /E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期
13、，给硬件反应时间 E=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令函数功能：指定字符显示的实际地址入口参数：x void WriteAddress(unsigned char x) WriteInstruction(x|0x80); /显示位置的确定方法规定为80H+地址码x函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块入口参数：y(为字符常量) void WriteData(unsigned char y) while(BusyTest()=1); RS=1; /RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据 RW=0; E=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高
14、脉冲， / 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置0 P0=y; /将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; /E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置void LcdInitiate(void) delaynms(15); /延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间 WriteIn
15、struction(0x38); /显示模式设置：162显示，57点阵，8位数据接口delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38);delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x38); /连续三次，确保初始化成功delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x0c); /显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x06); /显示模式设置：光标右移
16、，字符不移delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x01); /清屏幕指令，将以前的显示内容清除delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间以下是DS18B20的操作程序sbit DQ=P33;unsigned char time; /设置全局变量，专门用于严格延时函数功能：将DS18B20传感器初始化，读取应答信号出口参数：flag bit Init_DS18B20(void) bit flag; /储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在 DQ = 1; /先将数据线拉高 for(
17、time=0;time2;time+) /略微延时约6微秒 DQ = 0; /再将数据线从高拉低，要求保持480960us for(time=0;time200;time+) /略微延时约600微秒 ; /以向DS18B20发出一持续480960us的低电平复位脉冲 DQ = 1; /释放数据线（将数据线拉高） for(time=0;time10;time+) ; /延时约30us（释放总线后需等待1560us让DS18B20输出存在脉冲） flag=DQ; /让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在） for(time=0;time200;time+) /延时足够长时间，等待存在脉冲
18、输出完毕 return (flag); /返回检测成功标志函数功能：从DS18B20读取一个字节数据出口参数：datunsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat; /储存读出的一个字节数据for (i=0;i=1; _nop_(); /等待一个机器周期 DQ = 1; /将数据线人为拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备 for(time=0;time2;time+) ; /延时约6us，使主机在15us内采样 if(DQ=1) dat|=0x80; /如果读到的数据是1，则将1存入datelse
19、dat|=0x00;/如果读到的数据是0，则将0存入dat /将单片机检测到的电平信号DQ存入ri for(time=0;time8;time+) ; /延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期 return(dat); /返回读出的十进制数据函数功能：向DS18B20写入一个字节数据入口参数：datWriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for (i=0; i8; i+) DQ =1; / 先将数据线拉高 _nop_(); /等待一个机器周期 DQ=0; /将数据线从高拉低时即启动写时序 DQ=dat&0x01; /利用与运
20、算取出要写的某位二进制数据, /并将其送到数据线上等待DS18B20采样 for(time=0;time10;time+) ;/延时约30us，DS18B20在拉低后的约1560us期间从数据线上采样 DQ=1; /释放数据线 for(time=0;time=1; /将dat中的各二进制位数据右移1位 for(time=0;time4;time+) ; /稍作延时,给硬件一点反应时间以下是与温度有关的显示设置函数功能：显示没有检测到DS18B20void display_error(void) unsigned char i; WriteAddress(0x00); /写显示地址，将在第1行第
21、1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示while(Errori != 0) /只要没有写到结束标志，就继续写WriteData(Errori); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符delaynms(100); /延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明while(1) /进入死循环，等待查明原因函数功能：显示说明信息void display_explain(void) unsigned char i; WriteAddress(0x00); /写显示地址，将在第1行第1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示while(Stri != 0) /只要没有写到结
22、束标志，就继续写WriteData(Stri); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符delaynms(100); /延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明函数功能：显示温度符号void display_symbol(void) unsigned char i; WriteAddress(0x40); /写显示地址，将在第2行第1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示while(Tempi != 0) /只要没有写到结束标志，就继续写WriteData(Tempi); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符delaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应
23、时间函数功能：显示温度的小数点void display_dot(void) WriteAddress(0x49); /写显示地址，将在第2行第10列开始显示 WriteData(.); /将小数点的字符常量写入LCD delaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间函数功能：显示温度的单位(Cent)void display_cent(void) unsigned char i; WriteAddress(0x4c); /写显示地址，将在第2行第13列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示 while(Centi != 0) /只要没有写到结束标志，就继续写WriteData
24、(Centi); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符delaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间函数功能：显示温度的整数部分入口参数：xvoid display_temp1(unsigned char x) unsigned char j,k,l; /j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位j=x/100; /取百位k=(x%100)/10; /取十位l=x%10; /取个位 WriteAddress(0x46); /写显示地址,将在第2行第7列开始显示WriteData(digitj); /将百位数字的字符常量写入LCDWriteData(digitk); /将十位
25、数字的字符常量写入LCDWriteData(digitl); /将个位数字的字符常量写入LCDdelaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间 函数功能：显示温度的小数数部分入口参数：x void display_temp2(unsigned char x) WriteAddress(0x4a); /写显示地址,将在第2行第11列开始显示WriteData(digitx); /将小数部分的第一位数字字符常量写入LCDdelaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间函数功能：做好读温度的准备void ReadyReadTemp(void) Init_DS18B20(); /将
26、DS18B20初始化WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换 for(time=0;time100;time+) ; /温度转换需要一点时间Init_DS18B20(); /将DS18B20初始化WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器,前两个分别是温度的低位和高位函数功能：主函数 void main(void) unsigned char TL; /储存暂存器的温度低位 unsigned char TH; /储存暂存器的温度高位 uns
27、igned char TN; /储存温度的整数部分 unsigned char TD; /储存温度的小数部分 LcdInitiate(); /将液晶初始化 delaynms(5); /延时5ms给硬件一点反应时间if(Init_DS18B20()=1) display_error();display_explain(); display_symbol(); /显示温度说明 display_dot(); /显示温度的小数点 display_cent(); /显示温度的单位 while(1) /不断检测并显示温度ReadyReadTemp(); /读温度准备 TL=ReadOneChar(); /
28、先读的是温度值低位TH=ReadOneChar(); /接着读的是温度值高位TN=TH*16+TL/16; /实际温度值=(TH*256+TL)/16,即：TH*16+TL/16 /这样得出的是温度的整数部分,小数部分被丢弃了 TD=(TL%16)*10/16; /计算温度的小数部分,将余数乘以10再除以16取整， /这样得到的是温度小数部分的第一位数字(保留1位小数) display_temp1(TN); /显示温度的整数部分 display_temp2(TD); /显示温度的小数部分 delaynms(10); 5 PROTUES仿真5.1.1功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软
29、件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真（4）互动的电路仿真（5）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。5.1.2功能模块（1）个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；（2）PROSPICE混合模型SPICE仿真;（3）ARESPCB设计.5.1.3 PROTEUS所提供的资源（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：仿
30、真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。（2）Proteus可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 （3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。 （4）Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。5.1.4用PROTEUS实现软件仿真1）支持多种主流单片机系统的仿真2）提供软件调试功能3）提供丰富的外围接口器件及其仿真4）提供丰富的虚拟仪器5）具有强大的原理图绘制功能6）用proteus单独仿真在绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。仿真结果第 13 页