基于DS18B20的温控系统实习报告

基于DS18B20的温控系统,智能仪器设计实习

河 南 农 业 大 学

《智能仪器设计实习》

设 计 说 明 书

题 目： 基于DS18B20的温控系统

学 院：

专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 07电科4班 学 号： 0708101099 姓 名： 徐亚利 指导教师： 成 绩：

时 间： 2010 年 11 月 29 日至 2010 年 12 月 13 日

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智 能 仪 器 设 计 实 习

设 计 任 务 书

题目 基于DS18B20的温控系统

专业、班级 07电科4班 学号 0708101099 姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容：

功能要求：完成温控制系统的设计

1） 在设置模式下，用户可以通过按键设置允许最高温度TH 、允许最低温度TL 及转换精度。

2） 在测温模式下,实时测出当前温度并显示。（可采用LED显示或LCD显示，显示结果精度不得低于0.1°C）。

3）在测温模式下，实时比较当前温度与报警温度，当高于高温报警TH 时，系统红灯亮，声音警报响，同时启动冷却电路开始制冷(冷却电路的启动用继电器控制)；当在高温报警TH与低温报警TL 之间时，系统绿灯亮。

上述内容为基本要求，可按照自己的理解增加功能使之更完善。 基本要求：

明确设计任务，复习与查阅有关资料。设计所用硬件芯片按给定使用。 按要求对设计进行简要说明，总体设计方案，各部分的详细设计。 写出体会和总结。

要求全部使用A4纸打印稿，不少于5000字。 主要参考资料：

李朝青编．《单片机原理及接口技术》(简明修订版)．北京航空航天大学出

版社，1998 冯克．《MCS-51单片机实用子程序及其应用实例》．黑龙江科学技术出版社，

1990

杨欣荣等．《智能仪器原理、设计与发展》．中南大学出版社，2003 孙传友等．《感测技术基础》． 电子工业出版社，2001 王福瑞等．《单片微机测控系统设计大全》．北京航空航天大学出版社，1999 科技期刊：《单片机与嵌入式系统应用》、《实用测试技术》、《自动化仪

表》、《传感器世界》、《测控技术》、《电子技术应用》等2001年以后各期。

完 成 期 限： 2010年12月13日 指导教师签名：

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一、背景及意义

随着电子技术的发展，人们的生活日趋数字化，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。多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便；支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本；以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，以ATMEL公司的AT89S52为控制器设计的DS18B20温度控制器结构简单、测温准确、具有一定控制功能的智能温度控制器。

二、系统分析

美国达拉斯（D.ALLAS）公司生产的单总线数字式温度传感器，由于具有结构简单、不需要外接电路、可用一根I/O数据线既供电又传输数据、可由用户设置温度报警界限等特点，近年来广泛用于各个需要测量和控制温度的地方。前些年，集成式数字温度传感器DS18B20的出现开辟了温度传感器技术的新领域，它利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量。而可组网数字式温度传感器DS18B20则是DS1820的更新产品，利用它，用户可以方便的构建适合自己的测温系统，同时，DS18B20可以提高系统的抗干扰性，使系统的设计更灵活、方便，而且适合在恶劣的环境下进行温度测量。DS18B20的内部结构 DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位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。DS18B20的管脚排列如图2所示，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地，见图4）。 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，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

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图1 DS18B20的内部结构

图2 DS18B20的管脚排列

DS18B20详细引脚功能描述

DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，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。DS18B20 温度/数字对应关系如下表1所示:

表1 实测温度和数字输出的对应关系:

Table 1 Relationship between measured temperatures and digital output

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DS18B20内部暂存存储器的第5个字节是结构寄存器，它主要用于确定温度值的数字转换分辨率，字节结构如下 其中 R1,R2用于设置分辨率，如下表2所示

表2 DS18B20分辨率设置表

三、系统硬件设计

DS18B20与单片机的典型接口设计

图3以MCS－51系列单片机为例，画出了DS18B20与微处理器的典型连接。图3（a）中DS18B20采用寄生电源方式，其VDD和GND端均接地，图3（b）中DS18B20采用外

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接电源方式，其VDD端用3V～5.5V电源供电。

图3（a） 寄生电源工作方式

图3（b） 外接电源工作方式

四、系统软件设计

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、写时序和读时序

初始化时序

写时序

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读时序

3个子程序：INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。 INI11:CLRDAT

DJNZR2,INI11；主机发复位脉冲持续3μs×200=600μs SETBDAT；主机释放总线，口线改为输入 MOVR2,＃30

IN12:DJNZR2,INI12；DS18B20等待2μs×30=60μs CLRC

ORLC,DAT；DS18B20数据线变低（存在脉冲）吗？ JCINI10；DS18B20未准备好，重新初始化 MOVR6,＃80 INI13:ORLC,DAT

JCINI14；DS18B20数据线变高，初始化成功

DJNZR6,INI13；数据线低电平可持续3μs×80=240μs SJMPINI10；初始化失败，重来 INI14:MOVR2,＃240

IN15:DJNZR2,INI15；DS18B20应答最少2μs×240=480μs RET

；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ WRITE:CLREA

MOVR3,＃8；循环8次，写一个字节 WR11:SETBDAT MOVR4,＃8

RRCA；写入位从A中移到CY CLRDAT

WR12:DJNZR4,WR12 ；等待16μs

MOVDAT,C；命令字按位依次送给DS18B20 MOVR4,＃20

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WR13:DJNZR4,WR13 ；保证写过程持续60μs DJNZR3,WR11 ；未送完一个字节继续 SETBDAT RET

；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ READ:CLREA

MOVR6,＃8；循环8次，读一个字节 RD11:CLRDAT MOVR4,＃4

NOP；低电平持续2μs SETBDAT；口线设为输入 RD12:DJNZR4,RD12 ；等待8μs MOVC,DAT

；主机按位依次读入DS18B20的数据 RRCA；读取的数据移入A MOVR5,＃30 RD13:DJNZR5,RD13 ；保证读过程持续60μs DJNZR6,RD11

；读完一个字节的数据，存入A中 SETBDAT RET

；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。假设一线仅挂接一个芯片，使用默认的12位转换精度，外接供电电源，可写出完成一次转换并读取温度值子程序GETWD。

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GETWD:LCALLINIT MOVA,＃0CCH

LCALLWRITE；发跳过ROM命令 MOVA,＃44H

LCALLWRITE；发启动转换命令 LCALLINIT

MOVA,＃0CCH；发跳过ROM命令 LCALLWRITE

MOVA,＃0BEH；发读存储器命令 LCALLWRITE LCALLREAD MOVWDLSB,A

；温度值低位字节送WDLSB LCALLREAD MOVWDMSB,A

；温度值高位字节送WDMSB RET

子程序GETWD读取的温度值高位字节送WDMSB单元，低位字节送WDLSB单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。

五、结束语

DS18B20是目前最流行的单总线温度传感器之一。它的接口电路简单、可靠，因此咋温度检测系统以及测控网络中将会有广泛的应用前景。 【参考文献】

1．李广弟等．《单片机基础》修订本．北京航空航天大学出版社，2001

2．李朝青编．《单片机原理及接口技术》(简明修订版)．北京航空航天大学出版社，1998 3．公茂法等．《单片机人机接口实例》．北京航空航天大学出版社，1998

4．冯克．《MCS-51单片机实用子程序及其应用实例》．黑龙江科学技术出版社，1990 5．王福瑞等．《单片微机测控系统设计大全》．北京航空航天大学出版社，1999 6．徐仁贵等．《单片微型计算机应用技术》．机械工业出版社，2001

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7．杨恢先等．《单片机原理及应用》国防科技大学出版社，2003 8．李鸿等．《单片机原理及应用》．湖南大学出版社，2002

9．徐惠民等．《单片微型计算机原理、接口与应用》．北京邮电大学出版社，2001 10．杨欣荣等．《智能仪器原理、设计与发展》．中南大学出版社，2003

六、实习心得

经过这几天的努力，实习终于完成了。虽然我只是担任这次课程设计的部分主要工作，负责对DS18B20进行资料的查阅和部分程序编写。由于DS18B20与微机处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行程序编写时，必须严格保重读写时序，否则将无法读取测温结果。在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序将陷入死循环。这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计过程中给予了一定的重视。 整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次设计中遇到了很多问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程中也是我个人能力提升的过程。对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。

给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因。最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。

总体来说，这次实践我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

最后感谢老师和我的组员们在这次设计中给于我的帮助和支持

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实习 成 绩 评 定 表

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