课程设计（论文）-基于C51单片机的DS18B20简易测温系统.doc

1设计要求

本次课程设计采用的是基于C51单片机的DS18B20简易测温系统,电路图中主要包含51单片机,DS18B20和数码管显示。

实验要求测温显示精度为:1℃
测量范围为:-55℃-+125℃
2设计方案与论证

方案一:采用热敏电阻可满足测温要求,但热敏电阻精度低,重复性和可靠性较差,对于精度要求较高的测温不适用,而且采用热敏电阻要求复杂的电路和算法,增加了设计复杂度。
方案二:采用专用的集成温度传感器(如AD590、LM35/LM45)和数字化温度传感器(DS18B20、DS1620)测温,数字化温度传感器具有接口简单、直接数字量输出、精确度高等优点。DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器,它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,它的测量温度范围为-55~+125℃,在-10~+85℃范围内,精度为±℃,现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等,DS18B20支持3~,使系统设计更灵活、更方便、更便宜、体积更小。DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率,精度为±℃,分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中,掉电后依然保存。因此,本方案选用DS18B20作为温度测量传感器。


目前比较流行51系列单片机和凌阳单片机。 AT89C51单片机需要用仿真器来实现软硬件的调试,较为繁琐; AT89S52八位单片机除具有AT89C51单片机所有的优点外,具有更大的程序存储空间,可在线仿真的功能,方便调试。凌阳十六位单片机虽然可以更好的完成控制功能,但较AT89S52八位单片机价格昂贵,而且编程以及外围功能电路的设计都不及AT89S52成熟。因此,选用AT89S52八位单片机作为温度采集的控部分。

采用普通的直流电源实现电路简单,而且采用集成电源芯片设计的直流电源电压比较稳定,完全满足系统各模块的供电要求。

由于系统设计初衷就是以简单方便抗干扰性为主,而且在恶劣的环境下也能很好的完成任务,本实验只需显示出温度,因此液晶显示器还是不够廉价的,而数码管就具备了以上功能,因此选用数码管座位显示工具。

为了不失通用性和智能性,本方案采用AT89S52单片机作为控制器,单总线温度传感器DS18B20进行温度采集。电源部分采用普通的直流电源,完全满足AT89S52和DS18B20等各模块的工作电压范围。温度显示采用数码管,实用性高。

程序控制模块
数
码
管
显
示
模
块
单片机系统
温度传感器模块
电源模块
3设计原理及电路图


DS18B20 采用3 脚PR-35 封装或8 脚SOIC 封装,管脚排列如图3所示。图中GND 为地,DQ 为数据输入/输出端(即单线总线),该脚为漏极开路输出,常态下呈高电平,Vcc 是外部+5V 电源端,不用时应接地,NC 为空脚。
图3 DS18B20的外部结构
DS18B20内部主要包括寄生电源、温度传感器、64 位激光ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM),用于存储用户设定的温度上下限值的TH 和TL 解发器存储与控制逻辑、8 位循环冗余校验码(CRC)发生器等七部分,内部结构如图4。
图4 DS18B20内部结构
寄生电源由二极管VD1、VD2 和寄生电容C 组成,电源检测电路用于判定供电方式,寄生电源供电时,VDD 端接地,器件从单线总线上获取电源,在DQ 线呈低电平时,改由C上的电压Vc继续向器件供电。该寄生电源有两个优点:第一,检测远程温度时无需本地电源;第二,缺少正常电源时也能读ROM。若采用外部电源VDD,则通过VD2 向器件供电。
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,如图5所示。开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻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。主机操作ROM 的命令有五种,如表1 所示。
图5 64 位ROM 的结构
表1 DS18B20的ROM命令
指令
说明
读ROM(33H)
读DS182