基于DS18B20的水温控制系统.doc

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1、 一、 设计任务及要求本设计以AT89C51单片机作为控制核心，智能温度传感器DS18B20作为控制对象。分别用3位数码管显示预设温度值和实测温度值。运用汇编语言实现系统各种功能。当水温低于预设温度值时系统开始加热，此时红色发光二极管点亮表示处于加热状态。当温度达到预设温度值时自动停止加热。数码管的显示范围为099。二、 设计背景简介温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一，同时他也是一种最基本的环境参数。人民的生活与环境度息息相关，物理、化学、冶金、机械制造、大型仓储室、实验室、农场塑料大棚甚至人们的居室

2、里经常需要对环境温度进行检测，并根据实际的要求对温度进行控制。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行。炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分流才能得到汽油、柴油、煤油等产品；没有合适的温度环境。可见研究温度的测量具有重要的理论意义和推广价值。随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日益突出，成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。本设计就是为了满足人们在生活中对温度测量系统方面的需求。三、 电

3、路设计该水温控制系统大体可分为三大模块，74HC245与7SEG-MPX4-CA-BLUE数码管构成显示模块、AT89C51单片机构成主控模块、DS18B20为主体的温度模块。单片机通过DS18B20传感器获得当前温度值并且发送给单片机，单片机接收到各个数据时，将数据按照一定的顺序发送给74HC245，74HC245通过移位到数码管，把实测温度值和预设温度值显示到对应数码管。1. 74HC245芯片相关知识（1）74HC245主要特性及应用领域。采用CMOS工艺;宽电压工作范围：3.0V5.0V;双向三态输出;八线双向收发器封装形式：SOP20、SOP20-2、TSSOP20、DIP20;适用

4、于显示屏以及其他数字电路的驱动。（2）74HC245的引脚及功能。 图1为其引脚图，图2是其逻辑框图。表1为引脚说明，表2为其功能真值表。 图1 74HC245的引脚图 图2 74HC245的逻辑框图 表1 74HC245的引脚说明 表2 74HC245功能真值表2. DS18B20芯片相关知识(1) DS18B20简介DS18B20是由美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器芯片。与传统的热敏电阻有所不同，DS18B20可直接将被测温度转化为串行数字信号，以供单片机处理，它还具有微型化、低功率、高性能、抗干扰能力强等优点。通过编程，DS18B20可以实现912位的温度读数。信息经过单线接

5、口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从微处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线。读、写和执行温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。(2) DS18B20的引脚功能DS18B20的引脚(图3)，其功能如表3所示。 图3 DS18B20的引脚 表 3 DS18B20的引脚说明(3) DS18B20的主要特点：采用单线技术，与单片机通信只需一个引脚；通过识别芯片各自唯一的产品序列号从而实现单线多挂接，简化了分布式温度检测的应用；实际应用中不需要外部任何器件即可实现测温；可通过数据线供电，电压的范围在35.5V；不需要备份电源；测量范围为-55+125，在-10

6、+85范围内误差为0.5；数字温度计的分辨率用户可以在9位到12位之间选择，可配置实现912位的温度读数；将12位的温度值转换为数字量所需时间不超过750ms；用户定义的，非易失性的温度告警设置，用用户可以自行设定告警的上下限温度。(4) DS18B20的ROM及控制指令DS18B20的64位ROM的结构如表4所示。开始8位是DS18B20的产品类型编号10H，接着是每一个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以用一根线进行通信的原因。 表4 DS18B20的64位ROM结构表机操作ROM的命令有五种如表5所示。 表5 DS18B20控制指令

7、指令说明读ROM(33H)读DS18B20的序列号匹配ROM(55H)继续读完64位序列号的命令，用于多个DS18B20时定位跳过ROM(CCH)此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS18B20搜ROM(F0H)识别总线上各器件的编码，为操作各器件做好准备报警搜索（ECH）仅温度越限的器件对此命令做出响应DS18B20的高速暂存器由便笺式RAM和非易失性电擦写EERAM组成，后者用于存储TH、TL值。数据先写入便笺式RAM，经校验后再传给EERAM。便笺式RAM占9个字节，包括温度信息(0、1字节)、TH和TL值(2、3字节)、配置寄存器数据(4字节)、CRC(8字节)等，5、6、7字节

8、不用。暂存器的4字节是配置寄存器，可以通过相应的写命令进行配置，其内容如表6所示。 表6 暂存器配置方式0R1R011111其中，R0与R1是温度值分辨率位，配置方式如表7所示。 表7 DS18B20温度值分辨率位配置方式R1R0分辨率最大转换时间009位93.65ms(Tconv/8)0110位186.5ms(Tconv/4)1011位365ms(Tconv/2)1110位650ms(Tconv)DS18B20的核心功能部件是它的数字温度传感器，如上所述，它的分辨率可配置为9位、10位、11位或者12位，出厂默认设置是12位分辨率，它们对应的温度分辨率分别是0.5、0.25、0.125、0.

9、0625。温度信息的低位、高位字节内容中还包括了符号位S(是正温度还是负温度)和二进制小数部分，具体形式如表8所示。 表8温度信息的地位、高位字节内容形式低位字节：84211/21/41/81/16高位字节：SSSSS643216 MSB LSB这是12位分辨率的情况，如果配置为低的分辨率，则其中无意义位为0；实测温度和数字输出的对应关系如表9所示.表9 DS18B20实测温度和数字输出的对应关系DS18B20的存储控制命令如表10所示。 表10 DS18B20存储控制命令指 令 说 明温度转换（44H）启动在线DS18B20做温度A/D转换 读数据(BEH)从高速暂存器读9位温度值和CRC值

10、 写数据(4EH)将数据写入高速暂存器的第3和第4字节中 复制(48H)将高速暂存器的第3和第4字节复制到EERAM 读EERAM(88H)将EERAM内容写入高速暂存器第3和第4字节读电源供电方式(B4H) 了解DS18B20的供电方式四、 系统硬件设计进入Proteus系统：拾取元件，元件清单如下：元件名称元件数量AT89C511CAP2CAP-ELEC1CRYSTAL1RES137SEG-MPX4-CA-BLUE2DS18B201BUTTON274HC2452OPTOCOUPLERS-NAND1LED-RED1NOT3画出硬件电路原理图，如图4所示：图4 硬件电路原理图五、 系统软件设计

11、进入Keil C51软件的操作环境，编辑源程序并对源文件进行编译，源程序如下： 第 页TMPL EQU 29HTMPH EQU 28H FLAG1 EQU 38HDATAIN BIT P3.7ORG 00HLJMP MAIN1ORG 03HLJMP ZINT0ORG 13HLJMP ZINT1ORG 30HMAIN1: SETB IT0SETB EASETB EX0SETB IT1SETB EX1SETB P3.6SETB P3.2MOV 74H,#0MOV 75H,#0MOV 76H,#9MOV 77H,#0MAIN: LCALL GET_TEMPERLCALL CVTTMPLCALL DI

12、SP1AJMP MAININIT_1820:SETB DATAINNOP CLR DATAINMOV R1,#3TSR1: MOV R0,#107DJNZ R0,$DJNZ R1,TSR1SETB DATAINNOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2: JNB DATAIN,TSR3DJNZ R0,TSR2CLR FLAG1SJMP TSR7TSR3: SETB FLAG1CLR P1.7MOV R0,#117TSR6: DJNZ R0,$TSR7: SETB DATAINRETGET_TEMPER:SETB DATAINLCALL INIT_1820JB FLAG1,TSS2NOPR

13、ETTSS2:MOV A,#0CCHLCALL WRITE_1820MOV A,#44HLCALL WRITE_1820ACALL DISP1LCALL INIT_1820MOV A,#0CCHLCALL WRITE_1820MOV A,#0BEHLCALL WRITE_1820LCALL READ_1820RETWRITE_1820:MOV R2,#8CLR CWR1:CLR DATAINMOV R3,#6DJNZ R3,$RRC AMOV DATAIN,CMOV R3,#23DJNZ R3,$SETB DATAINNOPDJNZ R2,WR1SETB DATAINRETREAD_1820:

14、 MOV R4,#2MOV R1,#29HRE00: MOV R2,#8RE01: CLR CSETB DATAINNOPNOPCLR DATAINNOPNOPSETB DATAINMOV R3,#9RE10: DJNZ R3,RE10MOV C,DATAINMOV R3,#23RE20: DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01MOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE00RETCVTTMP:MOV A,TMPHANL A,#80HJZ TMPC1CLR CMOV A,TMPLCPL AADD A,#1MOV TMPL,AMOV A,TMPHCPL AADDC A,#

15、0MOV TMPH,AMOV 73H,#0BHSJMP TMPC11TMPC1: MOV 73H,#0AHTMPC11:MOV A,TMPLANL A,#0FHMOV DPTR,#TMPTABMOVC A,A+DPTRMOV 70H,AMOV A,TMPLANL A,#0F0HSWAP AMOV TMPL,AMOV A,TMPHANL A,#0FHSWAP AORL A,TMPLH2BCD: MOV B,#100DIV ABJZ B2BCD1MOV 73H,AB2BCD1:MOV A,#10XCH A,BDIV ABMOV 72H,AMOV 71H,BTMPC12:NOPDISBCD: MOV

16、 A,73HANL A,#0FHCJNE A,#1,DISBCD0SJMP DISBCD1DISBCD0:MOV A,72HANL A,#0FHJNZ DISBCD1MOV A,73HMOV 72H,AMOV 73H,#0AHDISBCD1:RETTMPTAB: DB 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9DISP1:MOV R1,#70HMOV R0,#74HMOV R5,#0FEHPLAY:MOV P1,#0FFHMOV A,R5MOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P1,AMOV A,R0MOVC A,A+DP

17、TRMOV P0,AMOV A,R5JB ACC.1,LOOP1CLR P1.7CLR P0.7LOOP1:LCALL DL1MSINC R1INC R0MOV A,R5JNB ACC.3,ENDOUTRL AMOV R5,AMOV A,73HCJNE A,#1,DD2SJMP LEDHDD2: MOV A,72HCJNE A,#0AH,DD3MOV 72H,#0DD3: MOV A,76HCJNE A,72H,DDHSJMP DDLDDH: JNC PLAY1SJMP LEDHDDL: MOV A,75HCJNE A,71H,DDL1SJMP LEDHDDL1: JNC PLAY1LEDH:

18、 CLR P3.6SJMP PLAYPLAY1: SETB P3.6SJMP PLAYENDOUT:MOV P1,#0FFHMOV P2,#0FFHRETTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB 92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFHDL1MS: MOV R6,#50DL1: MOV R7,#100DJNZ R7,$DJNZ R6,DL1RETZINT0: PUSH ACCINC 75HMOV A,75HCJNE A,#10,ZINT01MOV 75H,#0ZINT01:POP ACCRETIZINT1: PUSH ACCINC 76HMOV A

19、,76HCJNE A,#10,ZINT11MOV 76H,#0ZINT11:POP ACCRETIZZZ1: MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,ARETIEND六、 系统仿真加载目标代码文件，双击AT89C51原件，在弹出窗口中选择Program File加入由Keil 51产生的“温控器.hex”文件。运行电路，进行调试。 在Proteus ISIS 界面中，分别调节十位设置按键和个位设置按键来预设水温，当DS18B20的温度低于预设温度值时，红色发光二极管点亮表示进入热状态，如图5所示； 调节DS18B20元件上的按钮可人工模拟实际水温的升高和下降。可以看到，当实测温度达到预设温度后，红色发光二极管便自动熄灭，表示停止加热，如图6所示。 图5 加热状态电路图 图 6 加热达到预定温度时停止加热图