本科毕业论文__基于单片机的温度检测系统(编辑修改稿)

本科毕业论文__基于单片机的温度检测系统(编辑修改稿)内容摘要：

℃ ，在 55℃ 到 +125℃ 范围内，测量误差也不过 2℃。 912 位的数字读数方式。 ，多个 DSI8B20 可以并联在唯一的三线上，实现多 点测温。 ，即具有电源反接保护电路。 当电源电压的极性反接时，能保DS18B20 不会因发热而烧毁。 但此时芯片无法正常工作。 的转换速率比较高，进行 9 位的温度转换仅需。 DS18B20 的管脚排列 DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装。 其管脚排列如 图 21 所示。 I/O 为数据输入 /输出端 (即单线总线 )，它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。 UDD 是可供选用的外部电源端，不用时接地， GND 为地， NC 空脚。 xx 大学学士 学位论文 6 1GND2I/O3UDDD S 18 B 2 08V C C7NC6NC5NC1I/ O2GND3NC4NCD S 18 B 2 0 图 21 DS18B20 管脚图 DS18B20 的内部结构 DS1SB20 的内部结构框图如下图所示，它主要包括 7 部分 ： ； ； 位激光 (loser)ROM 与单线接口 ； 存器，即便筏式 RAM，用于存放中间数据； 触发寄存器和 TL 触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上下限值； ； 位循环冗余校验码 (CRC)发生器。 图 22 DS18B20 内部结构图 64 位 ROM 的结构开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序 号，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20可以采用一线进行通信的原因。 温度报警触 发器 TH 和 TL，可通过软件写入户报警上下限。 DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。 高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器。 头 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节 TH 和 TL的拷贝，是易失的，每次C 64 位 R O M 和 单 线 接 口 高速缓存 存储器 温度传感器 高温触发器TH 低温触发器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 发生器 Vdd xx 大学学士 学位论文 7 上电复位时被刷新。 第 5 个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。 DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度 数值。 该字节各位的定义如图 3 所示。 低 5 位一直为 1， TM 是工作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式， DS18B20 出厂时该位被设 0，用户要去改动， R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 表 21 DS18B20 字节定义 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... DS18B20 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换 时间越长。 因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存 RAM 的第 8 字节保留未用，表现为全逻辑 1。 第 9 字节读出前面所有 8 字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。 转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 2 字节。 单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 ℃ ／ LSB 形式表示 [7]。 当符号位 S＝ 0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制 位转换为十进制；当符号位 S＝ 1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 表 22 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 表 22 DS18B20 温度转换时间表 R0R1000101119101112分辨率/ 位 温度最大转向时间/ m s9 3 . 7 51 8 7 . 53 7 57 5 0.... DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、 TL 字节内容作比较。 若 TTH 或 TTL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令 做出 响应。 因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报温度 LSB 温度 MSB TH用户字节 1 TL用户字节 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC xx 大学学士 学位论文 8 警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码 (CRC)。 主机 ROM的前 56 位来计算 CRC 值 ，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较，以判断主机收到的 ROM 数据是否正确。 DS18B20 的测温原理是这 样的 ,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器１；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入。 器件中还有一个计数门，当计数门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－ 55℃ 所对应的一个基数分别置入减法计数器 温度 寄存器中，计数器 1 和温度寄存器被预置在－ 55℃ 所对应的一个基数值。 减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1 的预置 值 将重新被装入，减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到 0 时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。 其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致 等于 被测温度值。 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是 分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。 系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行。 操作协议为：初使化 DS18B20（发复位脉冲） →发 ROM 功能命令 →发存储器操作命令 →处理数据 [10]。 表 23 一部分温度对应值表 温度 /℃ 二进制表示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 的测温原理 DS18B20 的测温原理如 图 24 所示。 xx 大学学士 学位论文 9 斜 率 累 加 器预 置低 温 度 系 数 振 荡 器 减 法 计 数 器 1 预 置温 度 寄 存 器高 温 度 系 数 振 荡 器 减 法 计 数 器 2 减 到 0计 数 比 较 器减 到 0增 加 1停 止图 24 DS18B20 测温原理图 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振的振荡频率随温度变化而明显改变，所生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入。 图中还隐含着计数门，当计数门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 55℃ 所对应的基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中，减法计数器 1和温度寄存器被预置在 55℃ 所对应的一个基数值。 减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置值减到 0 时温度寄存器的值将加 1 减法计数器 1 的预置将重新被装入，减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2 计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重 复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是 DS18B20 的测温原理。 DS18B20 的时序 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，单线通信功能是分时完成的，有严格的时序概念，因此读写时序很重要。 系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。 操作协议为 ： 初始化 xx 大学学士 学位论文 10 DS18B20(发复位脉冲 )、 发 ROM 功能命令、发存储器操作命令、处理数据。 DS18B20 的读时序分为读 0 时序和读 l 时序两个过程。 DS18B20 的读时序是从主机把单总线拉低之后，在 15us 之内就 得释放单总线，以让 DS18B20 把数据传输到单总线上。 DS18B20 在完成一个读时序过程，至少需要 60us 才能完成。 DS18B20 的写时序仍然分为写 0 时序和写 1 时序两个过程，但对写 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。 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 .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 [9]。 数据和命令的传输都是低位在先。 DSl8B20 使用中的注意事项 DSI8B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题 : ，由于 DS18B20 与微处理器间采。 用串行数据传送，因此，在对 DS18B20 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 在使用 PUM、 C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS18B20 操作部分 最好采用汇编语言实现。 DS18B20 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS18B20 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 DS18B20，在实际应用中并非如此。 当单总线所挂 DS18B20 超过 8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在行多点测温系统设计时要加以注意。 DS18B20 的总线电缆是有长度限制的。 试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。 当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常 通讯距离进一步加长。 这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。 因此，在用 DS18B20 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接 VDD 和地线，屏蔽层在源端单点接地。 DS1SB20 测温程序设计中，向 DS18B20 发出温度转换命令后，程序总要等待 DS18B20 的返回信号，一旦某个 DS18B20 接触不好或断线，当程序读该 DS18B20 时，将没有返回信号，程序进入死循环。 这一点在进行 DS18B20硬件连接和软 件设计时也要给予一定的重视。 单片机概述 单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。 它把中央处理器、存储器、输入 /输出接口电路以及定时器 /计 xx 大学学士 学位论文 11 数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。 正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器 (MCU)代。