室内温度系统设计

《专业综合实习》报告

设计题目：室内温度设计

专

业：

电气工程及自动化

班	级：	（三）班
姓	名：温强 杨涛 于兴国 王兼 姜黎黎
指导教师：		高飞

目 录

1课程设计目的…………………………………………………12 课程设计目的和要求…………………………………………13 课程设计报告内容……………………………………………14 总结和体会……………………………………………………8

1课程设计目的
综合运用所学过的知识进行室内温度系统设计，并进行实物的焊接以实现设计的要求。

2课程设计题目和要求
课程设计题目：室内温度系统设计。

课程设计要求：
1)测量范围-55℃-125℃；
2)精度误差小于1℃；
3)LED 数码直读显示。

3 课程设计报告内容
3.1室内温度系统设计方案论证
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。

3.2总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机ATS52，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。

单片机复	单	LED
		显示
位

片

时钟	机	温度传感
振荡

3.3主控制器
单片机ATS52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用三节电池供电。

3.4温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。

DS18B20 的性能特点如下：
1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
2）多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
5）零待机功耗；
6）温度以９或１２位数字；
7）用户可定义报警设置；
8）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
9）负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常
工作。

如图2 DS18B20 采用３脚PR－35封装或８脚SOIC 封装，其外部形状及管脚如图2所示。图中①GND 为地，②DQ为数据输入/输出端，该引脚为漏极 开路输出，常态下成高电平，③可选用的VDD引脚，不用时应接地。SOIC封

装的NC为空引脚。

① ② ③			DQ	1 DS18B20 8 2 7 3 6 4 5	VDD
			GND		NC
			NC		NC
			NC		NC
GND	DQ	VDD

图2DS18B20 的两种封装管脚图其内部结构框图如图3所示。

存储器与控制逻辑

DQ
温度传感器

接

存

口

配置寄存器

VDD 8位CRC发生器

图3DS18B20 内部结构
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 可通过软件写入户可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，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，结构如图3所示。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低５位一直为１，ＴＭ是工相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图4所示。

作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该被设置为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。

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６、７、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１、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0.0625℃／LSB形式表示。

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2是一部分温度值对应的二进制温度数据。

容作比较。若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发
出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报
警搜索。

在位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 所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。振随温度变化其振荡频率明显改变，

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１、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

表2 一部分温度对应值表
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。

DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图5所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。

VCC

R1

4.7k

S1	J1	VCC	1	U1	P00	39
	1
	2			P10/T
			2			38
	3			P11/T	P01
			3			37
	DS18B20			P12	P02
			4			36
				P13	P03
			5			35
				P14	P04
			6			34
	C1			P15	P05
			7			33
				P16	P06
			8			32
				P17	P07
	22u	Y1	13	INT1	P20	21
			12			22
				INT0	P21
						23
			15		P22
				T1		24
					P23
	C2	11.0592MHz	14			25
				T0	P24
						26
			31		P25
				EA/VP		27
					P26
						28
	22u		19	X1	P27
			18
				X2
	C3		9	RESET	RXD	10
						11
			17		TXD
				RD		30
					ALE /P
			16			29
				WR	PSEN
SW SPST	10u

ATS52

R2

1k

R3

1k

的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。

由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。

3.6系统的显示电路
如图6所示，采用74ls373驱动4位共阳极数码管进行显示采集温度。

如图，显示电路连接简单，调试方便。

图6显示电路
3.7系统整体硬件电路
系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，单片机主板电路等。

图5中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑

飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。

3.8系统软件算法分析
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。

4 总结与体会
１、硬件装焊方面要有足够的耐心和细心，就算电路设计的再好，在焊接
时出一点小差错，也是不允许的，往往电路的错误都是由于一些小问题引起的，
如短路等，将造成不可预测的后果
２、软件方面注意的细节也很多，下面简单介绍一下这阵子写程序得到的一
些经验：
(１)写较大的程序时一定要事先做好资源分配。
。(４）进入中断时一定要记得保护ACC和PSW（视情况而定）
(５）不止进中断时要保护，有时候在正常程序下也要对某些值进得保护。可用
堆栈式的保护也可先赋值给其他地址，过后再赋回来
(６）妥善使用位地址，位地址可做为一些标志位，可以给编程带来很大的方便。

在本程序中，我就用了三个位地址，使程序大大的简化了

参考书目：

[1]张迎新，《单片机初级教程——单片机基础》，北京，北京航空航天大学出版社，2006

年

[2]马忠梅，籍顺心，张凯新，《单片机的C语言应用程序设计》，北京，北京航空航天大

学出版社，2003年

[3]徐爱钧，彭秀华，《KeilCx51 V7.0 单片机高级语言编程与μVision2应用实践》，北京，

2006年

[4]谢维成，杨加国，《单片机原理与应用及C51程序设计》，北京，清华大学出版社，2006

年

附录一：电路原理图

附录二：C 语言程序
#define uint unsigned int
sbit ds=P2^3;
sbit dula=P2^7;
sbit wela=P2^6;
sbit beep=P1^7;
uchar flag ;
uinttemp; //参数temp 一定要声明为int 型
uchar codetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,

//不带小数点数字编

ucharcode table1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd, 0x87,0xff,0xef}; //带小数点数字编码

/*延时函数*/
voidTempDelay (uchar us)
{
while(us--);
}

void delay(uint count) //延时子函数{

while(count) { uint i;

i=200;
while(i>0)
i--;
count--;
}
}

/*串口初始化，波特率9600，方式1*/

TMOD=0x20; //设置定时器1为模式2 TH1=0xfd; //装初值设定波特率
TL1=0xfd;
TR1=1; //启动定时器
SM0=0;
//串口通信模式设置 SM1=1;
//REN=1; //串口允许接收数据
PCON=0; //波特率不倍频
// SMOD=0; //波特率不倍频
// EA=1; //开总中断
//ES=1; //开串行中断
}

/*数码管的显示 */

{ bai=temp/100;
shi=temp%100/10;
ge=temp%100%10;

dula=0;
P0=table[bai]; //显示百位

P0=0xfe;
wela=1;
wela=0;
delay(1); //延时约2ms

P0=table1[shi]; //显示十位
dula=1;
dula=0;

P0=0xfd;
wela=1;
wela=0;
delay(1);
dula=1;
dula=0;

P0=0xfb;
wela=1;
wela=0;
delay(1);
}
/*****************************************
时序：初始化时序、读时序、写时序。

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。数据和命令的传输都是低位在先。

初始化时序：复位脉冲存在脉冲
读；1或0时序
写；1或0时序
只有存在脉冲信号是从18b20（从机）发出的，其它信号都是由主机发出的。

存在脉冲：让主机（总线）知道从机（18b20）已经做好了准备。

******************************************/

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
voidds_reset(void)
{
ds=1;
_nop_(); //1us
ds=0;
TempDelay(80); //当总线停留在低电平超过480us，总线上所以器件都将被复位，这里//延时约530us总线停留在低电平超过480μs，总线上的所有器

_nop_();
ds=1; //产生复位脉冲后，微处理器释放总线,让总线处于空闲状态，原因查//18b20中文资料

TempDelay(5); //释放总线后，以便从机18b20通过拉低总线来指示其是否在线,
//存在检测高电平时间：15~60us，所以延时44us，进行1-wirepresence //detect（单线存在检测）
_nop_();
_nop_();
_nop_();
if(ds==0)

else flag=1; //detect 18b20 success
_nop_();
ds=1; //再次拉高总线，让总线处于空闲状态
/**/
}

/*----------------------------------------
读/写时间隙:
DS1820的数据读写是通过时间隙处理

bit ds_read_bit(void) //读一位
{
bit dat;
ds=0; //单片机（微处理器）将总线拉低
_nop_(); //读时隙起始于微处理器将总线拉低至少1us
ds=1; //拉低总线后接着释放总线，让从机18b20能够接管总线，输出有效数据
_nop_();
_nop_(); //小延时一下，读取18b20上的数据,因为从ds18b20上输出的数据
//在读"时间隙"下降沿出现15us内有效
dat=ds; //主机读从机18b20输出的数据，这些数据在读时隙的下降沿出现//15us内有效

ucharvalue,i,j;
value=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
j=ds_read_bit();
value=(j<<7)|(value>>1);
}
return(value); //返回一个字节的数据

{
uchar i;
bit onebit; //一定不要忘了，onebit是一位
for(i=1;i<=8;i++)
{
onebit=dat&0x01;
dat=dat>>1;
if(onebit) //写 1
{
ds=0;
_nop_();
_nop_(); //看时序图，至少延时1us，才产生写"时间隙"ds=1;
//写时间隙开始后的15μs内允许数据线拉到高电平 TempDelay(5); //所有写时间隙必须最少持续60us
} else //写 0

ds=0; {

电平并保持至少60μs，这里us
ds=1;
_nop_();
_nop_();
}
}
}

******************************************/

/*----------------------------------------
进行温度转换：
先初始化
然后跳过ROM：跳过位ROM地址，直接向ds18B20发温度转换命令，适合单片工作
发送温度转换命令
------------------------------------------*/

void tem_change() {
ds_write_byte(0x44);
}

/*----------------------------------------
获得温度：
------------------------------------------*/
uintget_temperature()
{

ds_reset();
delay(1); //约2ms
ds_write_byte(0xcc);
ds_write_byte(0xbe);
a=ds_read_byte();
b=ds_read_byte();
temp=b;
temp<<=8;
temp=temp|a;
wendu=temp*0.0625;
temp=wendu*10+0.5;
return temp;
}
/*----------------------------------------
读ROM------------------------------------------*/

{ /*

uchara,b;
ds_reset();
delay(30);
ds_write_byte(0x33);
a="ds"_read_byte();
b="ds"_read_byte();
}
*/
voidbaojing(temp)
{