基于ds18b20的数字温度计

基于DS18B20的数字温度计学院：专业：姓名：指导老师：摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计。

关键词：单片机DS18B20 LCD1602 温度计1引言随着人们生活水平的不断提高,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。

本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用LCD1602显示温度。

2 设计方案2.1数字温度计设计方案论证2.1.1方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

2.1.2 方案二进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，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。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

2.2总体设计图3 程序流图：4 原件介绍DS1B2B20：DS18B20采用了独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

DS18B20的管脚排列1. GND为电源地；2. DQ为数字信号输入／输出端；3. VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻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。

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。

64 位光刻ROM 的排列是：开始8 位（地址：28H ）是产品类型标号，接着的48 位是该DS18B20 自身的序列号，并且每个DS18B20 的序列号都不相同，因此它可以看作是该DS18B20 的地址序列码；最后8 位则是前面56 位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1 ）。

由于每一个DS18B20 的ROM 数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个DS18B20 进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个DS18B20 的目的。

DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提供，形式表达，其中S为符号位。

DS18B20的工作时序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，读时序初始化时序主机首先发出一个480－960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。

若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。

做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480－960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15－60微秒后将总线电平拉低60－240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。

若没有检测到就一直在检测等待。

LCD1602:1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.5—5.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1 VSS 电源地9 D2 数据2 VDD 电源正极10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压11 D4 数据4 RS 数据/命令选择12 D5 数据5 R/W 读/写选择13 D6 数据6 E 使能信号14 D7 数据7 D0 数据15 BLA 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极第1脚：VSS为地电源。

第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：背光源正极。

第16脚：背光源负极。

LCD1602的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置#include<reg51.h> //包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件unsigned char code digit[10]={"0123456789"}; //定义字符数组显示数字unsigned char code Str[]={"Test by DS18B20"}; //说明显示的是温度unsigned char code Error[]={"Error!Check!"}; //说明没有检测到DS18B20unsigned char code Temp[]={"Temp:"}; //说明显示的是温度unsigned char code Cent[]={"Cent"}; //温度单位/****************************************************************************** 以下是对液晶模块的操作程序******************************************************************************* sbit RS=P2^0; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚sbit RW=P2^1; //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚sbit E=P2^2; //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbit BF=P0^7; //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚/*****************************************************函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒***************************************************/void delay1ms(){unsigned char i,j;for(i=0;i<10;i++)for(j=0;j<33;j++);}/*****************************************************函数功能：延时若干毫秒入口参数：n***************************************************/void delaynms(unsigned char n){unsigned char i;for(i=0;i<n;i++)delay1ms();}/*****************************************************函数功能：判断液晶模块的忙碌状态返回值：result。

result=1，忙碌;result=0，不忙***************************************************/bit BusyTest(void){bit result;RS=0; //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态RW=1;E=1; //E=1，才允许读写_nop_(); //空操作_nop_();_nop_();_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间result=BF; //将忙碌标志电平赋给resultE=0; //将E恢复低电平return result;}/*****************************************************函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块入口参数：dictate***************************************************/void WriteInstruction (unsigned char dictate){while(BusyTest()==1); //如果忙就等待RS=0; //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令RW=0;E=0; //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲，// 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"_nop_();_nop_(); //空操作两个机器周期，给硬件反应时间P0=dictate; //将数据送入P0口，即写入指令或地址_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=1; //E置高电平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令}/*****************************************************函数功能：指定字符显示的实际地址入口参数：x***************************************************/void WriteAddress(unsigned char x){WriteInstruction(x|0x80); //显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x"}/*****************************************************函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块入口参数：y(为字符常量)***************************************************/void WriteData(unsigned char y){while(BusyTest()==1);RS=1; //RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据RW=0;E=0; //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲，// 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"P0=y; //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=1; //E置高电平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令}/*****************************************************函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置***************************************************/void LcdInitiate(void){delaynms(15); //延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间WriteInstruction(0x38); //显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口delaynms(5); //延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x38);delaynms(5); //延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x38); //连续三次，确保初始化成功delaynms(5); //延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x0c); //显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁delaynms(5); //延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x06); //显示模式设置：光标右移，字符不移delaynms(5); //延时5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x01); //清屏幕指令，将以前的显示内容清除delaynms(5); //延时5ms，给硬件一点反应时间}/************************************************************************以下是DS18B20的操作程序************************************************************************/sbit DQ=P3^3;unsigned char time; //设置全局变量，专门用于严格延时/*****************************************************函数功能：将DS18B20传感器初始化，读取应答信号出口参数：flag***************************************************/bit Init_DS18B20(void){bit flag; //储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在DQ = 1; //先将数据线拉高for(time=0;time<2;time++) //略微延时约6微秒;DQ = 0; //再将数据线从高拉低，要求保持480~960usfor(time=0;time<200;time++) //略微延时约600微秒; //以向DS18B20发出一持续480~960us的低电平复位脉冲DQ = 1; //释放数据线（将数据线拉高）for(time=0;time<10;time++); //延时约30us（释放总线后需等待15~60us让DS18B20输出存在脉冲）flag=DQ; //让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在）for(time=0;time<200;time++) //延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕;return (flag); //返回检测成功标志}/*****************************************************函数功能：从DS18B20读取一个字节数据出口参数：dat***************************************************/unsigned char ReadOneChar(void){unsigned char i=0;unsigned char dat; //储存读出的一个字节数据for (i=0;i<8;i++){DQ =1; // 先将数据线拉高_nop_(); //等待一个机器周期DQ = 0; //单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序dat>>=1;_nop_(); //等待一个机器周期DQ = 1; //将数据线"人为"拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备for(time=0;time<2;time++); //延时约6us，使主机在15us内采样if(DQ==1)dat|=0x80; //如果读到的数据是1，则将1存入datelsedat|=0x00;//如果读到的数据是0，则将0存入dat//将单片机检测到的电平信号DQ存入r[i]for(time=0;time<8;time++); //延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期}return(dat); //返回读出的十进制数据}/*****************************************************函数功能：向DS18B20写入一个字节数据入口参数：dat***************************************************/WriteOneChar(unsigned char dat){unsigned char i=0;for (i=0; i<8; i++){DQ =1; // 先将数据线拉高_nop_(); //等待一个机器周期DQ=0; //将数据线从高拉低时即启动写时序DQ=dat&0x01; //利用与运算取出要写的某位二进制数据,//并将其送到数据线上等待DS18B20采样for(time=0;time<10;time++);//延时约30us，DS18B20在拉低后的约15~60us期间从数据线上采样DQ=1; //释放数据线for(time=0;time<1;time++);//延时3us,两个写时序间至少需要1us的恢复期dat>>=1; //将dat中的各二进制位数据右移1位}for(time=0;time<4;time++); //稍作延时,给硬件一点反应时间}/****************************************************************************** 以下是与温度有关的显示设置******************************************************************************/ /*****************************************************函数功能：显示没有检测到DS18B20***************************************************/void display_error(void){unsigned char i;WriteAddress(0x00); //写显示地址，将在第1行第1列开始显示i = 0; //从第一个字符开始显示while(Error[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写{WriteData(Error[i]); //将字符常量写入LCDi++; //指向下一个字符delaynms(100); //延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明}while(1) //进入死循环，等待查明原因;}/*****************************************************函数功能：显示说明信息***************************************************/void display_explain(void){unsigned char i;WriteAddress(0x00); //写显示地址，将在第1行第1列开始显示i = 0; //从第一个字符开始显示while(Str[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写{WriteData(Str[i]); //将字符常量写入LCDi++; //指向下一个字符delaynms(100); //延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明}}/*****************************************************函数功能：显示温度符号***************************************************/void display_symbol(void){unsigned char i;WriteAddress(0x40); //写显示地址，将在第2行第1列开始显示i = 0; //从第一个字符开始显示while(Temp[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写{WriteData(Temp[i]); //将字符常量写入LCDi++; //指向下一个字符delaynms(50); //延时1ms给硬件一点反应时间}}/*****************************************************函数功能：显示温度的小数点***************************************************/void display_dot(void){WriteAddress(0x49); //写显示地址，将在第2行第10列开始显示WriteData('.'); //将小数点的字符常量写入LCDdelaynms(50); //延时1ms给硬件一点反应时间}/*****************************************************函数功能：显示温度的单位(Cent)***************************************************/void display_cent(void){unsigned char i;WriteAddress(0x4c); //写显示地址，将在第2行第13列开始显示i = 0; //从第一个字符开始显示while(Cent[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写{WriteData(Cent[i]); //将字符常量写入LCDi++; //指向下一个字符delaynms(50); //延时1ms给硬件一点反应时间}}/*****************************************************函数功能：显示温度的整数部分入口参数：x***************************************************/void display_temp1(unsigned char x){unsigned char j,k,l; //j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位j=x/100; //取百位k=(x%100)/10; //取十位l=x%10; //取个位WriteAddress(0x46); //写显示地址,将在第2行第7列开始显示WriteData(digit[j]); //将百位数字的字符常量写入LCDWriteData(digit[k]); //将十位数字的字符常量写入LCDWriteData(digit[l]); //将个位数字的字符常量写入LCDdelaynms(50); //延时1ms给硬件一点反应时间}/*****************************************************函数功能：显示温度的小数数部分入口参数：x***************************************************/void display_temp2(unsigned char x){WriteAddress(0x4a); //写显示地址,将在第2行第11列开始显示WriteData(digit[x]); //将小数部分的第一位数字字符常量写入LCDdelaynms(50); //延时1ms给硬件一点反应时间}/*****************************************************函数功能：做好读温度的准备***************************************************/void ReadyReadTemp(void){Init_DS18B20(); //将DS18B20初始化WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换for(time=0;time<100;time++); //温度转换需要一点时间Init_DS18B20(); //将DS18B20初始化WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器,前两个分别是温度的低位和高位}/*****************************************************函数功能：主函数***************************************************/void main(void){unsigned char TL; //储存暂存器的温度低位unsigned char TH; //储存暂存器的温度高位unsigned char TN; //储存温度的整数部分unsigned char TD; //储存温度的小数部分LcdInitiate(); //将液晶初始化delaynms(5); //延时5ms给硬件一点反应时间if(Init_DS18B20()==1)display_error();display_explain();display_symbol(); //显示温度说明display_dot(); //显示温度的小数点display_cent(); //显示温度的单位while(1) //不断检测并显示温度{ReadyReadTemp(); //读温度准备TL=ReadOneChar(); //先读的是温度值低位TH=ReadOneChar(); //接着读的是温度值高位TN=TH*16+TL/16; //实际温度值=(TH*256+TL)/16,即：TH*16+TL/16//这样得出的是温度的整数部分,小数部分被丢弃了TD=(TL%16)*10/16; //计算温度的小数部分,将余数乘以10再除以16取整，//这样得到的是温度小数部分的第一位数字(保留1位小数)display_temp1(TN); //显示温度的整数部分display_temp2(TD); //显示温度的小数部分delaynms(10);}}5 PROTUES仿真5.1.1功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。