多通道温度巡检系统设计课程设计说明书

摘要

设计一个八路温度巡检系统，用八路DS18B20温度传感器分别检测外界八个不同地点的温度信息，通过AT89C51单片机接收八路温度传感器所返回的信息，经过单片机处理后将温度值和通道数等信息传输到LCD液晶显示器进行显示。文中详细论述了温度传感器DS18B20的工作原理、温度信息处理过程、温度显示过程、系统的硬件设计方案以及软件程序设计。

关键词：八路温度巡检；DS18B20；AT89C51；LCD

目录

摘要I

1绪论 1

1.1 设计任务及意义 (1)

1.2 DS18B20温度检测原理 (1)

2 系统总体方案设计 (5)

2.1 系统总体方案框图 (5)

2.2 各模块的功能 (5)

3 硬件电路的设计 (6)

3.1 温度检测电路 (6)

3.2 液晶显示电路 (6)

3.2.1 LM016L介绍 (6)

3.2.2 LM01与51单片机的连接 (7)

3.3 晶振电路 (8)

3.4 复位电路 (8)

3.5 电源电路 (9)

4 系统软件设计 (10)

4.1 系统软件流程图 (10)

4.2 程序设计 (10)

4.2.1 DS18B20的程序设计 (10)

4.2.2 LM017L液晶的程序设计 (11)

4.2.3 主程序设计 (12)

5 系统仿真 (13)

5.1 仿真电路的设计 (13)

5.2 仿真结果 (13)

总结 (15)

参考文献 (16)

致谢 (17)

附录B 程序清单 (19)

八路温度巡检系统设计

1绪论

1.1 设计任务及意义

本设计实现八路温度检测，要求检测温度范围为-55～125摄氏度，用LCD液晶显示器同时显示测量温度值和通道编号，每3秒钟显示一路温度信息。以摄氏度为单位，要求能够实现小数的显示。

温度检测在现实生活、生产当中应用比较普遍，而且起着相当大的作用，特别是一些工业的应用当中，温度的检测更是重要的环节，温度的检测和控制直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术指标相联系。而多路温度的检测在一些范围比较大的施工场地或者监控现场的应用更是广泛，为应用者提供了现场多点的实时环境温度信息。

1.2 DS18B20温度检测原理

DS18B20是DALLAS公司生产的单总线式数字温度传感器，它具有

微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配处理器等优点，特别

适用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号

（提供9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多

个传感器芯片。它具有3引脚TO-92小体积封装形式（如图1.1），测

温范围为-55℃～+125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分

辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输

出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个

DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与多个

DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑

电路。

DS18B20的内部结构：

（1）ROM

在DS18B20内部光刻了一个长度为64-bit的ROM，这个是编码器件

的身份识别标志，如下图所示：图1.1 DS18B20

图1.2 DS18B20的ROM

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64-bit光刻ROM的排列顺序是：开始(最低)8位是产品类型标号，对于DS18B20来说就是(28H);接着的48位是器件自身的序列号；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的作用是使每个DS18B20都不相同，这样可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

对ROM操作的几种指令：

（2）RAM

高速暂存存储器由9个字节组成，包含了8个连续字节，前面两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低8位，第二个字节是温度的高8位。第三个和第四个字节是温度高限TH和温度底限TL的暂存区，第五个字节是配置寄存器暂存区，第6、7、8、9字节是系统保留用，相当于DS18B20的运算内存，第9个字节是冗余校验字节。RAM 内部字节分布如下表所示：

八路温度巡检系统设计

表1-1 DS18B20 RAM字节分布

对RAM操作的几种指令：

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（3）E2PROM

EEPROM只有三个字节，和RAM的第2、3、4字节的内容相对应，它的作用就是存储RAM 第2、3、4字节的内容，以使这些数据在掉电后不丢失。可能通过几条命令将RAM的该3个字节内容复制到EEPROM或从EEPROM将该3个字节内容复制到RAM的第2、3、4字节去。因为我们从外部想改写报警值和器件的设置都是只对RAM进行操作的。要保存这些设置后的数据就还要用相应的命令将RAM的数据复制到EEPROM去。

DS18B20是单总线器件，通讯协议包括几种单线信号类型：复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0、读1。所有这些信号，除存在脉冲外，其余都是由总线控制器（单片机）发出的。根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成一次操作经过三个步骤：

①要对DS18B20进行复位操作；

②复位成功后发送一条ROM指令；

③最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

八路温度巡检系统设计

2 系统总体方案设计

系统采用一片AT89C51芯片、八个DS18B20温度传感器和一个LCD液晶显示器，将八个DS18B20并联在单片机的同一个I/O口上，这样可以达到节约I/O的目的，至于单片机怎样分别去读取每一个温度传感器的温度信息，则由软件部分考虑。

2.1 系统总体方案框图

八路温度巡检系统的总体设计框图如图2.1所示：

图2.1八路温度巡检系统框图

2.2 各模块的功能

温度传感器DS18B20可实施对外界温度的检测，检测到的温度会保存在自身的ROM 里。而对DS18B20的读写控制操作都是通过一根DQ信号线来完成的，对它的操作要严格按照时序进行，这使得对它的编程增加了难度。而同时正是DS18B20的一线性，使它可以轻松地在AT89C51的控制下组成八路检测系统。

AT89C51检测到温度信息后对其进行处理，还原其真实温度，并将其显示在LCD上。

LCD液晶显示器主要负责显示从单片机处所传来的温度值和通道数等信息，并且将八路的信息进行循环显示。