1、单片机DS18B20水温控制系统设计单片机DS18B20水温控制系统设计一引言在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成AD转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行AD转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机结合DS18B20水温控制系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和AD转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。目录一引言.二设计目的.三系统
2、功能.四系统设备.五温度控制总体方案与原理.1系统模块图.2系统模块总关系图.六温度转换核心及其算法.1.温度传感器DS18B20原理与特性.DSl8B20的管脚及特点.DS18B20的内部结构.DS18B20的内存结构.DS18B20的测温功能.DSl820工作过程中的协议.温度传感器与单片机通讯时序.2.温度转换算法及分析.七硬件设计说明.1系统总体电路图.2各个模块电路图.输入系统.输出系统.芯片系统.八软件设计说明.1总模块的流程图.2各个模块的流程图.读取温度DS18B20模块的流程.键盘扫描处理流程.九操作指引.按键功能.显示温度.设定温度.十参考文献.程序源代码.二设计目的设计并
3、制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。利用单片机AT89S52实现水温的智能控制，使水温能够在40-90 度之间实现控制温度调节。利用仪器读出水温，并在此基础上将水温调节到我们通过键盘输入的温度（其方式是加热或降温），而且能够将温度显示在我们的七段发光二极管板上。三系统功能1. 可以对温度进行自由设定，到那时必须在0100摄氏度单位内，设定时可以适时的显示说设定的温度值，温度是可以自由设置的，传感器的检测值与设定的温度比较，可以显示在七段发光二极管上。2. 温度由1台1000w电
4、炉来实现，如果温度不在4090度之间，则在LED上显示“8888”,表示错误。3. 能够保持不间断显示水温，显示位数4位，分别为百位，个位，十位，和小数位。（但由于规定不超过90度，所以百位也就没有实现，默认的百位是不显示的）四系统设备ME300B 最小系统板DS18B20 数字温度传感器（集成了A/D转换功能）1000W 电炉温度计继电器风扇盛水器皿六温度转换核心及其算法 1.温度传感器DS18B20原理与特性本系统采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换，大大简化了电路的复杂度，以及算法的要求。首先先来介绍一下DS18B20这块传感器的特性及其功能: DSl8B
5、20的管脚及特点 DS18B20可编程温度传感器有3个管脚。(如图：1) GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3O55 V。本文使用外部电源供电。主要特点有： 1. 用户可自设定报警上下限温度值。 2. 不需要外部组件，能测量55+125 范围内的温度。 3. 10 +85 范围内的测温准确度为05 。 4. 通过编程可实现9l2位的数字读数方式，可在至多750 ms内将温度转换成12 位的数字，测温分辨率可达00625 。 5. 独特的单总线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现与
6、微处理器双向通讯。 DS18B20的内部结构 DS18B20内部功能模块如图2所示，主要由4部分组成：64位光刻R0M（图3）、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。R0M 中的64位序列号是出厂前被光刻好的，他可以看作是该DSISB20的地址序列码，每个DSI8B20的64位序列号均不相同。高低温报警触发器TH 和TL，配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成，使用一个存储器功能命令可对 TH，TL或配置寄存器写入。配置寄存器中R1，R0决定温度转换的精度位数：R1R000,9位精度，最大转换时间为93.75 ms；R1R0 = 01,10位精度，最大转换时间为187.
7、5 ms；R1R0 = 10,11位精度，最大转换时间为375 ms；R1R0 =11,12位精度，最大转换时间为750 ms；未编程时默认为12位精度。本系统采用的也是12位的精度。 DS18B20的内存结构 DSI8B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM （便笺式的内部存储器）和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放高温和低温触发器TH，TL和结构寄存器。便笺存储器包含了9个连续字节（08），前两个字节是测得的温度信息（图4），字节0的内容是温度的低8位，字节1是温度的高8位，字节2是TH（温度上限报警），字节3是TL（温度下限报警），字节4是配置寄存器（图5），用于确
8、定输出分辨率9到12位。第5、6、7个字节是预留寄存器，用于内部计算。字节8是冗余检验字节，校验前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。 DS18B20的测温功能当DSI8B20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0，1字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以0062 5LSB形式表示。温度值格式如图4所示，其中“S”为标志位，对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。图4下面的表是对应的一部分温度值。DSI8
9、B20完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH做比较，若TTH或T RoM操作命令 - 存储器操作命令- 处理数据 1 初始化 单总线上的所有处理均从初始化开始 2 ROM操作品令 总线主机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一这些命令如 指令 代码 Read ROM(读ROM) 33H Match ROM(匹配ROM) 55H Skip ROM(跳过ROM CCH Search ROM(搜索ROM) F0H Alarm search(告警搜索) ECH 3 存储器操作命令 指令 代码 Write Scratchpad(写暂存存储器) 4EH Read Scratchpad(读暂
10、存存储器) BEH Copy Scratchpad(复制暂存存储器) 48H Convert Temperature(温度变换) 44H Recall EPROM(重新调出) B8H Read Power supply(读电源) B4H 温度传感器与单片机通讯时序 2.温度转换算法及分析由于DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，所以要进行计算转换。温度高字节（MS Byte）高5位是用来保存温度的正负（标志为S的bit11bit15），高字节（MS Byte）低3位和低字节来保存温度值（bit0 bit10）。其中低字节（LS Byte）的低4位来保存温度的小数位（bit0 bit 3
11、）。由于本程序采用的是0.0625的精度，小数部分的值，可以用后四位代表的实际数值乘以0.0625，得到真正的数值，数值可能带几个小数位，所以采取小数舍入，保留一位小数即可。也就说，本系统的温度精确到了0.1度。 算法核心：首先程序判断温度是否是零下，如果是，则DS18B20保存的是温度的补码值，需要对其低8位（LS Byte）取反加一变成原码。处理过后把DS18B20的温度Copy到单片机的RAM中，里面已经是温度值的Hex码了，然后转换Hex码到BCD码，分别把小数位，个位，十位，百位的BCD码存入RAM中。由于百位没有用，默认情况是置为0A，在显示屏上没有任何显示。温度算法核心代码 DA
12、TA_DEAL: MOV A,TEMPERATURE_H ；TEMPERATURE_H存放的是DS18B20转换后的高8位的值（上图的MS Byte）ANL A,#80H ；判温度是否零下 JZ TEMPC1 ；A为0，说明是正数，跳往TEMPC1,如果是负数，则对低8为进行补码处理 CLR C MOV A,TEMPERATURE_L ；为负数，对低8 位（上图的LS Byte）求补 CPL A ；取反加1 ADD A,#01H MOV TEMPERATURE_L,A ；取补码后存回TEMPERATURE_L，此时TEMPERATURE_L里面的值就可以表示温度了 MOV A,TEMPERAT
13、URE_H CPL A ADDC A,#00H ；高位TEMPERATURE_H取反，加上从低位TEMPERATURE_L进来的位 MOV TEMPERATURE_H,A ；写回TEMPERATURE_H MOV TEMPERATURE_HC,#0BH SJMP TEMPC11 TEMPC1: MOV TEMPERATURE_HC,#0AH TEMPC11:MOV A,TEMPERATURE_HC SWAP A MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH ；取A低4位(小数位，单位是0.0625),得出来的数要乘以0.0625,通过查
14、表来算出值 MOV DPTR,#TEMPDOTTAB MOVC A,A+DPTR ；查表 MOV TEMPERATURE_LC,A ；TEMPERATURE_LC的低四位保存 小数部分 BCD MOV DIS_BUF_X,A ；小数位的BCD码送入显示buffer中 MOV A,TEMPERATURE_L ；整数部分 ANL A,#0F0H ；得到个位单个数值 SWAP A ；SWAP后就得到个位真正的个位 MOV TEMPERATURE_L,A MOV A,TEMPERATURE_H ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TEMPERATURE_L MOV TEMPERATURE_
15、ZH,A ；组合后的值存入TEMPERATURE_ZH LCALL HtoB ；转换HEx值成为BCD码 MOV TEMPERATURE_L,A ；TEMPERATURE_L目前存入的是十位和个位的BCD编码 ANL A,#0F0H SWAP A ORL A,TEMPERATURE_HC ；TEMPERATURE_HC 低4位 存放 十位数 BCD MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH SWAP A ；TEMPERATURE_LC高4位 存放 个位数 BCD ORL A,TEMPERATURE_LC MOV TEMPERATUR
16、E_LC,A MOV A,R7 JZ TEMPC12 ANL A,#0FH SWAP A MOV R7,A MOV A,TEMPERATURE_HC ；TEMPERATURE_HC高4位 存放 百位数 BCD ANL A,#0FH ORL A,R7 MOV TEMPERATURE_HC,A TEMPC12:RET ；小数部分码表 TEMPDOTTAB: DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H 结果温度值的BCD码存放到TEMPERATURE_HC(百位和十位)，TEMPERATURE_LC(个位和小数
17、位)中七硬件设计说明 1系统总体电路图 2各个模块电路图输入系统 1 键盘模块我们用的下面四个独立键盘中的三个，分别是：K2，K3，K4。 1 温度测量模块 DS18B20通过P3.3口和AT89S52进行通讯。输出系统1继电器模块下图是一个蜂鸣器和一个继电器的图，我们只用到了继电器的图，继电器和单片机的P1.3口进行通讯。单片机DS18B20水温控制系统设计程序源码 TEMPERATURE_L DATA 31H ;DS18B20低8位Buffer TEMPERATURE_H DATA 30H ;DS18B20高8位Buffer TEMPERATURE_HC DATA 32H ;计算后的百位和
18、十位的BCD码存放BUFFER TEMPERATURE_LC DATA 33H ;计算后的个位和小数位的BCD码存放BUFFER TEMPERATURE_ZH DATA 34H ;计算后十位和个位HEX码的存放BUFFER DIS_BUF_X DATA 35H ;数码管小数位Buffer DIS_BUF_G DATA 36H ;数码管个位Buffer DIS_BUF_S DATA 37H ;数码管十位Buffer DIS_BUF_B DATA 38H ;数码管百位Buffer KEY_BUF_G DATA 39H ;键盘输入后，的个位值 KEY_BUF_S DATA 49H ;键盘输入后，的十
19、位值 KEY_BUF_B DATA 41H ;键盘输入后，的百位值 K_UP EQU P1.5 ;上调按钮 K_DOWN EQU P1.6 ;下调按钮 K_ENTER EQU P1.7 ;输入数据确认按钮 P_DS18B20 EQU P3.3 ;读取DS18B20的输入端口 P_SWITCH EQU P1.3 ;继电器控制端口,1风扇，0电炉 FLAG EQU 20H.0 ;标志位,确定是否存在DS18B20 ENTER_FLAG EQU 20H.1 ;键盘输入的标志位,为0说明键盘正在输入，为1说明键盘输入退出;程序开始执行 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN
20、: MOV SP,#60H ;初始化 MOV KEY_BUF_G,#00H ;由于KEY_BUF是由用户输入的，所以先赋值初始化 MOV KEY_BUF_S,#00H MOV KEY_BUF_B,#00HNEXT: LCALL READ_TEMP ;调用读温度子程序 JB FLAG,NORMAL ;判断是否有DS18B20的存在 CALL ERR ;不存在时显示错误信息AJMP NEXTNORMAL: LCALL DATA_DEA ;处理从DS18B20得到的数据 LCALL SET_DIS_BUF ;赋值给DIS_BUF_X,G,S,B LCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序 L
21、CALL SCAN_KEY ;扫描键盘 LCALL SWITCH ;处理继电器 AJMP NEXT;程序名称:ERR;功能:程序出错处理，显示四个8，即8888;入口参数:无;出口参数:DIS_BUF_X,DIS_BUF_G, DIS_BUF_S, DIS_BUF_BERR: MOV DIS_BUF_X,#08H ;如果没有找到DS18B20，那么就显示错误，错误显示为888 MOV DIS_BUF_G,#08H MOV DIS_BUF_S,#08H MOV DIS_BUF_B,#08H LCALL DISPLAY RET;程序名称:DATA_DEAL;功能:处理采集后的的数据;入口参数:TE
22、MPERATURE_L;出口参数:DIS_BUF_G, DIS_BUF_S, DIS_BUF_BDATA_DEAL: MOV A,TEMPERATURE_H ;判温度是否零下 ANL A,#80H JZ TEMPC1 ;A为0，说明是正数，跳往TEMPC1,如果是负数，则对低8为进行补码处理 CLR C MOV A,TEMPERATURE_L ;二进制数求补（双字节） CPL A ;取反加1 ADD A,#01H MOV TEMPERATURE_L,A ;取补码后存回TEMPERATURE_L，此时TEMPERATURE_L里面的值就能表示温;度了，不过还要继续处理一下。 MOV A,TEMP
23、ERATURE_H CPL A ADDC A,#00H ;高位TEMPERATURE_H取反，加上从低位TEMPERATURE_L进来的位 MOV TEMPERATURE_H,A ;写回TEMPERATURE_H MOV TEMPERATURE_HC,#0BH SJMP TEMPC11TEMPC1: MOV TEMPERATURE_HC,#0AHTEMPC11:MOV A,TEMPERATURE_HC SWAP A MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH ;取A低4位(小数位，单位是0.0625),得出来的数要乘以0.0625,通
24、过查表来算出值 MOV DPTR,#TEMPDOTTAB MOVC A,A+DPTR ;查表 MOV TEMPERATURE_LC,A ;TEMPERATURE_LC LOW=小数部分 BCD MOV DIS_BUF_X,A ;小数位的BCD码送入显示buffer中 MOV A,TEMPERATURE_L ;整数部分 ANL A,#0F0H ;得到个位单个数值 SWAP A ;SWAP后就得到个位真正的个位 MOV TEMPERATURE_L,A MOV A,TEMPERATURE_H ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TEMPERATURE_L MOV TEMPERATURE_
25、ZH,A ;组合后的值存入TEMPERATURE_ZH LCALL HtoB ;转换HEx值成为BCD码 MOV TEMPERATURE_L,A ;TEMPERATURE_L目前存入的是十位和个位的BCD编码 ANL A,#0F0H SWAP A ORL A,TEMPERATURE_HC ;TEMPERATURE_HC LOW位 = 十位数 BCD MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH SWAP A ;TEMPERATURE_LC HI位 = 个位数 BCD ORL A,TEMPERATURE_LC MOV TEMPERATUR
26、E_LC,A MOV A,R7 JZ TEMPC12 ANL A,#0FH SWAP A MOV R7,A MOV A,TEMPERATURE_HC ;TEMPERATURE_HC HI = 百位数 BCD ANL A,#0FH ORL A,R7 MOV TEMPERATURE_HC,ATEMPC12:RET; 小数部分码表TEMPDOTTAB: DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H;0.0625-00H;0.0625*2 = 0.125-01H;0.0625*3 = 0.1875-01H;0.06
27、25*4 = 0.25-02H;0.0625*5 = 0.3125-03H;以此类推.;程序名称:HtoB;功能:十六进制转 BCD;入口参数:A;出口参数:R7HtoB: MOV B,#064H ;100 DIV AB ;a/100 MOV R7,A ; MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB SWAP A ORL A,B RET;程序名称:INIT_TEMP;功能:初始化DS18B20,确定DS18B20是否是存在的;入口参数:无;出口参数:FLAGINIT_TEMP: SETB P_DS18B20 NOP CLR P_DS18B20 ;主机发出延时537微秒的复位低脉冲 MOV R0,#6BH MOV R1,#04HTSR1: DJNZ R0,$ MOV 40,
