项目8 DS18B20 温度检测及其液晶显示资料文件与下载

项目8 DS18B20 温度检测及其液晶显示

6.1 项目概述

这里我们设计一个简单的基于DS18B20 温度传感器，它具有温度检测精准不仅能检测高温还能检测低温，显示检测到的温度数字能精确到小数，并且抗干扰能力强

6.2 项目要求

基于DS18B20数字温度传感器基本要求如下所示。

（1）   设计一个DS18B20外部环境温度检测并且显示温度值。

（2）   显示温度精确到小数，若未检测到温度则显示屏将进行提示。

6.3 系统设计

6.3.1 框图设计

   基于DS18B20温度检测及LCD1602显示为核心，由AT89C51单片机等部分组成，系统框图如图6-1所示。

6.3.2知识点

通过学习和查阅资料，本项目需要掌握和了解知识如下所示。

l  +5V电源原理及设计。

l  DS18B20的工作原理及设计

l  LCD1602的工作原理及设计

l  AT89C51单片机引脚

l  单片机C语言设计。

6.4 硬件设计

6.4.1电路原理图

   设计基于AT89C51为主控器，采用DS18B20和LCD602为主要元器件。温度检测显示电路采用LCD1602与P0口相连作为显示装置。由P3.3接DS18B20作为温度检测装置。

根据上述分析，设计出基于DS18B20的温度检测及LCD602为显示电路温度检测及显示电路原理图如图6-2所示。

图6-2DS18B20温度检测及显示电路原理图

6.4.2元件清单

6.5 软件设计

6.5.1 程序流程图

上电后液晶屏显示的第一行为检测温度的芯片名称，第一航线是完毕后，第二行显示DS18B20检测到的温度，并且显示屏上显示的数字会根据DS18B20检测到温度不断变化。具体流程图如图   所示

5.2程序清单

基于DS18B20温度传感器，采用AT89C51单片机温度检测及显示程序清单如下所示。

#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DS18B20

unsigned 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result

   E=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480~960us

 for(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dat

          else

               dat|=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LCD

                   i++;                 //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LCD

                   i++;                 //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LCD

                   i++;                 //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LCD

 delaynms(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LCD

                   i++;                 //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LCD

WriteData(digit[k]);    //将十位数字的字符常量写入LCD

WriteData(digit[l]);    //将个位数字的字符常量写入LCD

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LCD

delaynms(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);              

    }    

6.6 系统调试仿真设计

1、系统调试

单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。

硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先静态后动态。

利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中的各器件以及引脚是否连接正确，是否有短路故障。

先要将单片机AT89S52芯片取下，对电路板进行通电检查，通过观察看是否有异常，然后用万用表测试各电源电压，这些都没有问题后，接上仿真机进行联机调试观察各接口线路是否正常。

单片机AT89S52是系统的核心，利用万用表检测单片机电源VCC为（40脚）+5V、晶振是否正常工作（可用示波器测试、也可以用万用表检测两引脚电压一般为1.8V～2.3V之间）、复位引脚RST(复位时为高电平，单片机工作时为低电平)、是否为+5V(高电平)，这样一来单片机就能工作了，再结合电路图，检测故障就很容易了。

2、用Proteus软件仿真

经过Keil软件编译通过后，在ProteusISIS编辑环境中绘制仿真电路图，将编译好的“XM26.hex”文件加载到AT89C52里，然后启动仿真，就可以看到仿真效果如图26-4所示。本项目仿真见教学资源“项目26”。

图6-4项目6仿真效果