课程设计电子温度计.doc
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1、目 录1、基于单片机的温度数据采集系统设计方案31.1课程设计的规定31.2课程设计目的31.3系统设计总体方案32、系统硬件介绍42.1硬件组成42.2 AT89C51单片计算机的组成原理42.2.1组成框图及内部总体结构42.2.2单片机各口及其负载能力、接口规定52.3 DS18B20数字温度传感器介绍82.3.1 功能介绍82.3.2 DS18B20温度传感器的存储器102.3.3 DS18B20的内部逻辑图122.3.4 DS18B20读写时序122.3.5存储器操作命令143、硬件电路设计153.1主控制器153.2显示电路164、软件设计164.1 主程序模块164.2 温度检测
2、流程175、程序的编写与调试185.1 程序的编写185.2调试程序206、仿真调试207、课程设计体会228、参考文献 23附1:源程序代码23摘要现代测温应用中,温度计向数字化方向发展。传统的机遇物理方法的温度计功能单一,而数字温度计以其便携,检测精度高,功能多等优点应用的越来越广泛。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的之一,它所给人带来的方便也是不可否认的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的规定越来越高,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。本课程设计研究四位数字温度计的设计与
3、实现,并采用Protues软件和Keil软件来对其进行仿真,通过电阻值的变化使相应电压发生改变,输出电压经A/D转换后,其值由AT89C51解决,最后将其显示在4个七段数码显示器上。随着技术的发展,一些环境比较恶劣的场合中也能觅得数字温度计的踪迹。在本文中,重要从功能组合,硬件组合,软件算法等几个方面探讨温度计的设计。数字温度计在现代测温应用方面具有诸多优势,值得进一步学习和研究。关键词:单片机AT89C51、模数转换、数码显示1、基于单片机的温度数据采集系统设计方案1.1课程设计的规定1)基本范围-501102)精度误差小于0.53)LED数码直读显示4)扩展功能5)可以任意设定温度的上下限
4、报警功能1.2课程设计目的(1) 通过本次课程设计加深对单片机课程的全面结识复习和掌握,对单片机课程的应用进一步的了解。(2)掌握按键消抖的方法,LED的动态显示,DS18B20的使用和编程原理。(3)通过本次课程设计可以将单片机软硬件结合起来,对程序进行编辑,校验。(4)掌握Keil及proteus仿真软件的使用方法。1.3系统设计总体方案根据任务书规定,初步思绪如下:温度计电路设计总体设计方框图如下图所示,本设计是测温电路,使用热敏电阻之类的器件运用其感温效应,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解决,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。温
5、度是非电量模拟信号,数字显示温度就必须将这一非电量信号转换成电量(电压或电流),然后将模拟电信号经A/D转换器转换成数字信号,最后经译码显示器显示温度值。控制器采用单片机AT89C51,采集到的温度模拟信号05V用一个滑动变阻器分压实现,模拟信号数字化是通过ADC0808实现的,其重要功能和规定的实现是通过可编程芯片AT89C51单片机达成的,用4位LED数码管显示温度。主 控 制 器LED显 示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡电源2、系统硬件介绍2.1硬件组成本系统所用的硬件有:见表2。表2系统硬件清单器件名称数量AT89C52单片机1个USB接口1个USB供电的电缆线1个0.56寸红色
6、,5461as共阴四位数码管1个DS18B201个电容若干电阻若干导线若干2.2 AT89C51单片计算机的组成原理2.2.1组成框图及内部总体结构振荡器及时序 OSC8051CPU程序存储器4KB ROM数据存储器256B2个16位定期器/计数器64K总线扩展控制器可编程I/O可编程全双工串行口外时钟源 外部事件计数中断 控制 并 行 口 串行通信 图2-1AT89C51单片机功能结构框图 图2-1为AT89C51单片机功能结构框图 AT89C51 芯片内部集成了 CPU、RAM、ROM、定期/计数器和I/O口等各功能部件,并由内部总线把这些不见连接在一起。AT89C51单片机内部包含以下一
7、些功能部件:(1) 一个8位CPU;(2) 一个片内振荡器和时钟电路;(3) 4KB ROM(80C51有4KB掩膜ROM,87C51有4KB EPROM,80C31片内有无ROM);(4) 128B内RAM;(5) 可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路;(6) 两个16位定期/计数器;(7) 21个特许功能寄存器;(8) 4个8位并行I/O口,共32条可编程I/O端线;(9) 一个可编程全双工串行口;(10) 5个中断源,可设立成2个优先级。2.2.2单片机各口及其负载能力、接口规定 80C51共有4个8位并行I/O端口,共32个引脚 (1)P0口8位双向I/O口。 在不并行扩展外存储
8、器(涉及并行扩展I/O口)时, P0口可用作双向I/O口。 在并行扩展外存储器(涉及并行扩展I/O口)时, P0口可用于分时传送低8位地址(地址总线)和8位数据信号(数据总线)。位结构如图2-4所示。P0口能驱动8个LSTTL门。 VCC地址/数据控制锁存器P0.XDCPQQMUXV1V2P0.X引脚读锁存器写锁存器内部总线读引脚&1图2-2 P0口位结构(2) P1口8位准双向I/O口(“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻)。位结构如图2-5所示。 P1口能驱动为4个LSTTL门。VCC锁存器P1.XDCPQQP1.X引脚读锁存器写锁存器内部总线读引脚内部上拉电阻图 2-3 P1口位结构
9、(3) P2口8位准双向I/O口。在不并行扩展外存储器(涉及并行扩展I/O口)时, P2口可用作双向I/O口。在并行扩展外存储器(涉及并行扩展I/O口)时, P2口可用于传送高8位地址(属地址总线) 。P2口能驱动4个LSTTL门。P2口的位结构如图2-6所示,引脚上拉电阻同P1口。在结构上,P2口比P1口多一个输出控制部分。锁存器P2.XDCPQQ读锁存器写锁存器内部总线读引脚VCCP2.X引脚内部上拉电阻1地址控制MUX图 2-4 P2口位结构 (4) P3口8位准双向I/O口。可作一般I/O口用,同时P3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。P3口驱动能
10、力为4个LSTTL门。 图 2-5 P3口位结构上述4个I/O口,各有各的用途。 在不并行扩展外存储器(涉及并行扩展I/O口)时, 4个I/O口都可作为双向I/O口用。在并行扩展外存储器(涉及并行扩展I/O口)时, P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,P2口专用于传送高8位地址信号。P3口根据需要常用于第二功能,真正可提供应用户使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端线。2.3 DS18B20数字温度传感器介绍2.3.1 功能介绍DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20的“一线器件”体积更小、合用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器D
11、S1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特并且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一线总线”字化温度传感器 同DS1820同样,DS18B20也 支持“一线总线”接口,测量温度范围为 -55C+125C,-10+85C范围内,精度为0.5C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,新的产品支持3V5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便
12、。并且新一代产品更便宜,体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序设定912位的分辨率,精度为0.5C。可选更小的方式,更宽的电压合用范围。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电仍然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最佳的!性能价格比也非常杰出! DS1822DS18B20软件兼容,是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM,精度减少为2C,合用于对性能规定不高,成本控制严格的应用,是经济型产品。 继“一线总线”的初期产品后,DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电
13、压、特性及封装有更多的选择,让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。DS18B20的内部结构DS18B20内部结构重要由四部分组成: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。DS18B20的管脚排列如下: DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。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(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20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)
14、。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完毕对温度的测量,以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625/LSB形式表达,其中S为符号位,见表3-1。表3-1DS18B20内部温度表达形式这是12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,假如测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;假如温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的
15、数字输出为07D0H,+25.0625的数字输出为0191H,-25.0625的数字输出为FF6FH,-55的数字输出为FC90H。见表3-2表3-2DS18B20转化温度形式实际温度值数字输出(二进制)数字输出(十六进制)+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 111
16、1 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6EH-551111 1100 1001 0000FC90H2.3.2 DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器涉及一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、T和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节,前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八位,第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝,第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝,这三个字
17、节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检查字节,见表3-3。表2-3DS18B20暂存存储器的8个连续字节寄存器内容字节地址温度最低数字位0温度最高数字位1高温限值2低温限值3保存4保存5计数剩余值6每度计数值7CTR校验8该字节各位的意义如下: TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是1 ,TM是测试模式位,用于设立DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设立为0,用户不要去改动。R1和R0用来设立分辨率,如下表所示:(DS18B20出厂时被设立为12位),见表3-4表3-4分辨率设立表 根据DS18B20的
18、通讯协议,主机控制DS18B20完毕温度转换必须通过三个环节:每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才干对DS18B20进行预定的操作。复位规定主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待1660微秒左右,后发出60240微秒的存在低脉冲,主CPU收到此信号表达复位成功。 DS1820使用中注意事项DS1820虽然具有测温系统简朴、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点,但在实际应用中也应注意以下几方面的问题: (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿,由于DS1820与微解决器间采用串行数据传送,因此
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