DS18B20数字温度计设计实验报告.docx
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DS18B20数字温度计设计实验报告
单片机原理及应用
课程设计报告书
题目:
DS18B20数字温度计
姓名:
李成
学号:
0
指导教师:
周灵彬
设计时刻:
2015年1月
DS18B20数字温度计设计
1.引言
1.1.设计意义
在日常生活及工农业生产中,常常要用到温度的检测及操纵,传统的测温元件有热电偶和热电阻。
而热电偶和热电阻测出的一样都是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部硬件支持。
其缺点如下:
●硬件电路复杂;
●软件调试复杂;
●制作本钱高。
本数字温度计设计采纳美国DALLAS半导体公司继DS1820以后推出的一种改良型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测温范围为-55~125℃,最高分辨率可达℃。
DS18B20能够直接读出被测温度值,而且采纳三线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低本钱和易利用的热点。
1.2.系统功能要求
设计出的DS18B20数字温度计测温范围在0~125℃,误差在±1℃之内,采纳LED数码管直接读显示。
2.方案设计
依照系统设计功能的要求,确信系统由3个模块组成:
主操纵器、测温电路和显示电路。
数字温度计整体电路结构框图如下图:
图
3.硬件设计
温度计电路设计原理图如下图所示,操纵器利用单片机AT89C2051,温度传感器利用DS18B20,利用四位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。
主操纵器单片机AT89C51
具有低电压供电和小体积等特点,两个端口恰好知足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计利用。
系统可用两节电池供电。
AT89C51的引脚图如右图所示:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被概念为高阻输入。
P0能够用于外部程序器,它能够被概念为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0 口作为输入口,当FIASH进行校验时,P0输出,此刻P0外部必需被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供的8位双向I/O口,P1口能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外手下拉为时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部的8位双向I/O口,P2口可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址器进行读写时,P2口输出其特殊功能的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和操纵信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为,并用作输入。
作为输入,由于外手下拉为,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚 备选功能
RXD(串行输入口)
TXD(串行输出口)
/INT0(外部中断0)
/INT1(外部中断1)
T0(记时器0外部输入)
T1(记时器1外部输入)
/WR(外部数据存储器写选通)
/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些操纵信号。
RST:
复位输入。
当复位器件时,要维持RST脚两个的时刻。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存许诺的输出用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此用于输入编程脉冲。
在平常,ALE端以不变的频率周期输出正,此频率为频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于按时目的。
可是要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此刻, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该被略微拉高。
假设是在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每一个两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不显现。
/EA/VPP:
当/EA维持时,那么在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是不是有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端维持时,其间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2别离为反向的输入和输出。
该反向能够配置为片内振荡器。
石荡和陶瓷振荡都可采纳。
如采纳外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部要通过一个二,因此对外部的无任何要求,但必需保证脉冲的高低要求的宽度。
DS18B20的性能特点:
一、适应电压范围更宽,电压范围:
~,在寄生电源方式下可由数据线供电。
二、独特的单线接口方式,DS18B20在与微处置器连接时仅需要一条口线即可实现微处置器与DS18B20的双向通信。
3、DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20能够并联在唯一的三线上,实现组网多点测温。
4、DS18B20在利用中不需要任何外围元件,全数传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
五、温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±℃。
六、可编程的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度别离为℃、℃、℃和℃,可实现高精度测温。
7、在9位分辨率时最多在内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快。
八、测量结果直接输出数字温度信号,以"一线总线"串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。
九、负压特性:
电源极性接反时,芯片可不能因发烧而烧毁,但不能正常工作。
DS18B20与单片机的接口电路(引脚图见右图)
DS18B20能够采纳电源供电方式,此刻DS18B20的第1脚接地,第2脚作为信号线,第3脚接电源。
4.软件设计
系统程序要紧包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和显示数据刷新子程序等。
主程序
主程序的要紧功能是负责温度的实时显示、读出并处置DS18B20的测量温度值。
温度测量每1s进行一次。
主程序流程图如下图。
读出温度子程序
读出温度子程序的要紧功能是读出RAM中的9字节。
在读出时必需进行CRC校验,校验有错时不能进行温度数据的改写。
读出温度子程序流程图如下图所示:
读出温度子程序读出温度子程序的要紧功能是读出RAM中的9字节。
在读出时须进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
得出温度子程序流程图如下图所示。
温度转换命令子程序温度转换命令子程序主若是发温度转换开始命令。
当采纳12位分辨率时,转换时刻约为750ms。
在本程序设计中,采纳1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如下图所示。
计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定。
计算温度子程序流程图如下左图所示.
现实数据刷新子程序现实数据刷新子程序主若是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作,当最高数据显示位为0时,将符号显示位移入下一名。
现实数据刷新子程序流程图如下右图所示.
5.系统调试
系统的调试以程序调试为主。
硬件调试比较简单,第一检查电感的焊接是不是正确,然后可用万用表测试或通电检测。
软件调试能够先编写显示程序并进行硬件的正确性查验,然后别离进行主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和现实数据刷新子程序等的编程及调试
由于DS18B20与单片机采纳串行数据传送,因此,对DS18B20进行读/写编程时必需严格地保证读/写时序;不然将无法读取测量结果。
本程序采纳单片机汇编或C语言编写用或KeilC51编译器编程调试。
软件调试到能显示温度值,而且在有温度转变时显示温度能改变,救大体完成。
性能测试可用制作的温度机和已有的成品温度计同时进行测量比较。
由于DS18B20的精度很高,因此误差指标能够限制在℃之内。
另外,-55~+125℃的测温范围使得该温度计完全适合一样的应用途合,其低电压供电特性可做成用电池供电的手持温度计。
DS18B20温度计还能够在高低温报警、远距离多点测温操纵等方面进行应用开发,但在实际设计中应注意以下问题;
一、DS18B20工作时电流高大,总线上挂接点数较多且同时进行转换时要考虑增加总线驱动,可用单片机端口在温度转换时导通一个MOSFET供电。
二、连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的,因此在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线散布电容和阻抗匹配等问题。
3、在DS18B20测温程序设计中,向DS18B20发出温度转换命令后,程序总要等待DS18B20的返回信号。
一旦某个DS18B20接触不行或断线,当程序读DS18B20时,将没有返回信号,程序进入死循环。
这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时要给予必然的重视。
6.设计总结
历时2个礼拜的单片机课程设计已经终止了,在这两个礼拜的时刻里,咱们在教师的指导下完成了基于DS18B20的数字温度计的设计和制作。
在进行实验的进程中,咱们了解并熟悉DS18B20、AT89C51的工作原理和性能。
而且通过温度计的制作,咱们将电子技术实训课堂上学到的知识进行运用,并在实际操作中觉察问题,解决问题,加倍增加对知识的熟悉和明白得。
在课程设计的进程中,也碰着了一些问题。
比如最开始依照讲义上的电路图进行合理的设计布局和布线。
有些同窗的布局不合理,致使焊接的进程中任务相当繁重,而且不美观。
在以后的烧程序调试的时候,显现问题以后,没有合理布线的同窗在查找问题的进程中相当棘手。
在焊接进程中,显现最多的确实是虚焊问题。
关于那个问题,在焊接的进程中,我尽可能依照书中的指导,尽可能将焊点焊成水滴状,最后接电后再依照数码管的显示情形进行逐个排查。
总之,通过自己在实验室动手制作数字温度计,不仅将讲义的知识与实践相结合,而且在实践中加倍深切了解书中本来抽象的知识。
这也是整个课程设计中最有收成的地址。
7.附录
源程序代码
片机课程设计指导.北京航天航空大学出版社,.
[2]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术.高等教育出版社,.
[3]康华光.电子技术基础(模拟部份).高等教育出版社,.
[4]李忠明.微机原理与接口技术.华中科技大学出版社,.
[5]张毅刚.单片机原理及应用.高等教育出版社,
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- DS18B20 数字 温度计 设计 实验 报告