温度计实验报告1Word下载.docx
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2.1数字温度计设计方案论证
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,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处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。
2.2总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89S52,温度传感器采用DS18B20,用4位共阴LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图1总体设计框图
2.2.1主控制器
单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,适合便携手持式产品的设计使用。
2.2.2显示电路
显示电路采用4位共阴LED数码管,从P0口输出段码,P2.0—P2.3作片选端。
但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够,所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管,以使数码管高亮显示。
2.2.3温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图2所示。
图2DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有48位,最后8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图3所示。
头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。
第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图3所示。
低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
CRC
图3DS18B20字节定义
由下面表1可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。
因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20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第1、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;
当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。
若T>TH或T<TL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。
主机ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。
2.3DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
图4DS18B20与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式,如图4所示单片机端口接单线总线,为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉,多个DS18B20可以将2口串接到一条总线上,而本设计只用了一个DS18B20。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。
2.4系统整体硬件电路设计
2.4.1主板电路
系统整体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等,单片机主板电路如图5所示:
图5单片机主板电路
图5中包括时钟振荡电路和按键复位电路,按键复位电路是上电复位加手动复位,使用比较方便,在程序跑飞时,可以手动复位,这样就不用在重起单片机电源,就可以实现复位。
另外扩展电路中,蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时,发出报警鸣叫声音,同时LED数码管将没有被测温度值显示,这时可以调整报警上下限,从而测出被测的温度值。
2.4.2显示电路
显示电路是使用的串口显示,这种显示最大的优点就是使用口资源比较少,只用P0和P3口,串口的发送和接收,采用4位共阴LED数码管,从P0口输出段码,P2.0—P2.3作片选端。
但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够,所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管,期望增加驱动电流,以使数码管高亮显示。
图6温度显示电路
3系统软件设计
系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序等。
3.1初始化程序
图7初始化程序流程图
3.2读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的2字节,读出温度的低八位和高八位,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图8示
图8读温度程序流程图
3.3读、写时序子程序
读写的程序是本次设计中的重点和难点,通过我们对其时序的分析,从而写出高效的程序。
写1,0时序
读0,1时序
3.4延时程序
延时程序主要分为短延时和长延时,短延时如果要求十分的精确可以采用定时器,如果要求不太高的话可以采用普通函数的叠加,可以近似时间的延时。
长延时同样的道理,不过要求不是很精确的话,可以采取语言结构的循环来实现延时。
具体程序如下:
表3delay15()延时函数的取值采样:
n的取值
1
2
3
4
10
15
20
22
23
24
时间
17us
48us
69us
90us
216us
321us
426us
468us
489us
510us
4Proteus软件仿真
5课程设计体会
经过将两周的单片机课程设计,终于完成了我们的数字温度计的设计,虽然没有完全达到设计要求,但从心底里说,还是高兴的,毕竟这次设计把实物都做了出来,高兴之余不得不深思呀!
在本次设计的过程中,我发现很多的问题,虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多,单片机课程设计重点就在于软件算法的设计,需要有很巧妙的程序算法,虽然以前写过几次程序,但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事,举个例子,以前写的那几次,数据加减时,我用的都是BCD码,这一次,我全部用的都是16进制的数直接加减,显示处理时在用对不同的位,求商或求余,感觉效果比较好。
还有时序的问题,通过这次的设计我明白了时序才真正是数字芯片的灵魂,所有的程序我们都可以通过对其时序的理解来实现对其操作,同时体会到了单总线结构的魅力。
从这次的课程设计中,我真真正正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,学习单机片机更是如此,程序只有在经常的写与读的过程中才能提高,这就是我在这次课程设计中的最大收获。
最重要的是本次设计是两个人一组,让我们有种组队做单片机开发项目的感觉,毕竟一个项目只靠一个人是很难完成的,今后我们做的项目肯定要多人协作。
在这次设计过程中培养了我们的团队协作精神,便于我们走到工作岗位后能很快适应工作环境。
参考文献
[1]DS18b20数据手册。
[2]求是科技编著8051系列单片机C程序设计完全手册北京:
人民邮电出版社,2006
[3]余发山,王福忠.单片机原理及应用技术.徐州:
中国矿业大学出版社,2003
附录1:
程序名称:
DS18B20温度测量、报警系统
简要说明:
DS18B20温度计,温度测量范围0~99.9摄氏度
可设置上限报警温度、下限报警温度
即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器报警
默认上限报警温度为38℃、默认下限报警温度为5℃
报警值可设置范围:
最低上限报警值等于当前下限报警值
最高下限报警值等于当前上限报警值
将下限报警值调为0时为关闭下限报警功能
******************************************************************/
#include<
AT89X52.h>
#include"
DS18B20.h"
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar//宏定义
#defineSETP3_1//定义调整键
#defineDECP3_2//定义减少键
#defineADDP3_3//定义增加键
#defineBEEPP3_7//定义蜂鸣器
bitshanshuo_st;
//闪烁间隔标志
bitbeep_st;
//蜂鸣器间隔标志
sbitDIAN=P0^7;
//小数点
ucharx=0;
//计数器
signedcharm;
//温度值全局变量
ucharn;
ucharset_st=0;
//状态标志
signedcharshangxian=38;
//上限报警温度,默认值为38
signedcharxiaxian=5;
//下限报警温度,默认值为38
ucharcodeLEDData[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00};
unsignedintReadTemperature(void);
/*****延时子程序*****/
voidDelay(uintnum)
{
while(--num);
}
/*****初始化定时器0*****/
voidInitTimer(void)
TMOD=0x1;
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
//50ms(晶振12M)
/*****定时器0中断服务程序*****/
voidtimer0(void)interrupt1using0
x++;
/*****外部中断0服务程序*****/
voidint0(void)interrupt0using1
EX0=0;
//关外部中断0
if(DEC==0&
&
set_st==1)
{
shangxian--;
if(shangxian<
xiaxian)shangxian=xiaxian;
}
elseif(DEC==0&
set_st==2)
xiaxian--;
if(xiaxian<
0)xiaxian=0;
/*****外部中断1服务程序*****/
voidint1(void)interrupt2using2
EX1=0;
//关外部中断1
if(ADD==0&
shangxian++;
if(shangxian>
99)shangxian=99;
elseif(ADD==0&
xiaxian++;
if(xiaxian>
shangxian)xiaxian=shangxian;
}
/*****读取温度*****/
voidcheck_wendu(void)
uinta,b,c;
c=ReadTemperature()-5;
//获取温度值并减去DS18B20的温漂误差
a=c/100;
//计算得到十位数字
b=c/10-a*10;
//计算得到个位数字
m=c/10;
//计算得到整数位
n=c-a*100-b*10;
//计算得到小数位
if(m<
0){m=0;
n=0;
}//设置温度显示上限
if(m>
99){m=99;
n=9;
}//设置温度显示上限
/*****显示开机初始化等待画面*****/
Disp_init()
P0=0x40;
//显示-
P2=0xf7;
Delay(200);
P2=0xfb;
P2=0xfd;
P2=0xfe;
P2=0xff;
//关闭显示
/*****显示温度子程序*****/
Disp_Temperature()//显示温度
{P2=0xf7;
P0=0x39;
//显示C
Delay(300);
P0=LEDData[n];
//显示个位
P0=LEDData[m%10];
//显示十位
DIAN=1;
//显示小数点
P0=LEDData[m/10];
//显示百位
/*****显示报警温度子程序*****/
Disp_alarm(ucharbaojing)
{P2=0xf7;
P0=LEDData[baojing%10];
P0=LEDData[baojing/10];
if(set_st==1)P0=0x76;
elseif(set_st==2)P0=0x38;
//上限H、下限L标示
/*****报警子程序*****/
voidAlarm()
{unsignedinti;
{
for(i=0;
i<
200;
i++)//喇叭发声的时间循环,
改变大小可以改变发声时间长短
Delay(80);
//参数决定发声的频率,估算值
BEEP=!
BEEP;
BEEP=1;
//喇叭停止工作,间歇的时间,可更改
Delay(20000);
/*****主函数*****/
voidmain(void)
uintz;
InitTimer();
//初始化定时器
EA=1;
//全局中断开关
TR0=1;
ET0=1;
//开启定时器0
IT0=1;
IT1=1;
check_wendu();
for(z=0;
z<
300;
z++)
Disp_init();
while
(1)
if(SET==0)
Delay(2000);
do{}while(SET==0);
set_st++;
x=0;
shanshuo_st=1;
if(set_st>
2)set_st=0;
if(set_st==0)
//关闭外部中断0
//关闭外部中断1
Disp_Temperature();
=shangxian)
P1_0=1;
else
P1_0=0;
xiaxian)
P1_1=1;
P1_1=0;
if((m>
=shangxian)||(m<
xiaxian))
Alarm();
//报警检测
elseif(set_st==1)
//关闭蜂鸣器
EX0=1;
//开启外部中断0
EX1=1;
//开启外部中断1
if(x>
=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;
if(shanshuo_st){Disp_alarm(shangxian);
elseif(set_st==2)
if(shanshuo_st){Disp_alarm(xiaxian);
/*****END*****/
附录2:
整体原理图:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 温度计 实验 报告