DS18B20数字温度计设计.docx
- 文档编号:9056766
- 上传时间:2023-05-16
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:1,001.11KB
DS18B20数字温度计设计.docx
《DS18B20数字温度计设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《DS18B20数字温度计设计.docx(23页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
DS18B20数字温度计设计
XX工程学院
课程设计说明书(论文)
课程名称单片机原理及应用
题目DS18B20数字温度计设计
1.课程设计应达到的目的
在学习《单片机原理及应用A》课程的基础上,进一步深入理解MCS-51单片机的结构、工作原理和应用技术,提高单片机控制系统设计、研发的能力;按照教学计划的要求,利用一周时间,综合应用所学知识,设计具有一定功能的小型单片机控制系统,培养学生一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力,要求学生能通过独立思考、查阅工具书、参考文献,提出自己的设计方案,找出设计中遇到问题的解决途径。
2.课程设计题目及要求
●设计课题:
DS18B20数字温度计设计
说明:
学生既可以从“《单片机原理及应用实验与课程设计指导书》XX工程学院,2014年第二部分课程设计”所列出的十个选题中根据自己的情况选择一个课题进行设计,也可以自拟课题进行设计,但选择后者时,必须首先征得指导教师的认可。
(课题的起评分参见实验与课程设计指导书)
1.整个课程设计的各个环节都要自己动手。
2.可以选择采用汇编语言或C语言编程实现;
3.其他要求参见“《单片机原理及应用实验与课程设计指导书》”;
3.课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕
设计任务:
1.基本任务:
利用nKDE-51单片机实验教学系统上的硬件资源,实现所选课题要求的功能。
2.附加任务:
在完成《单片机原理及应用实验与课程设计指导书》所列要求的基础上,学生可以发挥自主创新能力,拓展设计功能。
工作量要求:
1.设计的硬件电路图与程序流程图;
2.源程序代码;
3.系统运行结果符合课程设计要求。
4.基本任务为必做项目,附加任务为选做项目;
5.对课程设计进行总结,撰写课程设计说明书。
4.主要参考文献
1、《单片机原理及应用实验与课程设计指导书》XX工程学院,2014年
2、《nKDE51单片机实验教学系统实验指导书》XX邮电大学,2011年
3、《单片机原理与应用及C51程序设计》(第3版),谢维成等编著,清华大学,2014年
4、《单片机原理及应用》(第2版),李建忠,XX电子科技大学,2008年
5、其他参考资料(自选)
5.课程设计进度安排
起止日期
工作内容
2014年12月22/29日
12月23/30日
12月24/31日
12月25/1月2日
6月26/1月3日
收集资料,完成总体设计,画出系统的硬件电路图;
画出程序流程图,编制源程序,拟定调试步骤;
实验室调试,修改、完善设计方案及内容;
实验室调试,设计结果验收;
撰写设计报告。
6.成绩考核办法
1、设计和调试满分为25分、答辩验收满分为30分,视以下情况计分:
①完成基本任务,可获得基本分35分;
②完成拓展功能,可最多加20分;
2、课程设计说明书:
基本分20分,满分为30分;
3、考勤(15分):
缺勤一次扣5分,缺勤三次及以上不及格。
教研室审查意见:
教研室主任签字:
年月日
院(系、部、中心)意见:
主管领导签字:
年月日
第一章 引言
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标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,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。
在这个信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现的时代。
能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。
传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。
热敏电阻的成本低,但需后续信号处理电路,而且可靠性相对较差,测温准确度低,检测系统也有一定的误差。
与传统的温度计相比,这里设计的数字温度计具有读数方便,测温X围广,测温精确,数字显示,适用X围宽等特点。
选用AT89C51型单片机作为主控制器件,DSl8B20作为测温传感器通过液晶显示屏1602串口传送数据,实现温度显示。
通过DSl8B20直接读取被测温度值,进行数据转换,该器件的物理化学性能稳定,线性度较好。
该器件可直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。
另外,该温度计还能直接采用测温器件测量温度,从而简化数据传输与处理过程。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温X围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用AT89C51,测温传感器使用DS18B20,用液晶显示屏1602以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。
第二章 设计
2.1 设计方案
在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,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 设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示,控制器采用单片机AT89S51,温度传感DS18B20,用液晶显示屏1602以串口传送数据实现温度显示。
图2.1 总体设计方框图
2.3 主控制器
AT89C51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满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
2.4显示电路
显示电路液晶显示屏1602,从P2口RXD,TXD串口输出显示。
2.5温度传感器设计
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新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的性能特点如下:
独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;无须外部器件;可通过数据线供电,电压X围为3.0~5.5V;零待机功耗;温度以9或12位数字;用户可定义报警设置;报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图2.2所示。
图2.2DS18B20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2.3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2.3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
保留
保留
CRC
图2.3DS18B20字节定义
由表2.1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。
表2.1DS18B20温度转换时间表
R1
R0
分辨率/位
温度最大转向时间
0
0
9
93.75
0
1
10
187.5
1
0
11
375
1
1
12
750
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2.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表2.2 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
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。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。
另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为:
初使化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
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2.4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。
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。
图2.4DS18B20与单片机的接口电路
第三章系统整体硬件电路
3.1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,如图3.1所示。
图3.1中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置,图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限X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。
图3.1中的按健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。
3.2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p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收,四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动,显示比较清晰。
如图3.2所示,为温度显示电路。
图3.1单片机主板电路
图3.2温度显示电路
第四章系统软件算法分析
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。
4.1主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度,其程序流程见图4.1所示。
图4.1主程序流程图图4.2读温度流程图
4.2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9字节,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4.2示
4.3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms,在本程序设计中采用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上图,图4.3所示。
图4.3温度转换流程图
4.4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,其程序流程图如图4.4所示。
图4.4 计算温度流程图图4.5 显示数据刷新流程图
4.5显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作,当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图4.5。
第五章课程设计程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDBUS=P0^0;
sbitSW1=P0^1;
sbitRS=P0^7;
sbitRW=P0^6;
sbitEN=P0^5;
ucharlu[]={0x00,0x0A,0x1F,0x04,0x1F,0x04,0x0A,0x11,
0x00,0x1C,0x14,0x1C,0x14,0x1C,0x10,0x10};
ucharxue[]={0x00,0x1F,0x04,0x1F,0x04,0x04,0x1F,0x00,
0x00,0x04,0x0A,0x15,0x0E,0x02,0x06,0x04,};
union{
ucharc[2];
uintx;
}temp;
ucharflag;
uintcc,cc2;
floatcc1;
ucharbuff1[12]={"temperature:
"};
ucharbuff2[6]={"+00.0"};
voidfbusy()
{
P2=0xff;
RS=0;
RW=1;
EN=1;
EN=0;
while((P2&0x80))
{
EN=0;
EN=1;
}
}
voidwc51r(ucharj)
{
fbusy();
EN=0;
RS=0;
RW=0;
EN=1;
P2=j;
EN=0;
}
voidwc51ddr(ucharj)
{
fbusy();
EN=0;
RS=1;
RW=0;
EN=1;
P2=j;
EN=0;
}
voidinit()
{
wc51r(0x01);
wc51r(0x38);
wc51r(0x0c);
wc51r(0x06);
}
voidxm(ucharw)
{
init();
{
for(w=0;w<16;w++)
{
wc51r(0x40+w);
wc51ddr(lu[w]);
}
wc51r(0xC6);
wc51ddr(0x00);
wc51ddr(0x01);
for(w=0;w<16;w++)
{
wc51r(0x50+w);
wc51ddr(xue[w]);
}
wc51r(0xC9);
wc51ddr(0x02);
wc51ddr(0x03);
}
voidxh()
{
wc51r(0x80);
wc51ddr('2');
wc51ddr('0');
wc51ddr('8');
wc51ddr('1');
wc51ddr('2');
wc51ddr('1');
wc51ddr('2');
wc51ddr('0');
wc51ddr('6');
}
voiddelay(uintuseconds)
{
for(;useconds>0;useconds--);
}
ucharow_reset(void)
{
ucharpresence;
DBUS=0;
delay(50);
DBUS=1;
delay(3);
presence=DBUS;
delay(25);
return(presence);
}
ucharread_byte(void)
{
uchari;
ucharvalue=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
value>>=1;
DBUS=0;
DBUS=1;
delay
(1);
if(DBUS)value|=0x80;
delay(6);
}
return(value);
}
voidwrite_byte(ucharval)
{
uchari;
for(i=8;i>0;i--)
{
DBUS=0;
DBUS=val&0x01;
delay(5);
DBUS=1;
val=val/2;
}
delay(5);
}
voidRead_Temperature(void)
{
ow_reset();
write_byte(0xCC);
write_byte(0xBE);
temp.c[1]=read_byte();
temp.c[0]=read_byte();
ow_reset();
write_byte(0xCC);
write_byte(0x44);
return;
}
voidmain()
{
uchark;
delay(10);
EA=0;
flag=0;
while(SW1==1)
{delay(1000);
xm();
xh();}
init();
wc51r(0x80);
for(k=0;k<12;k++)
{wc51ddr(buff1[k]);}
while
(1)
{
wc51r(0xca);
wc51ddr(0xdf);
wc51ddr(0x43);
delay(10000);
Read_Temperature();
cc=temp.c[0]*256.0+temp.c[1];
if(temp.c[0]>0xf8){flag=1;cc=~cc+1;}elseflag=0;
cc1=cc*0.0625;
cc2=cc1*100;
buff2[1]=cc2/1000+0x30;
if(buff2[1]==0x30)
buff2[1]==0x20;
buff2[2]=cc2/100-(cc2/1000)*10+0x30;
buff2[4]=cc2/10-(cc2/100)*10+0x30;
if(flag==1)
buff2[0]='-';
else
buff2[0]='+';
wc51r(0xc5);
for(k=0;k<6;k++)
{wc51ddr(buff2[k]);}
}
}
第六章 实验结果图
6.1显示XX学号电路图
6.2显示温度电路图
第七章 总结与体会
经过将近一个星期的单片机课程设计,终于完成了我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,毕竟这次设计终于完成了,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,在温度已显示在LCD液晶显示屏上时,下面的的一个难关就是设置一个按键先显示XX再显示学号,刚开始时出现很多困难比如按键没有达到想要的结果,或是XX在LCD上显示不正确等等,但最后通过我们查资料,同学之间相互讨论终于把这些问题解决掉,我还记得当时当我的名字和学号出现在LCD显示频上时,那一刻我的心情,非常愉悦,还蛮有成就感的,毕竟我是班上第一个在LCD上显示自己的XX和学号的。
总之通过这次课程设计我发现有好多的东西,只有我们去试着做了,才能真正的掌握,只学习理论有些东西是很难理解的,更谈不上掌握。
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。
- 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:
- DS18B20 数字 温度计 设计