基于DS18B20的温度显示仪实习报告Word下载.docx
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其内容应包括:
实习目的、实习内容、实习结果及实习心得等项目
附录A..........................................22
附录B..........................................23
附录C..........................................24
第一章绪论
1.1选题的背景、目的及意义
温度控制在工业自动化控制中占有非常重要的地位。
单片机系统的开发给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命,自动化、智能化均离不开单片机的应用。
将单片机控制方法运用到温度控制系统中,可以克服温度控制系统存在的严重滞后现象,同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和精度。
现代自动控制越来越朝着智能化发展,在很多自动控制系统中都用到了主控机,小型机,甚至是巨型机处理机等,当然这些处理机有一个很大的特点,那就是很高的运行速度,很大的内存,大量的数据存储器。
但是随之而来的是巨额的成本。
在很多小型系统中,处理机的成本占系统成本的比例高达20%,而对于这些小型系统来说,配置一个如此高速的处理机没有任何必要,因为这些小系统追求经济效益,而不是在乎系统的快速性,所以用成本低廉的单片机控制小型的,而不是很复杂,不需要大量复杂运算的系统中是非常合适的。
随着电子技术以及应用需求的发展,单片机技术得到了迅速发展,在高集成度,高速度,低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。
1.2国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果
已经研究出了SNB1000T总线式温度显示仪。
SNB1000系列智能显示仪,配合各种传感器构成各种状态显示仪表,本身自带工业通用的MODBUS-RTU通讯协议,是在线监测仓库、机房等环境状态的实用型仪器,也可广泛应用于需要实时温度、湿度、压力、水位等数据采集监测的各种应用场合。
其特点与特色为:
1、高亮LED显示,远距离可以看到数据。
2、小巧轻便,可手持也可壁挂,使用方便。
3、带通讯接口,可随时随地连接到电脑,实时观测数据。
4、自带实时数据监测工具软件。
1.3对选题的研究设想、研究方法或实验设计
在本次设计中,整个系统以STC89C52为核心。
温度传感器DS18B20完成环境温度装换功能,以SM420564四位共阴数码显示管显示。
其主要研究内容包括两方面,一是对系统硬件部分的设计,包括温度采集电路和显示电路;
二是对系统软件部分的设计,应用汇编语言实现温度的采集与显示。
第二章系统整体设计
2.1系统设计方案
采用技术成熟、操作简单、精确度高的数字温度传感器DS18B20,根据它的特点和测温原理,很容易就能直接读取被测温度值并进行转换,这样就可以满足设计要求。
通过74HC138译码后,再经过74LS377选择,最后经过SM420564显示,系统硬件电路图如图2.1所示:
时钟振荡
STC89C52
SM420564显示
译码驱动
单片机复位
DS18B20
温度传感器
图2.1系统硬件电路图
第三章系统的硬件选择与设计
3.1主控制器的设计
1、STC89C52的简介
STC89C52是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可编程的Flash只读程序存储器,兼容标准8051指令系统及引脚,并集成了Flash程序存储器,既可在线编程(ISP),也可用传统方法进行编程,因此,低价位STC89C52单片机可应用于许多高性价比的场合,可灵活应用于各种控制领域,对于简单的测温系统已经足够。
单片机STC89C52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,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。
各引脚图如3.1所示:
图3.1STC89C52各引脚图
3.2温度采集电路的设计
1、温度采集器
DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器,它体积小、经济。
是世界上第一片支持“一只总线”接口的温度传感器。
一线总线独特而且经济等特点,是用户可以轻松的组件传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。
它的温度测量范围为-55~+125°
C。
它的传输方式大大提高了抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量。
支持3.3~5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便、体积小、便宜。
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:
全数字温度转换及输出
先进的单总线数据通信
简单的多点分布式测温应用
无需外部器件
可通过数据线供电。
供电范围为3.3V到5V。
测温范围为-55~+125℃(-67~+257℉)
在-10~+85℃范围内精确度为±
5℃
温度计分辨率可以被使用者选择为9~12位
最多在750ms内将温度转换为12位数字
内置EPROM,先温报警功能
应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统
DS18B20内部结构主要由四部分组成:
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、各种封装形式如图3.2所示。
其中,DQ为数据输入/输出引脚,也可用作开漏单总线接口引脚,当被用在寄生电源工作方式下,可以向器件提供电源;
GND为地信号;
VDD为可选择的电源引脚,当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
DS18B20内部结构如图3.2、3.3所示:
图3.2外部封装形式图3.3传感器电路图
温度传感器DS18B20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3.4所示。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留位(FFh)
保留位(0Ch)
保留位(10h)
CRC
Byte0
Byte1
Byte2
Byte3
Byte4
Byte5
Byte6
Byte7
Byte8
图3.4高速暂存RAM结构图
其中,前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。
暂存存储器的第5个字节是配置寄存器,可以通过相应的写命令进行配置,其内容如下表:
表3.1配置寄存器
R1
R0
1
bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0
其中R0和R1是温度值分辨率位,可按表3.2进行配置。
表3.2温度值分辨率配置表
分辨率
最大转换时间(ms)
9位
93.75ms(tconv/8)
10位
183.50ms(tconv/4)
11位
375ms(tconv/2)
12位
750ms(tconv)
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。
单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前、高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
温度值格式如表3.3所示:
表3.3温度值补码表
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
LSByte
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
Bit15
Bit14
Bit13
Bit12
Bit11
Bit10
Bit9
Bit8
MSByte
S
26
25
24
这是12位转化后得到的12位数据,存储在DS18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于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;
如果温度小于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。
格式中,S表示位。
对应的温度计算:
当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,直接将二进制位转换为十进制;
当S=1时,表示测得的温度植为负值,先将补码变换为原码,再计算十进制值。
例如+125℃的数字输出为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。
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,则将该器件内的告警标志置位,并对主机发出的告警搜索命令做出响应。
因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码(CRC)。
主机根据ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20中的CRC值做比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。
2、温度采集电路
设计的温度采集电路如图3.5所示。
图3.5温度采集电路图
3.3温度显示电路的设计
通过74HC138译码后,再经过74LS377选择,最后经过SM420564显示。
1、74HC138简介
74HC138是一款高速CMOS器件,74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。
74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入(A0,A1和A3),并当使能时,提供8个互斥的低有效输出(Y0至Y7)。
74HC138特有3个使能输入端:
两个低有效(E1和E2)和一个高有效(E3)。
除非E1和E2置低且E3置高,否则74HC138将保持所有输出为高。
利用这种复合使能特性,仅需4片74HC138芯片和1个反相器,即可轻松实现并行扩展,组合成为一个1-32(5线到32线)译码器。
任选一个低有效使能输入端作为数据输入,而把其余的使能输入端作为选通端,则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器,未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状。
74HC138的引脚图如图3.6所示。
图3.674HC138的引脚图
2、74HC377简介
双2位D触发器
简要说明:
54/74LS377为八D边沿触发器,其主要电特性的典型值如下(具体厂家有
可能不是完全一致):
型号fmPD
54/74LS37740MHz85mW
当允许控制端/E为低电平时,时钟端(CP)脉冲上升沿作用下,输出端Q
与数据端D相一致。
当CP为高电平或者低电平时,D对Q没影响。
引出端符号:
/E允许控制端(低电平有效)
D0~D7数据输入端
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