数字温度计方案设计Word文档格式.docx
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●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,电压范围为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;
2.3.2DS18B20详细引脚功能描述见下表。
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
2.3.3通信过程:
(1)主机拉低单总线至少480us产生复位脉冲;
(2)主机释放单总线,进入接收模式,释放时产生上升沿;
(3)单总线器件检测到上升沿,延时15-60us;
(4)单总线器件通过拉低总线60-240us来产生应答脉冲;
(5)主机接受应答信号,对从机ROM进行命令和功能命令操作;
所有读写时序至少60us,两个独立的时序间至少1us回复时间。
2.3.4DS18B20的基本参数
DS18B20的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3 DS18B20字节定义
由表2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2DS18B20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。
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。
表3一部分温度对应值表
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
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
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。
LED数码管。
采用SM410564.四位数码管。
2.2显示电路
显示电路采用两只4位共阳极LED数码管和数码管的驱动芯片74LS245。
二、硬件设计
1、单片机最小系统
最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。
图为STC89C52单片机的最小系统。
工作原理:
利用单片STC89C52单片机作为本系统的中控模块。
单片机可把由74LS138读来的数据利用软件来进行处理,从而把数据传输到显示模块,实现汉字胡显示。
点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块,把单片机传来的数据显示出来。
三、软件的设计及仿真
1、仿真图
2、流程图
main:
lcallreadtemp
lcalltemptohex
lcalldisplay
ljmpmain
tempto1:
MOVLED1,#0BH
tempto2:
mova,temp_H
anla,#00000111b
movb,a
mova,temp_L
anla,#11110000b
orla,b
swapa
movb,#100
divab
jztempto3
movLED1,#1
tempto3:
mova,#10
xcha,b
movLED2,a
movLED3,b
mova,temp_L
anla,#0fh
movdptr,#tab1
movca,@a+dptr
movLED4,a
ret
display:
mova,LED1
movdptr,#tab
movseg,a
movcom,#7fh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;
movseg,#0ffh
mova,LED2
movdptr,#tab
movcom,#0bfh
mova,LED3
anla,#7fh
movcom,#0dfh
mova,LED4
movcom,#0efh
lcalldelay
3、程序部分
segequp0
comequp1
DQequp2.0
R_COMEQU50H
LED1equ40h
LED2equ41h
LED3equ42h
Led4equ43h
count1equ44h
count2equ45h
temp_Hequ46h
temp_Lequ47h
org0000h
ljmpstart
org0030h
start:
movLED2,#2
movLED3,#8
movLED4,5
movLED1,#11
movseg,#0fh
movcom,#00h
temptohex:
anla,#11111000b
jztempto1
movLED1,#0Ah
cpla
adda,#01h
movtemp_L,a
mova,temp_H
addca,#00h
movtemp_H,a
ljmptempto2
readtemp:
lcallint
mova,#0cch
lcallwrite
mova,#44h
mova,#0beh
lcallread
int:
clrDQ
movcount1,#250
l1:
djnzcount1,l1
setbDQ
movcount1,#30
l2:
djnzcount1,l2
clrc
orlc,DQ
jcint
movr6,#80
l3:
jcl4
djnzr6,l3
sjmpint
l4:
movcount1,#240
l5:
djnzcount1,l5
write:
movcount1,#8
wr1:
movcount2,#8
rrca
wr2:
djnzcount2,wr2
movDQ,c
movcount2,#20
wr3:
djnzcount2,wr3
djnzcount1,wr1
read:
re1:
movcount2,#4
nop
re2:
djnzcount2,re2
movc,DQ
movcount2,#30
re3:
djnzcount2,re3
djnzcount1,re1
delay:
pushb
movb,#0
d1:
djnzb,d1
popb
tab:
db0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,092H,082H,0F8H,080H,090H,0BFH,0FFH
tab1:
db0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9
end
1、调试过程
1.当所有的焊接完成后,利用万能表的二极管档位。
测试,是否整个电路导通。
所有的连线是否正确。
焊接是否到位,有没有短路的情况。
虚焊问题等问题引起数码管不正常显示。
2.当所有的检测没有问题时,然后用下载线把程序下进单片机里。
看温度计是否正常显示。
如果不正常显示,利用万能表找到问题所在。
通常短路的情况为多见。
电源和接地线路,是否正常的导通。
然后在检查三极管和电阻有没有焊接到位。
然后看排线是否有短路的情况;
如果正常。
在接传感器的电路,让温度传感器自行读取环境温度。
总结
通过这次数字温度计的制作。
巩固了焊接技术,熟悉了ds18b20产品。
并充分发挥了组员的动手能力。
看见自己组做的产品能自动的感应环境的温度。
心里有说不出来的兴奋。
从这次设计中,我们真真正正的意识到,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,这就是我们在这次设计中的最大收获。
组员分配情况:
1焊接部分:
每一个人都轮流焊。
主要以唐洪流。
蔡金杰。
刘俊为主。
2程序部分:
每一个都积极参与了。
出现不同的问题。
给与想法和建议。
主要以何秋勤。
张丽萍。
郭雪云为主。
班级:
09楼宇一班
组号:
第五组
成员:
刘俊、何秋勤、张丽萍、唐洪流、蔡金杰、郭雪云
制作人;
张丽萍
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- 数字 温度计 方案设计