基于DS18B20的温控系统实习报告Word文件下载.docx
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2)在测温模式下,实时测出当前温度并显示。
(可采用LED显示或LCD显示,显示结果精度不得低于0.1°
C)。
3)在测温模式下,实时比较当前温度与报警温度,当高于高温报警TH时,系统红灯亮,声音警报响,同时启动冷却电路开始制冷(冷却电路的启动用继电器控制);
当在高温报警TH与低温报警TL之间时,系统绿灯亮。
上述内容为基本要求,可按照自己的理解增加功能使之更完善。
基本要求:
●明确设计任务,复习与查阅有关资料。
设计所用硬件芯片按给定使用。
●按要求对设计进行简要说明,总体设计方案,各部分的详细设计。
●写出体会和总结。
要求全部使用A4纸打印稿,不少于5000字。
主要参考资料:
●李朝青编.《单片机原理及接口技术》(简明修订版).北京航空航天大学出版社,1998
●冯克.《MCS-51单片机实用子程序及其应用实例》.黑龙江科学技术出版社,1990
●杨欣荣等.《智能仪器原理、设计与发展》.中南大学出版社,2003
●孙传友等.《感测技术基础》.电子工业出版社,2001
●王福瑞等.《单片微机测控系统设计大全》.北京航空航天大学出版社,1999
●科技期刊:
《单片机与嵌入式系统应用》、《实用测试技术》、《自动化仪表》、《传感器世界》、《测控技术》、《电子技术应用》等2001年以后各期。
完成期限:
2010年12月13日
指导教师签名:
一、背景及意义
随着电子技术的发展,人们的生活日趋数字化,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。
多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便;
支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计,降低了成本;
以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心,以ATMEL公司的AT89S52为控制器设计的DS18B20温度控制器结构简单、测温准确、具有一定控制功能的智能温度控制器。
二、系统分析
美国达拉斯(D.ALLAS)公司生产的单总线数字式温度传感器,由于具有结构简单、不需要外接电路、可用一根I/O数据线既供电又传输数据、可由用户设置温度报警界限等特点,近年来广泛用于各个需要测量和控制温度的地方。
前些年,集成式数字温度传感器DS18B20的出现开辟了温度传感器技术的新领域,它利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量。
而可组网数字式温度传感器DS18B20则是DS1820的更新产品,利用它,用户可以方便的构建适合自己的测温系统,同时,DS18B20可以提高系统的抗干扰性,使系统的设计更灵活、方便,而且适合在恶劣的环境下进行温度测量。
DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构如图1所示,主要由4部分组成:
64位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的管脚排列如图2所示,DQ为数字信号输入/输出端;
GND为电源地;
VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地,见图4)。
ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码,每个DS18B20的64位序列号均不相同。
64位ROM的排的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。
ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
图1DS18B20的内部结构
图2DS18B20的管脚排列
DS18B20详细引脚功能描述
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
I/O
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。
DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量,用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625℃/LSB形式表达,其中S为符号位。
DS18B20温度/数字对应关系如下表1所示:
表1实测温度和数字输出的对应关系:
Table1Relationshipbetweenmeasuredtemperaturesanddigitaloutput
温度/º
C
数字输出(二进制)
数字输出(十六进制)
+125
+85
+25.0625
+20.125
+0.5
-0.5
-20.125
-25.0625
-55
0000011111010000
0000010101010000
0000000110010001
0000000010100010
0000000000001000
0000000000000000
111111*********00
111111*********10
111111*********1
111111*********0
07D0H
0550H
0191H
00A2H
0008H
0000H
FFF8H
FF5EH
FF6FH
F000H
DS18B20内部暂存存储器的第5个字节是结构寄存器,它主要用于确定温度值的数字转换分辨率,字节结构如下
R
其中R1,R2用于设置分辨率,如下表2所示
表2DS18B20分辨率设置表
温度分辨
最大转换时间
9位
93.75ms
10位
187.5ms
11位
375ms
12位
750ms
三、系统硬件设计
DS18B20与单片机的典型接口设计
图3以MCS-51系列单片机为例,画出了DS18B20与微处理器的典型连接。
图3(a)中DS18B20采用寄生电源方式,其VDD和GND端均接地,图3(b)中DS18B20采用外接电源方式,其VDD端用3V~5.5V电源供电。
图3(a)寄生电源工作方式
图3(b)外接电源工作方式
四、系统软件设计
DS18B20的一线工作协议流程是:
初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。
其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序
初始化时序
写时序
读时序
3个子程序:
INIT为初始化子程序,WRITE为写(命令或数据)子程序,READ为读数据子程序,所有的数据读写均由最低位开始。
INI11:
CLRDAT
DJNZR2,INI11;
主机发复位脉冲持续3μs×
200=600μs
SETBDAT;
主机释放总线,口线改为输入
MOVR2,#30
IN12:
DJNZR2,INI12;
DS18B20等待2μs×
30=60μs
CLRC
ORLC,DAT;
DS18B20数据线变低(存在脉冲)吗?
JCINI10;
DS18B20未准备好,重新初始化
MOVR6,#80
INI13:
ORLC,DAT
JCINI14;
DS18B20数据线变高,初始化成功
DJNZR6,INI13;
数据线低电平可持续3μs×
80=240μs
SJMPINI10;
初始化失败,重来
INI14:
MOVR2,#240
IN15:
DJNZR2,INI15;
DS18B20应答最少2μs×
240=480μs
RET
;
------------------------
WRITE:
CLREA
MOVR3,#8;
循环8次,写一个字节
WR11:
SETBDAT
MOVR4,#8
RRCA;
写入位从A中移到CY
WR12:
DJNZR4,WR12
等待16μs
MOVDAT,C;
命令字按位依次送给DS18B20
MOVR4,#20
WR13:
DJNZR4,WR13
保证写过程持续60μs
DJNZR3,WR11
未送完一个字节继续
READ:
MOVR6,#8;
循环8次,读一个字节
RD11:
MOVR4,#4
NOP;
低电平持续2μs
口线设为输入
RD12:
DJNZR4,RD12
等待8μs
MOVC,DAT
主机按位依次读入DS18B20的数据
读取的数据移入A
MOVR5,#30
RD13:
DJNZR5,RD13
保证读过程持续60μs
DJNZR6,RD11
读完一个字节的数据,存入A中
主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤:
初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。
必须先启动DS18B20开始转换,再读出温度转换值。
假设一线仅挂接一个芯片,使用默认的12位转换精度,外接供电电源,可写出完成一次转换并读取温度值子程序GETWD。
GETWD:
LCALLINIT
MOVA,#0CCH
LCALLWRITE;
发跳过ROM命令
MOVA,#44H
发启动转换命令
MOVA,#0CCH;
LCALLWRITE
MOVA,#0BEH;
发读存储器命令
LCALLREAD
MOVWDLSB,A
温度值低位字节送WDLSB
MOVWDMSB,A
温度值高位字节送WDMSB
……
子程序GETWD读取的温度值高位字节送WDMSB单元,低位字节送WDLSB单元,再按照温度值字节的表示格式及其符号位,经过简单的变换即可得到实际温度值。
五、结束语
DS18B20是目前最流行的单总线温度传感器之一。
它的接口电路简单、可靠,因此咋温度检测系统以及测控网络中将会有广泛的应用前景。
【参考文献】
1.李广弟等.《单片机基础》修订本.北京航空航天大学出版社,2001
2.李朝青编.《单片机原理及接口技术》(简明修订版).北京航空航天大学出版社,1998
3.公茂法等.《单片机人机接口实例》.北京航空航天大学出版社,1998
4.冯克.《MCS-51单片机实用子程序及其应用实例》.黑龙江科学技术出版社,1990
5.王福瑞等.《单片微机测控系统设计大全》.北京航空航天大学出版社,1999
6.徐仁贵等.《单片微型计算机应用技术》.机械工业出版社,2001
7.杨恢先等.《单片机原理及应用》国防科技大学出版社,2003
8.李鸿等.《单片机原理及应用》.湖南大学出版社,2002
9.徐惠民等.《单片微型计算机原理、接口与应用》.北京邮电大学出版社,2001
10.杨欣荣等.《智能仪器原理、设计与发展》.中南大学出版社,2003
六、实习心得
经过这几天的努力,实习终于完成了。
虽然我只是担任这次课程设计的部分主要工作,负责对DS18B20进行资料的查阅和部分程序编写。
由于DS18B20与微机处理器间采用串行数据传送,因此,在对DS18B20进行程序编写时,必须严格保重读写时序,否则将无法读取测温结果。
在DS18B20测温程序设计中,向DS18B20发出温度转换后,程序总要等待DS18B20的返回信号,一旦DS18B20接触不好或断线,当程序读该DS18B20时,将没有返回信号,程序将陷入死循环。
这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计过程中给予了一定的重视。
整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。
我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。
在这次设计中遇到了很多问题,在实际设计中才发现,书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的,所以有些问题不但要深入地理解,而且要不断地更正以前的错误思维。
一切问题必须要靠自己一点一滴的解决,而在解决的过程中也是我个人能力提升的过程。
对于单片机设计,其硬件电路是比较简单的,主要是解决程序设计中的问题,而程序设计是一个很灵活的东西,它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力,它才是一个设计的灵魂所在。
因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。
很多子程序是可以借鉴书本上的,但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在,这需要对单片机的结构很熟悉。
因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合,二者是密不可分的。
给我印象最深的是要设计一个成功的电路,必须要有耐心,要有坚持的毅力。
在整个电路的设计过程中,花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上,如在多种方案的选择中,我们仔细比较分析其原理以及可行的原因。
最后还是在老师的耐心指导下,使整个电路可稳定工作。
实习过程中,我深刻的体会到在设计过程中,需要反复实践,其过程很可能相当烦琐,有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做,那时心中未免有点灰心,有时还特别想放弃,此时更加需要静下心,查找原因。
总体来说,这次实践我受益匪浅。
在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力。
在让我体会到了设计电路的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。
最后感谢老师和我的组员们在这次设计中给于我的帮助和支持
实习成绩评定表
评定项目
内容
满分
评分
总分
学习态度
学习认真,态度端正,遵守纪律
10
答疑和设计情况
认真查阅资料,勤学好问,提出的问题有一定的深度,分析解决问题的能力教强。
40
说明书质量
设计方案正确、表达清楚;
设计思路、实验(论证)方法科学合理;
达到课程设计任务书规定的要求;
图、表、文字表达准确规范,上交及时。
回答问题情况
回答问题准确,基本概念清楚,有理有据,有一定深度。
总成绩
采用五级分制或百分制。
五级分制:
优、良、中、及格、不及格
指导教师评语:
签名:
年月日
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