实验报告1.docx
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实验报告1.docx
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实验报告1
1.设计任务与要求
1.1设计任务
(1)设计基于单片机控制的数字温度计,本温度计属于多功能温度计。
(2)设置上下报警温度,当温度不在设置范围内时,可以报警。
1.2设计要求
(1)精度误差:
0.5摄氏度;测温范围:
10—50摄氏度。
(2)LED数码管或LCD直接显示。
(3)完成对设计系统的测试。
2.总体设计方案
2.1总体设计方案
2.1.1方案一
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。
2.1.2方案二
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。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简
单,故采用了方案二。
2.2方案二的总体设计图
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A289S51,温度传感器采用DS18B20,用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示
图1总体设计方框图
2.2.1主控制器
单片机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。
2.2.2显示电路
显示电路采用3位共阳LED数码管,从P0口输出段码,P2口输出位选。
2.2.3温度传感器
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:
(1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
(2)多个DS18B2。
可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
(3)无须外部器件;
(4)可通过数据线供电,电压范围为3.0-5.5V;
(5)零待机功耗;
(6)温度以9或12位数字;
(7)用户可定义报警设置:
(8)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:
(9)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SOIL封装,其内部结构框图如图2所示。
图2USI8B20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3所示。
头2个字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。
,用户要去改动,R1和RO决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。
图3DS18B20字节定义
由表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0.0625V/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1BS18B20混膺转换时间表
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 因此,可用多只DS18B2。 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。 DS18820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,当计数门扫开时,D518820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。 计数门的开启时问由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-550C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一550C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。 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2一部分温度对应值表 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DS18820(发复位脉冲)一发ROM功能命令一发存储器操作命令一处理数据口 2.3DS18B20温度传感器与单片机的接口电路 DS18820可以采川两种方式供电,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h10SFET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IOUs。 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4DS18B20与单片机连接 2.4系统整体硬件电路 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,如图5所示。 图5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。 图5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。 2.4.2显示电路 显示电路是使用74HC373锁存器和74LS138译码器分别控制段选和位选,利用动态显示。 好处是LED数码管数量大时,电路简单。 3.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。 3.1主程序 程序的主要功能是负贵温度的实时显示、读出并处理D818B20的测量的当前温度值,温度测量每进行一次。 这样可以在一秒之内测量一次被测温度,其程序流程见图7所示. 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8示 3.3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 问约为750-,在本程序设计中采用1: 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9所示 3.4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10所示。
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