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1、C51单片机数字式温度计设计与制作,第一部分 实际应用,温度是工农业生产中最常用的参数之一。近年来，随着家用电器、日用装置的自动化、无公害、节能运动的日益发展，特别是微控制器的应用，对各类传感器的需求更是大量增加，在30多种常用物理量的测量传感器中，对温度传感器的需要量占首位，大约占50%左右。如果按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类，一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这是温度计的是指极为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这
2、种方法将会产生很大误差。非接触测温的测温原件与被测对象互不接触。最常用的是根据辐射热交换原理制成的传感器。,第二部分 项目成果展示,图6-1 数字温度计实物参考图,数字式温度计设计与制作,1.任务 为某温室大棚设计一个数字式温度计，以便当棚内温度变化时，能及时提醒工作人员进行处理，保证温室温度变化在较小范围。2.要求（1）能实现温度数据的采集与记录。（2）能实现各测量值的显示，精度为0.1，温度范围不超过55。（3）能实现上下限报警。,第三部分 基本功能设计,具体功能如下：温度检测：系统能够实时检测大棚温度，温度分辨率为0.1，温度范围为-55+55。温度显示：系统能实时显示大棚温度值，显示到
3、小数点后一位。在设置上、下限报警时，显示上下限提醒标志。温度报警：系统能够设置大棚温度范围，当棚内温度超出设定范围时发生报警。报警设置：系统能够设置上、下限报警温度值，设定精度为0.1。,知识要点：,（1）DS18B20的使用； （2）蜂鸣器的使用。,第四部分 知识补充,知识一 数字温度传感器DS18B20的使用介绍 知识二 蜂鸣器的扩展,知识一 数字温度传感器DS18B20的使用介绍,一、 DS18B20的外观及内部结构 DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这
4、样的数字温度计，十分方便。,内部框图,为了满足测温的灵活性，需要在不同的场合选择不同的精度，通过对配置寄存器（CONFIG）的编程即可实现上述目的，CONFIG的格式如图6-5所示。其中R1、R0决定温度转换的精度位数，R1、R0与转换位数、转换时间的关系如表6-1所示，如果不对CONFIG编程，表示默认12位转换精度。,DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以16位符号扩展的二进制补码读数形式存储在高速缓存器的第0、1字节单元。单片机可以通过单总线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。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
5、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，不同温度与数字输出的对应关系如表6-3所示,DS18B20温度值格式,2DS18B20的控制方法 DS18B20与单片机的连接有两种方法：一种是VDD接外部电源，GND接地，DQ与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时VDD、GND接地，DQ接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线都要接5K左右的上拉电阻。,寄生电源供电方式,外部电源供电方式,根据DS18B20的通信协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过如下几个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行初始化操作，初
6、始化成功后执行一条对ROM的操作指令，然后进行存储器（包括SCRATCHPAD RAM和E2RAM）操作指令，使DS18B20完成温度测量并将结果存入高速暂存器，在此基础上，主机才能读出转换结果。DS18B20共有5条ROM操作命令（见表6-4）和6条RAM操作命令（见表6-5）。,3DS18B20的时序及编程 DS18B20与单片机的通信是通过严格的时序来实现 的，每次传送数据或命令都是由一系列的时序信号组成的，共有三种基本时序：初始化时序；写0、1时序；读0、1时序。初始化时序如图6-6所示。单片机先发一个复位脉冲，保持低电平时间最少480us，最多不能超过960us。然后，单片机释放总线
7、，等待DS18B20的应答脉冲。DS18B20在接受到复位脉冲后等待1560us才能发出应答脉冲。应答脉冲能保持60240us。单片机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少要等待480us。,图6-6 DS18B20初始化时序,初始化程序：,void delay_us（uchar us）/s延时 while（us-）;void reset()dq=1; /dq复位delay_us（1）; /稍做延时dq=0; /单片机将dq拉低delay_us（80）; /精确延时大于480sdq=1; /拉高总线delay_us（8）; flag=dq; /flag=0初始化成功，flag=1则初始化失败del
8、ay_us（20）; ,DS18B20写时序,DS18B20写,DS18B20写,void write_byte（uchar dat） /写一个位uchar i;bit onebit;for（i=1;i1;if（onebit） dq=0;_nop_(); _nop_(); dq=1; delay_us（5）;,DS18B20写,else dq=0;delay_us（8）; dq=1;_nop_();_nop_();,DS18B20读,DS18B20读时序,DS18B20读,bit read_bit() /读一个位bit dat;dq=0; _nop_(); dq=1; _nop_();_nop
9、_(); dat=dq; delay_us（10）;return（dat）; ,DS18B20读,uchar read_byte()/读一个字节uchar value,i,j;value=0; for（i=0;i8;i+） j=read_bit();value=（j1）; return（value）; ,知识二 蜂鸣器的使用,蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电。广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。按结构的不同，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。,1蜂鸣器的结构原理,压电式蜂鸣器：压电式蜂鸣器主
10、要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。电磁式蜂鸣器：电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。,2蜂鸣器驱动,由于自激蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。,3蜂鸣器播放音乐,蜂鸣器发声时，由单片机定时器的定时器产生不同频率的音频脉冲，经放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。,通过定时计数器产生一定频率的信号发出音乐,第五部分 项目实施,(一)硬件电
11、路电路图的设计 (二)元器件清单 (三)程序流程图设计,(一)硬件电路电路图的设计,1.电路的原理图 电路如图所示作为用户按钮输入端，P0.0P0.6和P2.4P2.7作为LED扩展输出端口；当P1.0检测到低电平开始计数，LED做出相应显示，检测到高电平时停止计数，当前四位计数值即为中奖号码。再次按下按钮时又可重新开始。,温度计原理图,(二)元器件清单,项目实施,根据项目要求,软件的设计主要实现温度的读取和显示，并与上、下限进行比对，实现超限报警，同时还利用中断设置温度上、下限。因此，整个软件分为按键中断子程序、温度采样子程序、显示子程序和主程序等。,按键中断子程序：,按键中断子程序又包括S
12、1和S2中断子程序，S1作为功能键使用，S2作为设定上、下限数值增减的按钮使用。具体操作是：按S1进入中断处理，第一次为上限温度值增加设定，其后按S2增加设定。每按一次增大0.1，如果要做减小设定，需要再按一次S1，随后可按S2做递减设定，每按一次减小0.1；下限的设定方法与上限值一样，按第3次S1做下限温度增加设定，第4次S1按下做下限递减设定。第5次按下S1便可退出到当前温度。,按键程序流程图,主程序流程图,相关课程设计课题,1. 任务利用流水灯流动速度监测温度的变化。2. 要求（1）温度检测：系统能够实时检测温度。（2）温度显示：系统能实时显示所检测的温度值，同时能以流水灯流动速度反映当前温度，温度变化每超过0.5，速度变化一级。,相关课程设计课题,（3）声音提示：当流水灯流动速度发生变化时，有“嘀”声提示。提示：温度的变化为室温到人体温度。 按照数组温度计的设计思路，设计制作上述要求的自动数字式温度测量装置，并完成相应设计说明文档。,
