《数字温度计设计大学论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字温度计设计大学论文（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目目 录录1 设计目的.12.设计要求.13.总体设计方案.13.1 数字温度计设计方案论证 .13.2 方案一的总体设计框图 .13.3 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 .53.4 系统整体硬件电路.63.5 系统软件算法分析 .103.6 读出温度子程序 .103.7 温度转换命令子程序 .123.8 计算温度子程序.133.9 显示数据刷新子程序.144.总结与体会.15参考文献.16附录.1711 1 设计目的设计目的1.学会掌握 0809 单片机.A/D 转换芯片的用法；2.学会掌握 8051 单片机用法；3.学会单片机的程序设计；4.培养查阅资料的能力。 2.2.设计
2、要求设计要求1 基本范围 0-1002 精度误差小于 0.53 LED 数码直读显示3.3.总体设计方案总体设计方案3.13.1 数字温度计设计方案论证数字温度计设计方案论证3.1.1 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，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。3.1.2 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
3、，就可以满足设计要求。根据单片机课程设计的要求与学习目的，学习 A/D 转换器的应用与实现和单片机的接口连接，故采用方案一来实现数字温度计的控制。3.23.2 方案一的总体设计框图方案一的总体设计框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 AT89S51，A/D转换器采用 0809 传输，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，并用蜂鸣报警器来监视温度的值不超过量程范围。2图 1 总体设计方框图3.2.1 主控制器单片机 AT89S51 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
4、持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。3.2.2 显示电路显示电路采用 3 位共阳 LED 数码管，从 P3 口 RXD,TXD 串口输出段码。3.2.3 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 DS18B20 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 3.05.5；（5）零
5、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；主 控 制 器LED 显 示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡报警点按键调整3DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 2 所示。图 2 DS18B20 内部结构64 位 ROM 的结构开始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，最后位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一
6、线进行通信的原因。温度报警触发器和，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和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为字节的存储器，结构如图 3所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，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。低位一直为，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0 决
7、定温度转换的精度位数，来设置分辨率。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。高速暂存的第、字节I/OC64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器 TH低温触发器 TL配置寄存器8 位 CRC 发生器Vdd4保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的 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、字节。单片机可以通
8、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 0.0625LSB形式表示。当符号位时，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 1 DS18B20 温度转换时间表R0R1 0 00 1 0 11 19 10 11 12分辨率/位 温度最大转向时间/ms 93.75 187.5 375 750.DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、T字节内容作比较。若TH 或 TTL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的
9、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；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
10、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、温度寄存器中，计数器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，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器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5计数器计数到时，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温度/二进制
11、表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H另外，
12、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。6DS 18B 20DS 18B 20DS 18B 204.7 KGNDGNDGNDVCCVCC单片机.图 4 DS18B20 与单片机的接口电路3.33.3 DS18B20DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路温度传感器与单片机的接口电路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
13、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。3.43.4 系统整体硬件电路系统整体硬件电路3.4.1 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，A/D 转换器等，如图 5 所示。7图 5 数字温度计控制电路（1）单片机 805188051 单片机有 5 个存储器空间，分别用来安排 4 种不同功用的存储器：一内部数据存储器；二特殊功能寄存器；三内部程序存储器；四外部程序存储器五/外部数据存储器。内部数据存储器和特殊功能寄存器以及内部程序存储器集成于片内，外部程序存储器和外部数据存储器则安排在片外，用接口电路与单片机连接。4 种存储器中，除内部数据存储器和特殊功能寄存器是统一编址的除外，各存储器均分开编址，并用不完全相同的寻址方式来访问它们。A）RAM，共 128 字节，地址范围为 00H 一 7FH，见下图 2。前 32 个单元(地址00H 一 1FH)称为寄存器区。其中，每 8 个寄存器形
