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1、南华大学单片机课程设计题 目 温度计 学生姓名 陈翔 学 号 20069450102 专业班级 船山 07 电气 01 班 指导教师 苏泽光 2010 年 01 月 14 日 2目目 录录摘要3 关键字 3 引言3 第 1 章 前言3 第 2 章 设计方案论证4 2.1 温度采集方案4 2.2 显示方案5 2.3 报警方案5 2.4 电源方案5 第 3 章 理论分析与计算6 31 温度采集部分6 32 显示及报警部分8 33 电源部分 9 第 4 章 系统资源分配10 41 单片机内部资源分配10 42 DS18B20 片内资源处理11 第 5 章 系统调试12 51 系统软件调试12 52
2、显示部分调试12 53 温度采集部分调试1354 系统整体调试13 55 误差分析13 结束语13 参考文献13 致谢14 附录 153数字温度计的设计数字温度计的设计摘摘 要要 DS18B20 是 DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器，他具有独特的单线总线接口方式。文章详细的介绍了单线数字温度传感器 DS18B20 的测量原理、特性以及在温度测量中的硬件和软件设计，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。关键词关键词 单片机；DS18B20；数据采集；测温引言引言 本文所讨论的数据采集系统是一个基于单片机的温度数据采集系统，随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人
3、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。本文采用 DALLAS 半导体公司生产的“一线总线”数字温度传感器 DS18B20 可以只用一跟总线上实现温度的测量，并可实现多路测量，精确度可达到 0.1而且工作电压范围大（3v5v） 。第一章第一章 前言前言本设计通过对电子技术方向的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的检测、控制仪器的制作，能够充分、完整地体现电力专业类学生的理论研究水平，实践动手能力以及
4、专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论到实践的有机结合。本设计能够广泛应用于家庭、工厂、化工、等需要对温度进行实时检测的场所，满足用户对温度实时测试的要求，并能够对温度进行实时显示和对温度上下限进行报警。本设计利用温度传感器 DS18B20 对温度进行检测，得到温度数据然后通过单片机进行处理再通过 LCD 显示，实现实时温度的显示以及体温异常时的报警。本设计需要解决温度传感器 DS18B20 由温度值到数据的可靠转换，单线数据传输的4可靠性， 以及 LCD 的数据显示。第二章第二章. .设计方案论证设计方案论证本设计系统包括温度采集、显示以及报警电源电路，具体实现阐述如
5、下：2.12.1 温度采集方案温度采集方案当用户要完成一项温度测量或控制任务时，首要任务是选择合适的温度采集方案，实现温度物理量到电压物理量的顺利转换，考虑如下方案。方案一：利用接触式水银温度计作为温度测量元件，然后通过光电检测电路，检测水银柱位置确定相应的温度值，此方案运用物理中热胀冷缩原理，原理简单，容易实现温度超过上限值的测试，但是在实时温度方面的要求难于满足，且自制光电检测电路存在调试方面的问题。方案二：利用热电阻电桥实现温度值到电压值的转换，再通过集成运放电路对电信号进行处理，主要是利用温度变化时传感器电阻发生变化引起电信号变化，这种温度传感器在常温和较低温度区范围内有较高的灵敏度，
6、但是对热电阻电桥其他电阻精度要求较高，电桥平衡比较难实现。方案三：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。而且其为单线数据传输，接口电路简单，容易实现等。综合各方面因素，拟采用方案三。2.22.2 显示方案显示方案 在各种仪器仪表使用时，需要通过一些可视化的数据表明当前所测物理量的测试值，因此需要显示部件对整个检测过程进行数据显示，本次设计实际上就是仪器仪表的制作，所以显示方案是重要组成部分，设计中考虑如下方案。方案一：利用液晶显示器 LCD 实现显示功能，
7、由于液晶的四壁效应，在定向膜的作用下，液晶分子在正背玻璃电极上呈水平排列方向互为正交，而玻璃间的分子呈连续扭5转过渡，这样能够使液晶对光产生旋光作用，使光的偏振方向旋转 90，从而实现显示功能。液晶显示具有外观漂亮、低功耗、体积小等特点。 方案二：利用 CRT 显示终端作为显示器件，此方案需要实现单片机与微机之间的通信和数据的可靠传输，微机界面需要设计人员运用编程软件，编程实现。其具有显示画面美观，操作界面的可变化等特点，但是显示仪器体积大，功耗大，不便于携带和户外使用。方案三：利用 LED 数码管作为显示器件，使用 LED 数码管、单片机 I/O 口及部分驱动、译码显示电路即可完成显示功能，
8、其具有体积小，功耗低，可靠性好，寿命长，使用方便等特点，是目前运用最广泛的显示器件。但显示信息量较少。综合各方面因素，拟采用方案一。2.32.3 报警方案报警方案在实际生产和生活中，经常需要用到一些具有报警功能的仪器仪表，来指示人们生产生活中对仪器仪表的操作是否合理或者仪器仪表所检测的对象是否出现不正常现象，本次设计考虑以下设计方案。方案一：利用专用录音芯片录制报警声音，当仪器仪表检测到检测对象出现异常，则通过单片机发出触发信号，触发录音芯片发出报警声音，其具有报警声音的可变性强（即可以通过录制不同的报警声音来实现） ，电路实现简单等特点，但是录音芯片价格较贵。方案二：利用音频放大器件制作音乐
9、报警电路，使用 LM386 音频集成放大器加上一些电阻、电容即可，电路简单，可靠性强，但是单片机编程要求高，而且会较长时间占用 CPU。方案三：利用蜂鸣器制作报警电路，需要器件少，电路简单，单片机编程简单。综合各方面因素，拟采用方案三。2.42.4 电源方案电源方案方案一：采用开关电源电路，电路体积小，对负载要求不是很严，但电路复杂，使6用寿命不长等。方案二：采用线性稳压电路 7805，具有电路简单，可靠性高，适合单片机电路等特点。综合考虑选择方案二。第第 3 3 章章 理论分析与计算理论分析与计算3 31 1 温度采集部分温度采集部分一、一、 单线数字温度计单线数字温度计 DSl820DSl
10、820 介绍介绍 DSl820数字温度计提供9位(二进制)温度读数指示器件的温度信息经过单线接口送 入DSl820或从DSl820送出因此从主机CPU到DSl820仅需一条线(和地线)，DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源，因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DSl820可以存放在同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件，DSl820的测量范围从-55到+125增量值为0.5，可在l s(典型值)内把温度变换成数字信号。 每一个DSl820包括一个唯一的64位长的序号，该序号值存放在DSl820内部的ROM(只读存贮器)中，开始8位
11、是产品类型编码(DSl820编码均为10H)，接着的48位是每个器件唯一的序号，最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码，DSl820中还有用于贮 存测得的温度值的两个8位存贮器RAM，编号为0号和1号，1号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负则1号存贮器8位全为1，否则全为0。0号存贮器用于存放温度值的补码，LSB(最低位)的1表示0.5将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2 2，就得到被测温度值。每只D51820都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长，采取外部供电方式则多用一根导线但测量速度
12、较快 。二、温度计算二、温度计算 71 1 Ds1820用9位存贮温值度最高位为符号位下图为18b20的温度存储方式负温度S=1正温度S=0。如 00AAH为+85,0032H为25，FF92H为55 2、Ds18b20用12位存贮温值度最高位为符号位下图为18b20的温度存储方式负温度S=1正温度S=0 如 0550H为+85，0191H为+25.0625,FC90H为-55三、三、DSl820DSl820的时序的时序 时 序 主机使用时间隙(time slots)来读写DSl820的数据位和写命令字的位 (1)初始化 时序如图所示，主机总线to时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信
13、号)接着在tl时刻释放总线并进入接收状态DSl820在检测到总线的上升沿之后等待15-60us接着DS1820在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240 us)如图中虚线所示 8(2)写时间隙 当主机总线t o时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙见图2253图2254从to时刻开始15us之内应将所需写的位送到总线上DSl820在t后15-60us间对总线采样若低电平写入的位是0见图2253若高电平写入的位是1见图2254连续写2位间的间隙应大于1us (3)读时间隙 见图2255主机总线to时刻从高拉至低电平时总线只须保持低电平l 7ts之后在t1时刻将总线拉高产生读时间隙读时间隙在t1时刻后t 2时刻前有效t z距to为15捍s也就是说t z时刻前主机必须完成读位并在t o后的60尸s一120 fzs内释放总线 ，读位子程序(读得的位到C中) 。3 32 2 显示及报警部分显示及报警部分采用 LCD 显示，硬件电路如图所示：9所要注意的是 LCD 的查忙，因为 LCD 的显示速度没有单片机的速度快，所以就要对 LCD 进行查忙。可以采用在显示的时候调用一个延时程序来避过查忙的时间。报警电路如图所示：Q1 2N2907 LS1SPEAKERI/O电路简单，当 I/O 口输出为 0 是导通蜂鸣器
