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1、单元7 温度采集显示模 块 回顾 1，LED点阵显示屏的工作原理？ 2，LCD1602和LCD12864显示屏的区别是什么 ？本单元任务n任务1 温度测量仪设计 n任务2 数字电压表的制作n任务3 波形发生器的制作 任务1 温度测量仪设计 任务描述：任务分析：在工业控制、测量系统过程中，环境温度的测量和控制是极为普遍 和重要的。设计一个温度实时显示的测量仪器，在机械、生物科研、食品 加工、家电等各个领域都有其很好的利用价值。本任务要求广告屏系统具 备温度实时显示功能，测量精度为1。 为使系统具备实时温度显示功能，需安装温度传感器电路。目前温 度传感器正逐渐从模拟向数字转变，相应的体积也在不断减
2、小。在体积非 常苛刻的惯性器件中使用高精度、数字输出型的温度传感器，MAXIM公司 的DS18B20U最为符合要求。DS1820U是DS18B20系列产品中的一种。 DS18B20的数字温度输出通过“一线”总线方式，直接和单片机I/O相连， 极大简化电路设计，并可以使多个DS18B20U方便地组建成传感器网络， 为整个测量系统的建立和组合提供了更大可能性。 1. DS18B20介绍 n（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生 电源方式下可由数据线供电；n（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接 时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向 通讯；n（3
3、）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并 联在唯一的三线上，实现组网多点测温；n（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感 元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；n（5）温范围55125，在-10+85时精度为 0.5；n（6）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分 别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度 测温；n（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字 ，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。n（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线“串 行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有
4、极强的抗 干扰纠错能力；n（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧 毁，但不能正常工作。 2. DS18B20的外形和内部结构 n64位光刻ROM:光刻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 n温度传感器:DS18B20中的温度传感器完成对温度的 测量n配置寄存器及存储器 n非挥发的温度报警触发器TH和TL TM R1R011111n根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机） 控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步 骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复 位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最 后发送RAM指令，这样才能对
5、DS18B20进行 预定的操作。 3. DS18B20通信指令 (表7-5 )n(1)初始化时序 n(2)写时序 n(3)读时序 4. DS18B20典型应用电路 nDS18B20寄生电源供电方式 nDS18B20的外部电源供电方式 5. DS18B20编程方法 n主机控制多个寄生供电DB18B20编程步骤 步 骤主机数据（LSB在先 ）说明1TXReset（复位）复位脉冲 2RXPresence（应答）应答脉冲 3TX55h发出”Match ROM”（符合ROM）命令 4TX发出DS18B20地址 5TX44h发出”Convert T”（温度变换 ）命令 6TXI/O线至少保留2s高电平以便
6、完成转换 7TXReset（复位）复位脉冲（480us960us） 8RXPresence（应答）应答脉冲 9TX55h发出”Match ROM”（符合ROM）命令 10TX发出DS18B20地址 11TXBEh发出”Read Scratchpad”（读暂 存存储器）命令 12RX（9个数据字节）读暂 存存储器以及CRC，并把计算得出的CRC和读 出的CRC相比较。如两者相符，主机继续 操作； 如不符，重复此读操作。 13TXReset（复位）复位脉冲 14RXPresence（应答）应答脉冲，操作完成。n主机控制单个外部供电DB18B20编程步骤 步骤主机数据（LSB在先）说明1TXRese
7、t（复位）复位脉冲2RXPresence（应答）应答脉冲3TXCCh发出”Skip ROM”（跳过ROM）命令4TX44h发出”Convert T”（温度变换 ）命令 5RX读”忙”标志3次，直至数据为FFh（全为1） 6TXReset（复位）复位脉冲7RXPresence（应答）应答脉冲8TXCCh发出”Skip ROM”（符合ROM）命令 9TXBEh发出”Read Scratchpad”（读暂 存存储器）命 令 10RX（9个数据字节）读暂 存存储器以及CRC，并把计算得出的 CRC和读出的CRC相比较。如两者相符 ，数据有效，主机保存温度值。 11TXReset（复位）复位脉冲 12R
8、XPresence（应答）应答脉冲，操作完成。n1. Proteus电路设计 n2. Keil C51程序设计 n3. Proteus-Keil联合调试仿真 任务实施硬件电路图n（1）程序流程 主程序包括温度采集和显示 两部分，温度采集 DS18B20编程过程参考表7 -9所示，数码管显示的编程 方法亦可查阅单元4的讲解 。 n运行Proteus-Keil联合调试仿真 【课堂思考】请改用液晶屏1602实现实时温度的显示。任务2利用adc0809制作数字电压表 任务描述：任务分析：在某些产品上，如数字电压表、数字血压计等，需要将电压、电流 等模拟量转化成数字信号输入到单片机进行数据处理并显示。本
9、任务要求 实时采集0-5V可连续变化的模拟电压信号，并转换成单片机可以识别的数 字信号，并显示在数码管上。 目前一般运用A/D集成电路完成模拟信号到数字信号的转换，再将 转换后的数字信号输入单片机处理。ADC0809集成芯片是8位8路的A/D转 换器，满足本设计要求。1. A/D转换基本性能指标 n分辨率(Resolution)：指数字量变化一个最小 量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的 比值。分辨率又称精度，通常以数字信号的位 数来表示。 如：12位A/D转换器，满刻度为10v A/D能分辨电压变化的最小值为： 10v/212=0.0024v=2.4mv n转换时间，转换速率 (Con
10、version Rate)是指 完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的 时间的倒数。采样时间则是另外一个概念，是 指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成 ，采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转 换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上 等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是 ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo / Million Samples per Second）。 n量化误差(Quantizing Error) 由于AD的有限分 辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯 状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD） 的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差
11、。通 常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表 示为1LSB、1/2LSB。 2, ADC0809介绍 nADC0809主要特性和性能指标： 8路8位AD转换器，即分辨率8位。 具有转换起停控制端。 转换时间为100s 单个5V电源供电 模拟输入电压范围05V，不需零点和满 刻度校准。 工作温度范围为-4085摄氏度 低功耗，约15mW。 nADC0809芯片封装：28引脚，双列直插式 n通道地址选择 C B A被选择 的通道0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7n工作时序
12、nADC0809的工作过程是：首先输入3位地址， 并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地 址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。 START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降 沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低， 指示转换正在进行。直到AD转换完成， EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果 数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请 。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转 换结果的数字量输出到数据总线上。 n1. Proteus电路设计 n2. Keil C51程序设计 n3. Proteus-Keil联合调试仿真 任务实施硬件电路图n本设计包括显示部分和电压采集转换两部分电 路
13、设计，其中显示采用数码管，电路连接原理 见单元4，电压采集转换选用ADC0808， ADC0808是ADC0809的缩减版，方便仿真。 由于电压测量信号输入IN0，可将通道选通端 A、B、C直接接地，数据接P1口，另外 ADC0808的数据低位为OUT8，因此和P1口相 连时正好相反，CLOCK管脚选择Proteus激励 库中的500K时钟模型触发，其余OE、START 、EOC管脚用P3.0、P3.1、P3.2控制。 n（1）程序流程主程序实现变量 初始化、定时器 初始化、启动电 压转换并读取转 换后数据。定时 器1中断程序完成 数码管扫描显示 任务。 转换程序设计： while(1) ST
14、=0; ST=1; ST=0; /ST:启动转换信号 while(EOC=0); /EOC=1跳出等待 OE=1; /允许输出到单片机 getdata=P1; /P1=0809的输入，数据送到getdata中 OE=0; /不允许输出 getdata=getdata*0.0196*100; /数据处理：8位对应5V，1 位对应0.0196v，再放大100倍 disp0=getdata/100; /百位对应个位 disp1=(getdata%100)/10; /十位对应小数点1位 disp2=(getdata%100)%10; /个位对应小数点2位 n运行Proteus-Keil联合调试仿真 任
15、务3利用DAC0832制作波形发生器 任务描述：任务分析：在某些应用，如波形发生器或示波器需要生成各式频率的各种波形 。，它们的工作原理是通过D/A转换，即将数字信号转换成模拟信号来实现 的。本任务要求制作简易波形发生器产生锯齿波、三角波和方波。 D/A转换经常应用在机电一体化电子控制系统中，生成满足系统需 要的各种开环和闭环控制信号。DAC0832是一款常用的D/A转换器，本设 计将选用它实现简易波形发生器的制作。 1. D/A转换器DAC0832 nDAC0832芯片是一种具有两个输入数据寄存 器的8位DAC，它能直接与MCS-51单片机接 口，其主要特性参数如下：q分辨率为8位；q电流稳
16、定时间1us;q可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；q只需在满量程和下调整其线性度；q单一电源供电（5V15V范围内都可以正常工 作）；q低功耗，200mW nDAC0832芯片为20引脚，双列直插式封装 qDI07：数据输入线；qILE：数据锁存信号，高电平有效q/CS ：片选q/WR1：输入寄存器的写选通信号输入锁存器的锁存信号LE1 由ILE|、CS、WR1的逻辑组合产生。当ILE为高电平、CS为 低电平、WR1为输入负脉冲时，在LE1产生正脉冲；LE1为 高电平时，输入锁存器的状态随数据输入线的状态变化， LE1的负跳变将数据线上的信息锁入输入寄存器。 q/XFER：数据传送信号，低电平有效。q/WR2：DAC寄存器写选通信号qVREF：基准电源输入引
