电子设计与制作实训-数字温度计.doc

电子设计与制作实训 数字温度计班级： 五大二中 专业： 计算机通信 组长： 组员：指导教师: 1. 设计要求和实现的功能 制作一台可向测量气温的数字温度计 l 1、5v直流供电l 2、可以测量气温-10oc-100 ocl 3、4位数码显示，反映速度3秒1.1 数字温度计设计方案论证1.1.1 方案1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。1.1.2 方案2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。1.2 方案2的总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图1-1所示。图1-1 数字温度计总体设计方框图2 硬件电路设计系统整体硬件电路包括单片机控制器，温度传感器。本设计采用stc89c52rc为控制器，ds18b20为温度传感器与单片机的接口电路。1.中央处理器（cpu）中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。mcs-51的cpu能处理8位二进制数或代码。2.内部数据存储器（内部ram）8052芯片中共有256个ram单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部ram。3.内部程序存储器（内部rom）8052共有4kb掩膜rom，用于存放程序、原始数据或表格，因此称之为程序存储器，简称内部rom。4.定时器/计数器8052共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。5.并行i/o口mcs-51共有四个8位的i/o口（p0、p1、p2、p3），以实现数据的并行输入输出。在实训中我们已经使用了p1口，通过p1口连接8个发光二极管。6.串行口mcs-51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。7.中断控制系统mcs-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。全部中断分为高级和低级共二个优先级别。显示电路双2位8段数码管由4位共阴极led数码管、位驱动电路、端输入电路组成，采用动态扫描的方式显示。温度传感器2.3.1 ds18b20的简介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912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3.05.5v；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；ds18b20采用3脚pr35封装或8脚soic封装，其内部结构框图如图2-5所示。图2-5 ds18b20内部结构64rom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2-5所示。头2个字节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2-6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0，用户要去改动，r1和r0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。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9字节的存储器，结构如图2-6所示。图2-6 ds18b20字节定义由图2-6可见，其中1、2字节用来存放当前温度，1为低8位，2为高8位。字节3、4用来预置报警温度的上下限，字节5用于配置寄存器，用于确定温度数据位数，字节6、7、8均为保留字节，字节9存放前8个字节循环冗余校验码（crc）。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tth或ttl，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的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。2.3.2 ds18b20的两个表格由表2-7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。表2-7 ds18b20温度转换时间表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。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0.0625lsb形式表示。当符号位s0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s1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。如表2-8是一部分温度值对应的二进制温度数据。表2-8一部分温度对应值表温度/c二进制表示十六进制表示+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 10000000h0.51111 1111 1111 0000fff8h10.1251111 1111 0101 1110ff5eh25.06251111 1110 0110 1111fe6fh551111 1100 1001 0000fc90h2.3.3 ds18b20的测温原理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1、温度寄存器中，计数器1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0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ds18b20（发复位脉冲）发rom功能命令发存储器操作命令处理数据。ds18b20温度传感器与单片机的接口为1接地，2接p1.0口，3接4.7k上拉电阻。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ds18b20的各种操作按协议进行。操作协议为：初始化ds1820（发复位脉冲）发rom功能命令发存储操作命令处理数据。2.3.4 ds18b20的时序设置1.1复位时序复位使用ds18b20时，首先需将其复位，然后才能执行其它命令。复位时，主机将数据线拉为低电平并保持480us960us，然后释放数据线，再由上拉电阻将数据线拉高1560us，等待ds18b20发出存在脉冲，存在脉冲有效时间为60240us，这样，就完成了复位操作。12.写时序在主机对ds18b20写数据时，先将数据线置为高电平，再变为低电平，该低电平应大于lus。在数据线变为低电平后15us内，根据写“1”或写“0”使数据线变高或继续为低。ds18b20将在数据线变成低电平后15us60us内对数据线进行采样。要求写入ds18b20的数据持续时间应大6ous而小于120us，两次写数据之间的时间间隔应大于lus。13读时序读时隙当主机从ds18b20读数据时，主机先将数据线置为高电平，再变为低电平，该低电平应大于lus，然后释放数据线，使其变为高电平。ds18b20在数据线从高电平变为低电平的15us内将数据送到数据线上。主机可在15us后读取数据线。 3 软件设计本数字温度计系统软件由主程序、计算温度子程序、显示温度子程序组成，其源程序清单见附录2所示。3.1 主程序流程图主程序是调用显示子程序判断后，读取温度值计算处理显示数据，最后发出温度转换开始的命令，其子程序流程图如图3-1所示。 图3-1 主程序流程图3.2 计算温度子程序流程图计算温度子程序将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，其子程序流程图如图3-2所示。开始温度零下？温度值取补码置“”标志计算整数位温度bcd值结束图3-2 计算温度子程序流程图3.3 温度显示流程图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3-3示。查表符号位送led显示查表十位送led显示查表个位送led显示返回图3-3 温度显示程序流程图 心得体会本设计是利用数字温度传感器ds18b20作为温度传感器件，采用价格低廉性能稳定的mcs-51系列的单片机作为主控芯片，用四位一体共阴极的数码管作为显示器件，蜂鸣器及led作为报警电路器件构成了整个系统整体。本设计的优点是价格低廉，性能稳定，如果把单片机换成贴片的封装器件利于大规模的工业商业生产。在毕业设计过程中，巩固了在大学4年内学过的知识，尤其是单片机和模拟电子方面的知识，同时通过这次毕业设计提高了单片机编程的能力，尤其是获得的软件调试经验，同时加强了我的实际编程能力，同时也让自己更加的知道了自己知识领域里的不足和缺陷。该智能温度控制器只是ds18b20在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进行监控。此外，还能广泛地应用于其他一些工业生产领域，如建筑，仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合，像的温度、育婴房的温度、水温的控制。用户可灵活选择本设计的用途，有很强的实用价值。由于时间太仓促，经验不足，理论方面也相应的存在不足，加上条件有限，仍存在着一些设计方面的问题，个人技能也有待提高，理论知识还要巩固加强。附录。源程序org 0 ljmpmainorg 0bhljmpintcount equ 60h main:movcount,#60hsetbtr0setbeasetbet0sjmp$int:clreadjnzcount,quit lcallreadwd;读温度movbufbh,wdbufhmovbufbh+1,wdbuflmovlen,#2movdot,#20hlcalldisplaymovcount,#60hquit:setbeareti;*; 标号:display 功能:8位led显示器模拟串口驱动程序 ; p1.0-data,p1.1-clk , 30h-33h显示缓冲区,; 34h-3ch笔型码缓冲区,3dh显示缓冲区长度; 2fh小数点闪烁标志字节（d7-d0对应左到右的8位），1亮/0暗 ;*bufsz equ 34h ;显示缓冲区首址bufbh equ 30h ;笔型码缓冲区首址len equ 3ch ;显示缓冲区长度dot equ 2fh ;小数点闪烁标志字节dta equ p1.1 ;串行数据线clk equ p1.0 ;串行时钟线;-display:nop ;模拟串口驱动串口不需设置; * 查找笔形码 * mov r7,len ;显示缓冲区长度 mov r0,#bufbh ;显示缓冲区首址 mov r1,#bufsz ;笔型码缓冲区首址 ds0: mova,r0 swapa anla,#0fh ;取出缓冲区一位的高4位数据lcall dl inc r1 ;移笔型码缓冲区指针 mov a,r0anla,#0fh ;取出缓冲区一位的低4位数据 lcall dr inc r1 ;移笔型码缓冲区指针 inc r0 ;移数据缓冲区指针 djnz r7,ds0 ; * 显示4位数据 * mov a,len rl a mov r7,a mov r1,#bufsz ;笔型码首地址dis4: mov a,r1 ;读一位笔型码lcalldisp0 ;调用显示一位子程序 inc r1 ;移一位读指针 djnz r7,dis4 ;4位显示完否 ret; * 显示1位数据子程序,入口参数:a *disp0:mov b,#8h ;移位次数放入b中disp1:rrc a ;a中笔形码左移1位到cy mov dta,c ;移位数据送出1位clr clk ;p1.0口送出1个时钟脉冲setb clkdjnz b,disp1 ;8位笔型码送完否ret dr: push acc mov a,dot ;查右笔型码 clr c rlc a mov dot,a jc dr0 mov dptr,#tabr1 ;查右笔型码首地址（小数点不亮） ljmp dr1dr0: mov dptr,#tabr2 ;查右笔型码首地址（小数点亮） dr1: pop acc movc a,a+dptr ;查出对应笔型码 mov r1,a ;存笔型码 retdl: push acc mov a,dot ;查左笔型码 clr c rlc a mov dot,a jc dl0 mov dptr,#tabl1 ;查左笔型码首地址（小数点不亮） ljmp dl1dl0: mov dptr,#tabl2 ;查左笔型码首地址（小数点亮）dl1: pop acc movc a,a+dptr ;查出对应笔型码 mov r1,a ;存笔型码 ret;* 笔型码表 *tabr1: db 0ah,0ebh,4ch,0c8h,0a9h,98h,18h,0cbh ;右数码管笔型码（小数点不亮） db 08h,88h,09h,38h,1eh,68h,1ch,1dhtabr2: db 02h,0e3h,44h,0c0h,0a1h,90h,10h,0c3h ;右数码管笔型码（小数点亮） db 00h,80h,01h,30h,16h,60h,14h,15htabl1: db 48h,0ebh,8ch,89h,2bh,19h,18h,0cbh ;左数码管笔型码（小数点不亮） db 08h,09h,0ah,38h,5ch,0a8h,1ch,1eh tabl2: db 40h,0e3h,84h,81h,23h,11h,10h,0c3h ;左数码管笔型码（小数点亮） db 00h,10h,02h,30h,54h,0a0h,14h,16h ;温度测量;out:wdbufh,wdbufl,;used r2-r4;温度测量wdbufh equ 50h wdbuflequ51hwd