单片机原理与应用课程设计-DS18B20温度传感器和DS1302时钟设计.doc

单片机原理与应用课程设计说明书 题 目：DS18B20温度传感器和DS1302时钟设计 系 部：信息与控制工程学院 专 业：自动化 班 级：09级3班 学生姓名: 学 号:指导教师: 2011年12月4日单片机课程设计说明书目 录1 设计任务与要求11.1 课程设计的任务11.2 课程设计的要求12 设计方案12.1 设计思路12.2 芯片及功能12.2.1 MAX81312.2.2 DS130222.2.3 DS18B0222.2.4 MAX23242.2.5 74LS16453 硬件电路设计54 主要参数计算与分析94.1 DS18B20温度数值转换94.2 DS1302时钟BCD的转换95 软件设计105.1 流程图105.2 源代码116 调试过程226.1 调试步骤226.2 实验出现的问题227 结论23参考文献241 设计任务与要求1.1 课程设计的任务基本要求：本次课程设计的基本任务为完成一个温度传感器的功能。当温度低于某一个温度值或高于某个温度是报警。扩展功能：结合个人能力和电路板的现有硬件，看增加其他功能。这里扩展为按下某个键进入时钟功能。1.2 课程设计的要求(1)焊接电路，编制程序，实现电子音乐盒的基本功能，并完成课程设计说明书。(2)课程设计期间遵守纪律，注意安全，爱护设备，合理分工，加强合作。2 设计方案2.1 设计思路使用单片机读取温度传感器的值，经过转换，在8段LED数码管上显示出来。根据读取的值来设定温度报警范围。当高于或低于某个温度值通过蜂鸣器报警。扩展功能：时钟显示。通过一个按键切换到时钟显示。时钟系统是通过I2C总线访问DS1302获取和设置时钟。2.2 芯片及功能2.2.1 MAX813MAX813L 功能介绍MAX813L 监控电路可用于计算机、控制器、自动化设备、智能设备及微处理器监控中。它们有以下四方面的功能： 1、 上电、掉电状态下的复位功能； 2、 MAX813 L 还有 WATCHDOG 输出功能； 3、 内有一个 1.25V掉电告警门限检测器； 4、 手动复位输入。MAX813L 当供电电压降至 4.65V以下将会产生一个复位脉冲，它有 DIP、SO封装。 MAX813L 管脚图及管脚功能：图1 MAX813管脚图脚1（/MR） ：当电压降至 0.8V以下时，手动复位触发一个复位脉冲。这个低电平为有效输入提供一个内部 250uA 的上拉电流。它能被 TTL 或CMOS 逻辑电路来驱动。 脚 2（VCC） ：+5V电源输入端。 脚 3（GND） ：对所有信号 0V参考地。 脚4（PFI） ：电源失效监督输入端。当 PFI 低于 1.25V，/PFO 为低电平。若 PFI不用，可将其与 GND或 VCC 相连。 脚 5（/PFO） ：当 PFI 低于 1.25V时，电源失效输出为低电平，且吸收电流。 脚 6（WDI） ：看门狗输入端。 脚 7（RESET） ：高电平有效输出端。 脚 8（/WDO） ：看门狗输出端。2.2.2 DS1302DS1302的引脚功能图：X1 X2 32.768KHz 晶振管脚 GND 地 RST 复位脚 I/O 数据输入输出引脚 Vcc1,Vcc2 电源供电管脚SCLK 串行时钟图2 D1302管脚图2.2.3 DS18B02DS18B20的外形及管脚排列如下图图3 外形及管脚排列DS18B20工作原理。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理如下图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B20温度值格式表 图4 DS18B20温度值格式表这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，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。 例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FE6FH，-55的数字输出为FC90H 。 DS18B20温度数据表 表1 DS18B20温度数据表温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+12500000000 1111101000FA+2500000000 001100100032+1/200000000 000000010001000000000 000000000000-1/211111111 11111111FFFF-2511111111 11001110FFCE-5511111111 10010010FF92表2 ROM指令表指令 约定代码功能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址） 符合ROM 55H发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步对该 DS1820 的读写作准备。 搜索ROM 0FOH用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM 地址。为操作各器件作好准备。 跳过ROM 0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。适用于单片工作。 告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。 温度变换44H启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。结果存入内部9字节RAM中。 读暂存器 0BEH 读内部RAM中9字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。 复制暂存器 48H 将RAM中第3 、4字节的内容复制到EEPROM中。 重调 EEPROM 0B8H 将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3 、4字节。 读供电方式 0B4H 读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发送“ 0 ”，外接电源供电 DS1820发送“ 1 ”。 2.2.4 MAX232MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。图5 MAX232管脚图第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。 其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。 8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。2.2.5 74LS164引脚功能：CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效） A，B ：串行数据输入端QAQH： 输出端CLOCK ：时钟输入端图6 74LS164管脚图表3 74LS164真值表InputsOutputsClearClockABQAQB.QHLXXXLL.LHLXXQAOQBO.QHOHHHHQAn.QGnHLXLQAn.QGnHXLLQAn.QGnH高电平 L低电平 X任意电平 低到高电平跳变 QA0,QB0,QH0 规定的稳态条件建立前的电平 QAn,QGn 时钟最近的前的电平 当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。 3 硬件电路设计(1) 3路LED灯图五 发光二极管检测电路共阳极接法，通过给P2.1-P2.3低电平来点亮。用来进行程序测试和流水灯显示。(2) 7段LED数值数码管与74LS164移位寄存器图8 7段LED数值数码管与74LS164移位寄存器P0.0、P0.1、P0.2、P2.6、P2.7、P0.7为从左到右六位数码管位选口（上图只给出前三位）。通过移位寄存器74LS164输出端进行段选，P2.4为74LS164数据输入，P2.5为74LS164同步脉冲。(3) 6路按键图9 6路按键P1.0-P1.5为6路按键开关。通过上拉电阻使得按键低电平有效。(4) DS18B20GNDDQVDD123DS18B20GND+5vR27512P0.6图10 DS18B20数字温度传感器，通过单总线通信。P0.6为DS18B20的温度数据传输口。VDD有+5V供电。(5) DS1302图11 DS1302数字时钟芯片，通过I2C通信。P0.3为DS1302的初始化端。P0.4为数据传输端。P0.5同步时钟端。DS1302需要外接32.768MHz的独立晶振。(6) Max232图12 Max232电平转换芯片，使得单片机可以与PC通信。TXD与RXD接MCU的TXD（P3.0）与RXD（P3.1）(7) Max813图13 Max813看门狗复位芯片，实现开机复位单片机。(8) 蜂鸣器/喇叭图14蜂鸣器/喇叭P2.0为声音数据输出口。通过三极管进行功率放大驱动蜂鸣器/喇叭。4 主要参数计算与分析4.1 DS18B20温度数值转换读取DS18B20后得到9个字节中前两位为温度数值th1,tl1，其温度数值为0.0625的倍数先将二进制转换为浮点数tempFloattempFloat= th1*162+tl1获取整数部分：把tempFloat给一个整型变量tempInttempInt= tempFloat；把温度值分成6位显示：整数部分：0=tempInt/100;1=tempInt%100/10;2=tempInt%10; 小数部分：tempLt=(tempFloat- 0*100+ 1*10+ 2)*10000;3=tempLt%10;4=tempLt%100/10;5=tempLt%1000/100;4.2 DS1302时钟BCD的转换十进制转BCD十进制整数time_buf1，转换成十六进制BCD码值time_buftmp=time_buf1/10;/获得十位time_buf=time_buf1%10;/获得个位time_buf=time_buf+tmp*16;/转换十六进制BCD转十进制十六进制整数time_buf，转换成十进制BCD码值time_buf1mp=time_buf/16;/获得高八位time_buf1i=time_buf%16;/获得高低位time_buf1i=time_buf1+tmp*10;/转换成十进制5 软件设计5.1 流程图图15 主程序流程图图15左边为主程序，通过不断扫描输出暂存数组使用数码管实现显示。图15右边为定时器中断程序，通过定时获取DS18B20或DS1302值改变暂存数组，实现实时显示当前相应芯片的值。图16为按键处理程序，通过四个按键分别实现时钟设置、对要设置的时钟选项加1与减1、时钟/温度的转换。由上图可知该段程序应放在主程序里，扫描获取按键值，然后进行相应处理图16 按键处理程序5.2 源代码/MyDefindeBefore.h*/文件功能:定义、函数声明、公用函数。*sbit SIN=P24;/LED显示移位输出口sbit CLK=P25;/移位输出时钟sbit led1=P21;/Led口sbit led2=P22;sbit led3=P23;sbit S1=P00;/位选口sbit S2=P01;sbit S3=P02;sbit S4=P26;sbit S5=P27;sbit S6=P07;sbit tt=P33; /测试口sbit tt1=P34;bit keyDown=0;/按键是否按下bit alarmOn=0;/温度报警是否在报警sbit alarmSPK=P20;/报警口,0-报警、1-关闭报警unsigned char T0_Mode=0;/T0要触发的模式，0-读取DS1302、1-读取DS18B20bit timeSetBlink=0;/时间设置时的闪烁判定unsigned char timeSetIndex=0;/按键1的功能标识 1：全闪、 2：设置小时、 3:设置分钟、 4：设置秒、 5：写入DS1302unsigned char T0_Num=0,T1_Num=0; /定时器次数记录unsigned char const el21=0xE7,0x05,0xE9,0xAD,0x0F,0xAE,0xEE,0x85,0xEF,0xAF,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0X80,0x40,0x38,0x76,0x00；/ 显示段码值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F . - L H 空unsigned char ledNum6=0,1,2,3,4,5;/6位管暂存初始化void scanLed(); void b_SIN(unsigned char);void getKeyInput();void dis_buf1();/延迟=void delay(unsigned int n) while(n-);/kcsj.c*/程序主文件*#include/C52通用定义头文件#include MyDefindeBefore.h /一部分定义及，函数声明，共用函数#include IIC_DS1302_RW.c/DS1302时钟函数库#include ss_DS18B20.c/DS18B20温度传感器函数库/主程序=void main()TMOD=0x11;/设置T0、T1都在模式一/设置并开启T0TH0=0x00;TL0=0x00;ET0=1;EA=1;TR0=1;/设置T1TH1=0x00;TL1=0x00;ET1=1;TR1=0;alarmSPK=1;ds1302_init();ds1302_read_time();/读取时钟scanLed();/开始扫描LED显示/LED扫描显示=void scanLed() unsigned char i,elTmp; while(1)for(i=0;i6;i+) /6位扫描输出/检测按键=if(P1!=0xff) if(keyDown=0)/只有上次按键松开才看可以再次处理按键程序getKeyInput();keyDown=1;elsekeyDown=0;elTmp=elledNumi; /获得该位数码if(T0_Mode=0)/时间模式时每两位加一个小数点if(i%2!=0)/是否加小数点elTmp=(elledNumi)|0x10; else/温度模式只在第3位加一个小数点if(i=2)elTmp=(elledNumi)|0x10;S1=1;S2=1;S3=1;S4=1;S5=1;S6=1;/清位b_SIN(elTmp); /移位输出switch(i) /选位case 0:S1=0;break;case 1:S2=0;break;case 2:S3=0;break;case 3:S4=0;break;case 4:S5=0;break;case 5:S6=0;break;delay(20); /延迟显示 /移位输出一个字节=void b_SIN(unsigned char SINTmp)unsigned char i; for(i=0;i8;i+) SINTmp=SINTmp=23)time_buf14=0;else time_buf14+;elseif(time_buf1timeSetIndex+2=59) /分、秒封顶time_buf1timeSetIndex+2=0;else time_buf1timeSetIndex+2+;else if(P1=0xfb&T0_Mode=0)/3键 -1=if(time_buf1timeSetIndex+2=5)/每中断5次才读一次芯片T0_Num=0; if(T0_Mode=0)/读取DS1302ds1302_read_time();dis_buf1();else if(T0_Mode=1) /读取DS18B20温度传感器transformTemp();readTemp();T0_Num+;/T1=/时间设置时闪烁=void int_T1() interrupt 3TH1=0x00;TL1=0x00;tt1=tt1;if(T1_Num=5) /每中断5次闪烁一下T1_Num=0;timeSetBlink=timeSetBlink;/取反下次亮暗的状态取反if(timeSetIndex=1) /all if(timeSetBlink=0)ledNum0=20;ledNum1=20;ledNum2=20;ledNum3=20;ledNum4=20;ledNum5=20; elsedis_buf1();else if(timeSetIndex=2) /Hourif(timeSetBlink=0)ledNum0=20;ledNum1=20; elseledNum0=time_buf14/10;ledNum1=time_buf14%10;else if(timeSetIndex=3)/minutesif(timeSetBlink=0)ledNum2=20;ledNum3=20; elseledNum2=time_buf15/10;ledNum3=time_buf15%10;else if(timeSetIndex=4)/secondsif(timeSetBlink=0)ledNum4=20;ledNum5=20; elseledNum4=time_buf16/10;ledNum5=time_buf16%10;else if(timeSetIndex=5) /保存修改T1_Num+;/把”time_buf1“的值写入显示暂存=void dis_buf1()ledNum0=time_buf14/10;ledNum1=time_buf14%10;ledNum2=time_buf15/10;ledNum3=time_buf15%10;ledNum4=time_buf16/10;ledNum5=time_buf16%10;/IIC_DS1302_RW.c*/DS1302时钟芯片的读取写入函数库*#includesbit SCK=P05;sbit SDA=P04;sbit RST=P03;/*复位脚*/#define RST_CLRRST=0/*电平置低*/#define RST_SETRST=1/*电平置高*/*双向数据*/#define IO_CLRSDA=0/*电平置低*/#define IO_SETSDA=1/*电平置高*/#define IO_RSDA/*电平读取*/*时钟信号*/#define SCK_CLRSCK=0/*时钟信号*/#define SCK_SETSCK=1/*电平置高*/#define ds1302_sec_add0x80/秒数据地址#define ds1302_min_add0x82/分数据地址#define ds1302_hr_add0x84/时数据地址#define ds1302_date_add0x86/日数据地址#define ds1302_month_add0x88/月数据地址#define ds1302_day_add0x8a/星期数据地址#define ds1302_year_add0x8c/年数据地址#define ds1302_control_add0x8e/控制数据地址#define ds1302_charger_add0x90 #define ds1302_clkburst_add0xbeunsigned char time_buf18 = 20,9,3,13,18,51,0,6;/空年月日时分秒周unsigned char time_buf8 ;/空年月日时分秒周/*向DS1302写入一字节数据*/void ds1302_write_byte(unsigned char addr, unsigned char d) unsigned char i;RST_SET;/*启动DS1302总线*/*写入目标地址：addr*/addr = addr & 0xFE;/*最低位置零*/for (i = 0; i 1;/*写入数据：d*/for (i = 0; i 1;RST_CLR;/*停止DS1302总线*/*从DS1302读出一字节数据*/unsigned char ds1302_read_byte(unsigned char addr) unsigned char i;unsigned char temp;RST_SET;/*启动DS1302总线*/*写入目标地址：addr*/addr = addr | 0x01;/*最低位置高*/for (i = 0; i 1;/*输出数据：temp*/for (i = 0; i 1;if (IO_R) temp |= 0x80;else temp &= 0x7F;SCK_SET;SCK_CLR;RST_CLR;/*停止DS1302总线*/return temp;/*向DS302写入时钟数据*/void ds1302_write_time(void) unsigned char i,tmp;for(i=0;i8;i+) /BCD处理tmp=time_buf1i/10;time_bufi=time_buf1i%10;time_bufi=time_bufi+tmp*16;ds1302_write_byte(ds1302_control_add,0x00);/关闭写保护 ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,0x80);/暂停 /ds1302_write_byte(ds1302_charger_add,0xa9);/涓流充电 ds1302_write_byte(ds1302_year_add,time_buf1);/年 ds1302_write_byte(ds1302_month_add,time_buf2);/月 ds1302_write_byte(ds1302_date_add,time_buf3);/日 ds1302_write_byte(ds1302_day_add,time_buf7);/周 ds1302_write_byte(ds1302_hr_add,time_buf4);/时 ds1302_write_byte(ds1302_min_add,time_buf5);/分ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,time_buf6);/秒ds1302_write_byte(ds1302_day_add,time_buf7);/周 ds1302_write_byte(ds1302_control_add,0x80);/打开写保护 /*从DS302读出时钟数据*/void ds1302_read_time(void) unsigned char i,tmp;time_buf1=ds1302_read_byte(ds1302_year_add);/年 time_buf2=ds1302_read_byte(ds1302_month_add);/月 time_buf3=ds1302_read_byte(ds1302_date_add);/日 time_buf4=ds1302_read_byte(ds1302_hr_add);/时 time_buf5=ds1302_read_byte(ds1302_min_add);/分 time_buf6=(ds1302_read_byte(ds1302_sec_add)&0x7F;/秒 time_buf7=ds1302_read_byte(ds1302_day_add);/周 for(i=0;i8;i+) /BCD处理tmp=time_bufi/16;time_buf1i=time_bufi%16;time_buf1i=time_buf1i+tmp*10;/*DS302初始化函数*/void ds1302_init(void) RST_CLR;/*RST脚置低*/SCK_CLR;/*SCK脚置低*/ ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,0x00); /ss_DS18B20.c*/DS18B20温度传感器的读取写入函数库unsigned char data tRead9;/5位AA后跟9位读取的DS18B20的数据unsigned int tempInt,tempLt;/unsigned int T1_RunS=0;/T1，触发的次数，用来长延时unsigned char alarmSetI=0;/报警设置，设置项目sbit DQ=P06;/数据线void tempHtoD(); /温度数值转换，并写入八位管暂存void writeRAM(); /写入DS18B20RAMvoid readTemp(); /读取温度值，其实9位数据都读取，并保存到tRead13中void transformTemp(); /DS18B20进行温度转换void ds_set(); /初始化DS18B20void writeByte(unsigned char);/写入DS18B20一个字节unsigned char readByte();/读取DS18B20一个字节/读取温度=void readTemp()unsigned char i;ds_set();writeByte(0xcc);writeByte(0xbe);for(i=0;i=0xf0) /温度如果为负情况，取反tempH=0xff-tempH;tempL=0xff-tempL+1;tempi=tempH*16*16+tempL; /温度台阶（0.0625）数tempFloat=tempi*0.0625;/获得十进制温度值tempInt=tempFloat;/截取整数位/温度检测报警=if(tempFloat=18) /设置温度报警限，精确到小数后（tempFloat为浮点数）led1=0;led2=0;led3=0; alarmSPK=0;if(alarmOn=0)/防止开始报警后重复进入该函数而无法跳出alarmOn=1;elsealarmSPK=1;alarmOn=0;led1=1;led2=1;led3=1; /end 温度检测报警=if(tRead1=0xf0)/温度如果为负情况，最高位显示“-”，否则按原值显示 ledNum0=17;else ledNum0=tempInt/100; ledNum1=tempInt%100/10; ledNum2=tempInt%10; /ledNum3=16;tempLt=(tempFloat-ledNum0*100+ledNum1*10+ledNum2)*10000; ledNum3=tempLt%10;ledNum4=tempLt%100/10;ledNum5=tempLt%1000/100; /修改时间写入ds1302=void writeRAM()ds_set();writeByte(0xcc);writeByte(0x4e);writeByte(tRead2);writeByte(tR