电子系统综合设计.doc

实验三 电子系统综合设计实验目的根据所学知识，完成一个电子系统的设计。实验仪器及器材1、PC2、Proteus软件3、Protel及电路板制作。实验要求1、以DS18B20和51单片机为核心，设计一个温度测试系统。2、在Proteus环境下完成实验调试，实现仿真演示。3、以LCD1602为显示部件，实现对2个18B20的温度进行显示，通过按下连接到P1.0的按键来实现不同的18B20的显示。4、制作组装电路并调试演示。（提高部分）5、每人提交一份详细的实验设计报告。实验原理DS18B20温度控制器是以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，以ATMEL公司的AT89C51为控制器制作的结构简单、测温准确、具有一定控制功能的智能温度控制器.1DS18B20特性介绍 （具体可到器件搜索栏目里查找数据手册）DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它的体积更小、适用电压更宽、更经济，DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念，它的测量温度范围为55125，在1085范围内，精度为0.5，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等，与前一代产品不同，新的产品支持35.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，而且新一代产品更便宜，体积更小，DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5。可以选择更小的封装方式，更宽的电压适用范围，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电后依然保存，DS18B20的性能是新一代产品中最好的，性能价格比也非常出色，继“一线总线”的早期产品后，DS18B20开辟了温度传感器技术的新概念，DS18B20和DS18B22使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。2.1 DS18B20的内部结构 DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，配制寄存器。DS18B20的管脚排列如图2所示。 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，他可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRCX8X5X41）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.062 5/LSB形式表达，其中S为符号位。表2是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的2个8b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，则这5位为0，只要将测到的数值乘于0.062 5即可得到实现温度，如果温度小于0，则这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.062 5即可得到实际温度。 例如：125的数字输出为07D0H，25.062 5的数字输出为0191H，25.062 5的数字输出为FF6FH，55的数字输出为FC90H。 2.2 DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH，TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前2个字节是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个字节是温度的高8位，第3个和第4个字节是TH，TL的易失性拷贝，第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这3个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第6、7、8个字节用于内部计算。第9个字节是冗余检验字节。根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。2.3 DS18B20使用中的注意事项 DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： （1）DS18B20从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的，不然会出现转换错误的现象，使温度输出总是显示85。 （2）在实际使用中发现，应使电源电压保持在5V左右，若电源电压过低，会使所测得的温度与实际温度出现偏高现象，经过试验发现，一般在5V左右。 （3）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证读写时序，否则将无法读取测温结果，在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS18B20操作部分最好采用汇编语言实现。 （4）在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此，当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。（5）连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误，当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米胶合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 （6）在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。 测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。3使用proteus和Keil进行联合调试（1）、在利用proteus进行单片机系统的仿真时，如果想要观察内存，寄存器、变量的值以及外围芯片的数据变化情况，可以在仿真运行时单击“帧进（单步）”或“暂停”按钮，然后再菜单栏的“调试”菜单中打开相应设备观察窗口进行观察。如果要检测电路中某些位置的电压、电流、波形等信息，可以在电路中添加相应的虚拟仪器，如电压表、电流表、示波器等。如果系统运行时添加的虚拟仪器没有显示，这时，同样应在“调试”菜单中将它们打开。（2）、对于较为复杂的程序，如果仿真运行后没有达到预期效果，这时可根据需要对proteus和keil c51进行联合调试，联合调试之前需要先安装vdmagdi.exe（或vudgi.exe）,该软件可到网上或者proteus公司的网站搜索下载。联合调试时，可先打开proteus应用例程（不要运行例程），然后选中”调试“菜单中的”使用远程调试设备“选项，如下图所示。这样使得keil c51能与proteus进行通信。（3）、完成上述设置后，再到leil中打开，proteus应用例程中的源程序项目文件。选择菜单栏的“工程”-“为目标目标 1设置选项”命令，在弹出的对话框中选择“调试”选项卡，按照下图进行设置。（4）、如果keil c51与proteus安装在同一台计算机中，右边的“seting”选项的内容保持不变即可，如下图所示，如果这两个软件没有安装在同一台计算机中，则需要跨机调试，那主机号与端口号需要根据具体情况进行修改（5）、完成上述设置后，在keil c51中运行程序时，proteus中的单片机系统也会跟着运行。这是可以在keil c51中进行单步、跳过、运行到光标、运行到断点等调试，同时可以在proteus