单片机实验报告

实实验验目目的的 通过本次单片机实验学习温度传感器的 18B20 的 作用并且掌握 1602 的显示功能 实现温度的实时显示 设设计计思思路路 通过 89C51 进行模拟 SPI 协议将 18B20 显示的数 据值传输到单片机内部的 ROM 中 再通过并口发送到 1602 中显 示 实实现现过过程程 传感器 DS18B20 与 1602 的介绍 1 DS18B20 基本知识 DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1 Wire 即单总线 器件 具有线路简单 体积小的特点 因此用它来组成一个测温 系统 具有线路简单 在一根通信线 可以挂很多这样的数字温 度计 十分方便 1 DS18B20 产品的特点 1 只要求一个端口即可实现通信 2 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号 3 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温 4 测量温度范围在 55 C 到 125 C 之间 5 数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择 6 内部有温度上 下限告警设置 3 DS18B20 的使用方法 由于 DS18B20 采用的是 1 Wire 总线协议方式 即在一根数据线 实现数据的双向传输 而对 AT89S51 单片机来说 硬件上并不支 持单总线协议 因此 我们必须采用软件的方法来模拟单总线的 协议时序来完成对 DS18B20 芯片的访问 由于 DS18B20 是在一根 I O 线上读写数据 因此 对读写的数据 位有着严格的时序要求 DS18B20 有严格的通信协议来保证各位 数据传输的正确性和完整性 该协议定义了几种信号的时序 初 始化时序 读时序 写时序 所有时序都是将主机作为主设备 单总线器件作为从设备 而每一次命令和数据的传输都是从主机 主动启动写时序开始 如果要求单总线器件回送数据 在进行写 命令后 主机需启动读时序完成数据接收 数据和命令的传输都 是低位在先 DS18B20 的读时序 对于 DS18B20 的读时序分为读 0 时序和读 1 时序两个过程 对于 DS18B20 的读时隙是从主机把单总线拉低之后 在15 秒之 内就得释放单总线 以让 DS18B20 把数据传输到单总线上 DS18B20 在完成一个读时序过程 至少需要 60us 才能完成 DS18B20 的写时序 对于 DS18B20 的写时序仍然分为写 0 时序和写 1 时序两个过程 对于 DS18B20 写 0 时序和写 1 时序的要求不同 当要写 0 时序时 单总线要被拉低至少 60us 保证 DS18B20 能够在 15us 到 45us 之间能够正确地采样 IO 总线上的 0 电平 当要写 1 时序时 单总线被拉低之后 在 15us 之内就得释放单总线 我们所采用的温度传感器是 DS18B20 这是最常用的温度芯片 电路原理图如下 实验的 PCB 图如下 SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写 顾名思义 就是串行外围设备接口 是 Motorola 首先在其 MC68HCXX 系列处 理器上定义的 SPI 接口主要应用在 EEPROM FLASH 实时时钟 AD 转换器 还有 数字信号处理器 和数字信号解码器之间 SPI 是一种高速的 全双工 同步的通信总线 并且在芯片的管脚上 只占用四根线 节约了芯片的管脚 同时为PCB 的布局上节省空 间 提供方便 正是出于这种简单易用的特性 现在越来越多的 芯片集成了这种通信协议 比如 AT91RM9200 SPI 总线系统是一种同步串行外设接口 它可以使MCU 与各 种外围设备以串行方式进行通信以交换信息 外围设置 FLASHRAM 网络控制器 LCD 显示驱动器 A D 转换器和 MCU 等 SPI 总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口 该接口一般使用 4 条线 串行时钟线 SCLK 主机输入 从机 输出数据线 MISO 主机输出 从机输入数据线 MOSI 和低电平有 效的从机选择线 SS 有的 SPI 接口芯片带有中断信号线 INT 有 的 SPI 接口芯片没有主机输出 从机输入数据线 MOSI SPI 的通信原理很简单 它以主从方式工作 这种模式通常有 一个主设备和一个或多个从设备 需要至少4 根线 事实上 3 根 也可以 用于单向传输时 也就是半双工方式 也是所有基于 SPI 的设备共有的 它们是 SDI 数据输入 SDO 数据输出 SCLK 时钟 CS 片选 1 MOSI SPI 总线主机输出 从机输入 SPI Bus Master Output Slave Input 2 MISO SPI 总线主机输入 从机输出 SPI Bus Master Input Slave Output 3 SCLK 时钟信号 由主设备产生 4 CS 从设备使能信号 由主设备控制 其中 CS 是控制芯片是否被选中的 也就是说只有片选信号为 预先规定的使能信号时 高电位或低电位 对此芯片的操作才 有效 这就允许在同一总线上连接多个 SPI 设备成为可能 接下来就负责通讯的 3 根线了 通讯是通过数据交换完成的 这里先要知道 SPI 是串行通讯协议 也就是说数据是一位一位的 传输的 这就是 SCLK 时钟线存在的原因 由 SCK 提供时钟脉冲 SDI SDO 则基于此脉冲完成数据传输 数据输出通过 SDO 线 数据在时钟上升沿或下降沿时改变 在紧接着的下降沿或上升沿 被读取 完成一位数据传输 输入也使用同样原理 这样 在至 少 8 次时钟信号的改变 上沿和下沿为一次 就可以完成8 位 数据的传输 要注意的是 SCLK 信号线只由主设备控制 从设备不能控制 信号线 同样 在一个基于 SPI 的设备中 至少有一个主控设备 这样传输的特点 这样的传输方式有一个优点 与普通的串行通 讯不同 普通的串行通讯一次连续传送至少8 位数据 而 SPI 允 许数据一位一位的传送 甚至允许暂停 因为SCLK 时钟线由主 控设备控制 当没有时钟跳变时 从设备不采集或传送数据 也 就是说 主设备通过对 SCLK 时钟线的控制可以完成对通讯的控 制 SPI 还是一个数据交换协议 因为 SPI 的数据输入和输出线 独立 所以允许同时完成数据的输入和输出 不同的SPI 设备的 实现方式不