单片机温度采集显示模块

1、单片机温度采集显示模块第1页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二回顾 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？第2页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二本单元任务任务1 温度测量仪设计 任务2 数字电压表的制作任务3 波形发生器的制作 第3页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二任务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

2、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。 第4页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二1. DS18B20介绍 （1）适

3、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；（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；（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；（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；（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5；（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；（7）在9位分辨率时最多在93.75m

4、s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。（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，具有极强的抗干扰纠错能力；（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。 第5页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二2. DS18B20的外形和内部结构 64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 温度传感器:DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量配置寄存器及存储器 非挥发的温度报警触发器TH和TL TMR1R011111第6

5、页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二第7页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二根据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DS18B20进行预定的操作。 3. DS18B20通信指令 (表7-5 )第8页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二(1)初始化时序 第9页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二(2)写时序 第10页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，

6、星期二(3)读时序 第11页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二4. DS18B20典型应用电路 DS18B20寄生电源供电方式 第12页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二DS18B20的外部电源供电方式 第13页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二5. DS18B20编程方法 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

7、”（温度变换）命令6TXI/O线至少保留2s高电平以便完成转换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。第14页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二

8、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1TXReset（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

9、据有效，主机保存温度值。11TXReset（复位）复位脉冲12RXPresence（应答）应答脉冲，操作完成。第15页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二1. Proteus电路设计 2. Keil C51程序设计 3. Proteus-Keil联合调试仿真 任务实施第16页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二硬件电路图第17页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二（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。 第18页，共51页，2022年，5月20日

10、，2点54分，星期二运行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。第19页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二任务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

11、设计要求。第20页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二1. A/D转换基本性能指标 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10vA/D能分辨电压变化的最小值为：10v/212=0.0024v=2.4mv 第21页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二转换时间，转换速率 (Conversion 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

12、，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）。 第22页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二量化误差(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。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。 第23页，共51页，2022年，5

13、月20日，2点54分，星期二2, ADC0809介绍 ADC0809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。 第24页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二ADC0809芯片封装：28引脚，双列直插式 第25页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二通道地址选择 C B A被选择的通道0 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0IN0IN1IN2IN3IN4IN

14、5IN6IN7第26页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二工作时序 第27页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二ADC0809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。 第28页，共51页，2022年，5月20日，2点

15、54分，星期二第29页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二1. Proteus电路设计 2. Keil C51程序设计 3. Proteus-Keil联合调试仿真 任务实施第30页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二硬件电路图本设计包括显示部分和电压采集转换两部分电路设计，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Pr

16、oteus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。 第31页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二第32页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二（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。 第33页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二转换程序设计：while(1)ST=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

17、; /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 第34页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二运行Proteus-Keil联合调试仿真 第35页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二任务3利用DAC0832制作波形发生器 任务描述

18、：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。 第36页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二1. D/A转换器DAC0832 DAC0832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：分辨率为8位；电流稳定

19、时间1us;可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程和下调整其线性度；单一电源供电（5V15V范围内都可以正常工作）；低功耗，200mW 第37页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二DAC0832芯片为20引脚，双列直插式封装 第38页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二DI07：数据输入线；ILE：数据锁存信号，高电平有效/CS ：片选/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

20、状态变化，LE1的负跳变将数据线上的信息锁入输入寄存器。 /XFER：数据传送信号，低电平有效。/WR2：DAC寄存器写选通信号VREF：基准电源输入引脚。Rfb： 反馈信号输入引脚。Iout1、Iout2：电流输出引脚。电流IOu T1与IOuT2的和为常数IOuT2、IOuT1随DAC寄存器的内容线性变化。 Vcc：电源输入引脚。AGND： 模拟信号地。DGND： 数字地。 第39页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二2. DAC 0832与单片机的连接 直通方式输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出；/WR1和/WR2同时进行，并且不与CPU相接，它的特点是

21、转换速度快。 第40页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二单缓冲方式 输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出，输入数据在控制信号作用下，直接进入DAC寄存器中；/WR1和/WR2同时进行，并且与CPU的/WR相连，如图7-25所示，CPU对0832执行一次写操作，将数据直接写入DAC寄存器中。它适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出。 第41页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二双缓冲器方式输入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多路模拟信号。它适用于同时输出几路模拟信号的场合，可构成多个0832同步输出电路。

22、第42页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二1. Proteus电路设计 2. Keil C51程序设计 3. Proteus-Keil联合调试仿真 任务实施第43页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二波形发生器与单片机连接电路 DAC0832采用直通方式和单片机相连，参考电压管脚VREF接2.5V电压源，即8位0FFh控制输出电压范围是0-2.5V，IOUT1、IOUT2管脚接比较器后的输出用Proteus模型库中的示波器A通道进行测量 第44页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二第45页，共51页，2022年，5月20日，2点54分，星期二（1）程序流程波形发生器关键程序是编写输出各种