DSB數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、單片機(jī)原理及應(yīng)丿課t t報(bào)告數(shù)字溫度告姓名學(xué)號(hào):段石磊指導(dǎo)老師:萬青設(shè)計(jì)時(shí)間:2015年12月電子與信息工程學(xué)院1.1.1.1.2.言設(shè)計(jì)意義.系統(tǒng)功能要求2.方案設(shè)計(jì)3.硬件設(shè)計(jì)4.軟件設(shè)計(jì)5.系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計(jì)總結(jié)7.8.作品展示159.參考文獻(xiàn)17DS18B20數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)1.引言1.1.設(shè)計(jì)意義在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多 的外部硬件支持。其缺點(diǎn)如下:硬件電路復(fù)雜;軟件調(diào)試復(fù)雜;制作成本高。本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用美國(guó)DALLAS導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型

2、智能溫度傳感器DS18B20乍為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55125C，最高分辨率可達(dá)0.0625 C。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的熱點(diǎn)。1.2.系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)出的DS18B2（數(shù)字溫度計(jì)測(cè)溫范圍在-55125C，誤差在0.5 C以內(nèi)，采用LED數(shù)碼管直接讀顯示。2.方案設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成：主控制器、測(cè)溫電路和顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路結(jié)構(gòu)框圖如4.1圖所示:5、RST復(fù)位輸入。RST旦變成高電I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行出RST引I腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成個(gè)機(jī)器

3、周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。6、XTAL1:作為振蕩器反相器的輸入和發(fā)生器的輸入。直一 lAllAl V2 2192Y42Y4 31811A21A2 4 41717姑 4 4m 5 51616IY21 1 罔一6741S244741S244 巧* * 2A32A32Y22Y2 7 71414 IY3IY31A41A4 8 81313 2A22A22Y12Y1 9 9121Y41Y4GNDGND 一101011112A12A1圖4.13.硬件設(shè)計(jì)溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如下圖所示，控制器使用單片機(jī)AT89C2051溫度傳感器使用DS18B20使用四位共陽LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。主控制

4、器單片機(jī)AT89C2051具有低電壓供電和小體積等特點(diǎn)，兩個(gè)端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。系統(tǒng)可用兩20mA電流并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)內(nèi)部的寫入“1”時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳P 1.2-P 1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。4、P3口：P3口的P3.0-P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個(gè)雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩 沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的P3口腳將用上拉電

5、阻而流出電流。節(jié)電池供電。AT89C2051的引腳圖如右圖所PDIP/SOICPDIP/SOIC示:1、VCC電源電壓。2、GND地。3、P1口：P1口是一個(gè)8位雙向口引腳P 1.2P 1.7提供內(nèi)部上拉電阻,P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入RSOTPPRSOTPP C Ct t：ivccivcc(ftXO(ftXO片0 0 C C3 311*11* w w 7 7(TXD)(TXD) 1 1 C C3 3114114 3 3 P-IIP-II 4 4EWEEWE4 4117117 3 3 R R 5 5XTALIC5 5IlfIlf 3 3 PMP

6、Ma a1i41i4 1 1護(hù) 2(fSTll)P3(fSTll)P3 3C3C7 714143 32 2rro)P3rro)P3 4(4(：a a13133 3 FlFl t t (AIN1)(AIN1)9 9T?T?J J PlPl 0 0 (Airwi(AirwiOMOOMO匚1010IllIll1 1I/O口。P1.0和(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器ATB9C2051ATB9C2051可吸收腳寫入“1”時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳P1.2P 1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因平所有的時(shí)，持續(xù)給復(fù)位。每?jī)?nèi)部時(shí)鐘7、XTAL2作為振蕩器反相放大器的輸出。總線驅(qū)動(dòng)器7

7、4LS24474LS244為3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動(dòng)器。引腳圖見上圖。顯示電路顯示電路采用4位共陽極LED數(shù)碼管，從P1口輸出段碼，列掃描用P3.0P3.3口來 實(shí)現(xiàn)，列驅(qū)動(dòng)用8055三極管。溫度傳感器DS18B20DS18B20的性能特點(diǎn):適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。5

8、、溫范圍55C+125C，在-10+85C時(shí)精度為0.5 C。6可編程 的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5 C、0.25 C、0.125 C和0.0625 C,可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。1、2、理器與DS18B2啲雙向通訊。3、DS18B20可以采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20腳接地，第2腳作為信號(hào)線，第3腳接電源。7、在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字,快。8、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總傳送給CPU同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干能力。9、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱但不能正常工作。DS18

9、B2（與單片機(jī)的接口電路（引腳圖）為數(shù)字,速度更線串行而燒毀,圖見右S1TDS1TD I/OI/O UDDUDDPR-PR-2 2 封裝4.軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序 和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。4.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量溫度值。溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。主程序流程圖如圖4.1所示。4.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時(shí)必須進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不能進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。讀出溫度子程序流程圖如下圖所示:發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的

10、主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時(shí)須進(jìn)顯示數(shù)據(jù)刷新行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。得出溫度子程序流程圖如下圖所示。命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令。當(dāng)采用12位 分辨率時(shí)， 轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms在本程序設(shè)計(jì)中， 采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完度值正負(fù)的判定。計(jì)算溫度子程序流程圖如下左圖所示現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)刷新子程序現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行 刷新操作，當(dāng)最高數(shù)據(jù)發(fā)讀取溫度指令讀取操作,逆 C C 校驗(yàn)成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如下圖所示。RAM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫初始化調(diào)初次上電CRC校驗(yàn)正確?發(fā) DS18B20DS18B20

11、 復(fù)位指令發(fā)跳過 ROMtROMt 令溫度轉(zhuǎn)換,移入溫 度暫存結(jié)束計(jì)算溫度子程序發(fā)跳過1818RO0RO0 復(fù)位命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令顯示位為0時(shí)，將符號(hào)顯示位移入下一位?，F(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)刷新子程序流硬件調(diào)試比較簡(jiǎn)單，首先檢查電感的焊接是否正確，然后可用萬用表測(cè)試或通電檢測(cè)。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗(yàn)，然后分別進(jìn)行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序和現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)刷新子程序等的編程及調(diào)由于DS18B2（與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對(duì)DS18B20S行讀/寫編程時(shí)必須嚴(yán)格地保證讀/寫時(shí)序；否則將無法讀取測(cè)量結(jié)果。本程序采用單片機(jī)匯編或C語言編寫用Wave3.2

12、或Keil C51編譯器編程調(diào)試。軟件調(diào)試到能顯示溫度值，并且在有溫度變化時(shí)顯示溫度能改變，救基本完成。性能測(cè)試可用制作的溫度機(jī)和已有的成品溫度計(jì)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量比較。由于DS18B20的精度很高，所以誤差指標(biāo)可以限制在0.5 C以內(nèi)。另外，-55+125C的測(cè)溫范圍使得該溫度計(jì)完全適合一般的應(yīng)用場(chǎng)合，其低電壓供電 特性可做成用電池供電的手持溫度計(jì)。DS18B2 0溫度計(jì)還可以在高低溫報(bào)警、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)溫控制等方面進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，但 在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下問題；1、DS18B20工作時(shí)電流高大1.5mA總線上掛接點(diǎn)數(shù)較多且同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)要考慮增加總線驅(qū)動(dòng)，可用單片機(jī)端口在溫度轉(zhuǎn)換時(shí)導(dǎo)通一個(gè)MOSFE

13、供電。2、連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的，因此在用DS18B20S行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配等問題。3、在DS18B2測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B2發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)。一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀DS18B20寸，將沒有返回信號(hào),程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B2（硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)要給予一定的重視。/6.設(shè)計(jì)總結(jié)歷時(shí)2個(gè)星期的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，在這兩個(gè)星期的時(shí)間里，我們?cè)诶蠋煹?指導(dǎo)下完成了基于DS18B20勺數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)和制作。 在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中， 我們了解 并熟悉DS18

14、B20 AT89C2051以及74LS244的工作原理和性能。并且通過溫度計(jì)的制作，我們將電子技能實(shí)訓(xùn)課堂上學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行運(yùn)用，并在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，更 加增加對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解。在課程設(shè)計(jì)的過程中，也遇到了一些問題。比如最開始根據(jù)課本上的電路圖進(jìn)行合理 的設(shè)計(jì)布局和布線。有些同學(xué)的布局不合理，導(dǎo)致焊接的過程中任務(wù)相當(dāng)繁重，并且不美 觀。在之后的燒程序調(diào)試的時(shí)候，出現(xiàn)問題之后，沒有合理布線的同學(xué)在查找問題的過程 中相當(dāng)棘手。在焊接過程中，出現(xiàn)最多的就是虛焊問題。對(duì)于這個(gè)問題，在焊接的過程中，我盡量 依照書中的指導(dǎo)，盡量將焊點(diǎn)焊成水滴狀，最后接電后再根據(jù)數(shù)碼管的顯示情況進(jìn)行逐個(gè) 排查

15、。在將程序燒到單片機(jī)之后，接上電源，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管沒有出現(xiàn)正常的“000.0”，而是出現(xiàn)了“666.6”，在檢查線路無誤之后，和其他的同學(xué)討論之后得出結(jié)論：書中程序是對(duì)于單片機(jī)、電阻及數(shù)碼管是直接連接而設(shè)計(jì)的，而在加入了74LS244之后，要將8個(gè)輸入輸出端口進(jìn)行掉序。于是，我便將8個(gè)端口進(jìn)行調(diào)換，之后再次接通電源，數(shù)碼管顯示“000.0”， 調(diào)試成功。在自己的溫度計(jì)制作完成之后，我還幫助其他沒有完成的同學(xué)進(jìn)行檢修，并且成功幫 助2位同學(xué)找到問題進(jìn)行解決，最后都調(diào)試成功?？傊?，在這2個(gè)星期中，通過自己在實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手制作數(shù)字溫度計(jì)，不僅將課本的知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，而且在實(shí)踐中更加深入了解書中原本抽象的知

16、識(shí)。這也是整個(gè)課程設(shè)計(jì)中 最有收獲的地方。7.附 錄源程序代碼/*/DS18B20溫度計(jì)C程序/*/使用AT89C2051單片機(jī)，12MHZ晶振，用共陽LED數(shù)碼管/P1口輸出段碼，P3口掃描/#pragma src(d:aa.asm)#include reg51.h#include intrins.h /_nop_();#define uchar unsigned char#define uint unsigned intUcharditab16=0 x00,0 x01,0 x01,0 x02,0 x03,0 x03,0 x04,0 x04,0 x05,0 x06,0 x06,0 x07,0

17、 x08,0 x08,0 x09,0 x09uchar dis_712=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90,0 xff,0 xbf;- */ uchar code scan_con4=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7; /uchar data display5=0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00;/個(gè)運(yùn)算暫存用/*共陽LED段碼表0 1 2 3 4 5 6 78 9 不亮延時(shí)函數(shù)用#define Disdata P1 /段碼輸出口#define discan P3 /掃描口

18、sbit DQ=P3A7；/溫度輸入口sbit DIN=PIP;/LED小數(shù)點(diǎn)控制uint h;/*溫度小數(shù)部分用查表法*/codecode列掃描控制字uchar data temp_data2=0 x00,0 x00;/讀出溫度暫放顯示單元數(shù)據(jù),共4個(gè)數(shù)據(jù),/*11微秒延時(shí)函數(shù)*/void delay(uint t)for(;t0;t-);/*顯示掃描函數(shù)*/scan()char k;Disdata=dis_7displayk;if(k=1)DIN=0;discan=scan_conk;delay(90);discan=0 xff;/ / /*18B20復(fù)位函數(shù)*/ow_reset(void

19、) char presence=1;while(presence) while(presence)DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0; /for(k=0;k0; i-) /DQ=1;_nop_();_nop_();DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usDQ = 1;delay(1);/*18B20讀1個(gè)字節(jié)函數(shù)*/DQ = val&0 x01; /最低位移出delay(6);/66usval=val/2;/右移一位write_byte(0 xCC); / Skip ROM/從總線上讀取一個(gè)字節(jié)uchar r

20、ead_byte(void) uchar i;uchar value = 0;for (i=8;i0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4usDQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4usif(DQ)value|=0 x80;DQ=1;return(value);/ read_temp()write_byte(0 xCC);/發(fā)Skip ROM命令temp_data0=read_byte(); /temp_data1=read_byte(); /ow_reset();DQ = 0;/ow_reset();/總線復(fù)位write_byte(0 xBE);/發(fā)讀命令delay(6);/66us/*讀出溫度函數(shù)*/溫度低8位溫度高8位write_byte(0 xCC); / Skip ROM/*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/work_temp()uchar n=0; /i