單片機溫度采集顯示模塊

1、單片機溫度采集顯示模塊第1頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二回顧 1，LED點陣顯示屏的工作原理？2，LCD1602和LCD12864顯示屏的區(qū)別是什么？第2頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二本單元任務任務1 溫度測量儀設計 任務2 數字電壓表的制作任務3 波形發(fā)生器的制作 第3頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二任務1 溫度測量儀設計 任務描述：任務分析：在工業(yè)控制、測量系統(tǒng)過程中，環(huán)境溫度的測量和控制是極為普遍和重要的。設計一個溫度實時顯示的測量儀器，在機械、生物科研、食品加工、家電等各個領域都有其很好的利用價值。本任務要求廣

2、告屏系統(tǒng)具備溫度實時顯示功能，測量精度為1。 為使系統(tǒng)具備實時溫度顯示功能，需安裝溫度傳感器電路。目前溫度傳感器正逐漸從模擬向數字轉變，相應的體積也在不斷減小。在體積非?？量痰膽T性器件中使用高精度、數字輸出型的溫度傳感器，MAXIM公司的DS18B20U最為符合要求。DS1820U是DS18B20系列產品中的一種。DS18B20的數字溫度輸出通過“一線”總線方式，直接和單片機I/O相連，極大簡化電路設計，并可以使多個DS18B20U方便地組建成傳感器網絡，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。 第4頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二1. DS18B20介紹 （1）適

3、應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數據線供電；（2）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊；（3）DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現組網多點測溫；（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內；（5）溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5；（6）可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現高精度測溫；（7）在9位分辨率時最多在93.75m

4、s內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字。（8）測量結果直接輸出數字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；（9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 第5頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二2. DS18B20的外形和內部結構 64位光刻ROM:光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼 溫度傳感器:DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量配置寄存器及存儲器 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL TMR1R011111第6

5、頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二第7頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二根據DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位操作，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。 3. DS18B20通信指令 (表7-5 )第8頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二(1)初始化時序 第9頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二(2)寫時序 第10頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，

6、星期二(3)讀時序 第11頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二4. DS18B20典型應用電路 DS18B20寄生電源供電方式 第12頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二DS18B20的外部電源供電方式 第13頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二5. DS18B20編程方法 主機控制多個寄生供電DB18B20編程步驟 步驟主機數據（LSB在先）說明1TXReset（復位）復位脈沖2RXPresence（應答）應答脈沖3TX55h發(fā)出”Match ROM”（符合ROM）命令4TX發(fā)出DS18B20地址5TX44h發(fā)出”Convert T

7、”（溫度變換）命令6TXI/O線至少保留2s高電平以便完成轉換7TXReset（復位）復位脈沖（480us960us）8RXPresence（應答）應答脈沖9TX55h發(fā)出”Match ROM”（符合ROM）命令10TX發(fā)出DS18B20地址11TXBEh發(fā)出”Read Scratchpad”（讀暫存存儲器）命令12RX（9個數據字節(jié)）讀暫存存儲器以及CRC，并把計算得出的CRC和讀出的CRC相比較。如兩者相符，主機繼續(xù)操作；如不符，重復此讀操作。13TXReset（復位）復位脈沖14RXPresence（應答）應答脈沖，操作完成。第14頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二

8、主機控制單個外部供電DB18B20編程步驟 步驟主機數據（LSB在先）說明1TXReset（復位）復位脈沖2RXPresence（應答）應答脈沖3TXCCh發(fā)出”Skip ROM”（跳過ROM）命令4TX44h發(fā)出”Convert T”（溫度變換）命令5RX讀”忙”標志3次，直至數據為FFh（全為1）6TXReset（復位）復位脈沖7RXPresence（應答）應答脈沖8TXCCh發(fā)出”Skip ROM”（符合ROM）命令9TXBEh發(fā)出”Read Scratchpad”（讀暫存存儲器）命令10RX（9個數據字節(jié)）讀暫存存儲器以及CRC，并把計算得出的CRC和讀出的CRC相比較。如兩者相符，數

9、據有效，主機保存溫度值。11TXReset（復位）復位脈沖12RXPresence（應答）應答脈沖，操作完成。第15頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二1. Proteus電路設計 2. Keil C51程序設計 3. Proteus-Keil聯(lián)合調試仿真 任務實施第16頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二硬件電路圖第17頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二（1）程序流程主程序包括溫度采集和顯示兩部分，溫度采集DS18B20編程過程參考表7-9所示，數碼管顯示的編程方法亦可查閱單元4的講解。 第18頁，共51頁，2022年，5月20日

10、，2點54分，星期二運行Proteus-Keil聯(lián)合調試仿真 【課堂思考】請改用液晶屏1602實現實時溫度的顯示。第19頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二任務2利用adc0809制作數字電壓表 任務描述：任務分析：在某些產品上，如數字電壓表、數字血壓計等，需要將電壓、電流等模擬量轉化成數字信號輸入到單片機進行數據處理并顯示。本任務要求實時采集0-5V可連續(xù)變化的模擬電壓信號，并轉換成單片機可以識別的數字信號，并顯示在數碼管上。 目前一般運用A/D集成電路完成模擬信號到數字信號的轉換，再將轉換后的數字信號輸入單片機處理。ADC0809集成芯片是8位8路的A/D轉換器，滿足本

11、設計要求。第20頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二1. A/D轉換基本性能指標 分辨率(Resolution)：指數字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度，通常以數字信號的位數來表示。如：12位A/D轉換器，滿刻度為10vA/D能分辨電壓變化的最小值為：10v/212=0.0024v=2.4mv 第21頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二轉換時間，轉換速率 (Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉換到數字的AD轉換所需的時間的倒數。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成

12、，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per Second）。 第22頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二量化誤差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。 第23頁，共51頁，2022年，5

13、月20日，2點54分，星期二2, ADC0809介紹 ADC0809主要特性和性能指標：8路8位AD轉換器，即分辨率8位。 具有轉換起?？刂贫?。轉換時間為100s單個5V電源供電 模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。工作溫度范圍為-4085攝氏度 低功耗，約15mW。 第24頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二ADC0809芯片封裝：28引腳，雙列直插式 第25頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二通道地址選擇 C B A被選擇的通道0 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0IN0IN1IN2IN3IN4IN

14、5IN6IN7第26頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二工作時序 第27頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 AD轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到AD轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。 第28頁，共51頁，2022年，5月20日，2點

15、54分，星期二第29頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二1. Proteus電路設計 2. Keil C51程序設計 3. Proteus-Keil聯(lián)合調試仿真 任務實施第30頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二硬件電路圖本設計包括顯示部分和電壓采集轉換兩部分電路設計，其中顯示采用數碼管，電路連接原理見單元4，電壓采集轉換選用ADC0808，ADC0808是ADC0809的縮減版，方便仿真。由于電壓測量信號輸入IN0，可將通道選通端A、B、C直接接地，數據接P1口，另外ADC0808的數據低位為OUT8，因此和P1口相連時正好相反，CLOCK管腳選擇Pr

16、oteus激勵庫中的500K時鐘模型觸發(fā)，其余OE、START、EOC管腳用P3.0、P3.1、P3.2控制。 第31頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二第32頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二（1）程序流程主程序實現變量初始化、定時器初始化、啟動電壓轉換并讀取轉換后數據。定時器1中斷程序完成數碼管掃描顯示任務。 第33頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二轉換程序設計：while(1)ST=0;ST=1;ST=0; /ST:啟動轉換信號while(EOC=0); /EOC=1跳出等待OE=1; /允許輸出到單片機getdata=P1

17、; /P1=0809的輸入，數據送到getdata中OE=0; /不允許輸出getdata=getdata*0.0196*100; /數據處理：8位對應5V，1位對應0.0196v，再放大100倍disp0=getdata/100; /百位對應個位disp1=(getdata%100)/10; /十位對應小數點1位disp2=(getdata%100)%10; /個位對應小數點2位 第34頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二運行Proteus-Keil聯(lián)合調試仿真 第35頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二任務3利用DAC0832制作波形發(fā)生器 任務描述

18、：任務分析：在某些應用，如波形發(fā)生器或示波器需要生成各式頻率的各種波形。，它們的工作原理是通過D/A轉換，即將數字信號轉換成模擬信號來實現的。本任務要求制作簡易波形發(fā)生器產生鋸齒波、三角波和方波。 D/A轉換經常應用在機電一體化電子控制系統(tǒng)中，生成滿足系統(tǒng)需要的各種開環(huán)和閉環(huán)控制信號。DAC0832是一款常用的D/A轉換器，本設計將選用它實現簡易波形發(fā)生器的制作。 第36頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二1. D/A轉換器DAC0832 DAC0832芯片是一種具有兩個輸入數據寄存器的8位DAC，它能直接與MCS-51單片機接口，其主要特性參數如下：分辨率為8位；電流穩(wěn)定

19、時間1us;可單緩沖、雙緩沖或直接數字輸入；只需在滿量程和下調整其線性度；單一電源供電（5V15V范圍內都可以正常工作）；低功耗，200mW 第37頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二DAC0832芯片為20引腳，雙列直插式封裝 第38頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二DI07：數據輸入線；ILE：數據鎖存信號，高電平有效/CS ：片選/WR1：輸入寄存器的寫選通信號輸入鎖存器的鎖存信號LE1由ILE|、CS、WR1的邏輯組合產生。當ILE為高電平、CS為低電平、WR1為輸入負脈沖時，在LE1產生正脈沖；LE1為高電平時，輸入鎖存器的狀態(tài)隨數據輸入線的

20、狀態(tài)變化，LE1的負跳變將數據線上的信息鎖入輸入寄存器。 /XFER：數據傳送信號，低電平有效。/WR2：DAC寄存器寫選通信號VREF：基準電源輸入引腳。Rfb： 反饋信號輸入引腳。Iout1、Iout2：電流輸出引腳。電流IOu T1與IOuT2的和為常數IOuT2、IOuT1隨DAC寄存器的內容線性變化。 Vcc：電源輸入引腳。AGND： 模擬信號地。DGND： 數字地。 第39頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二2. DAC 0832與單片機的連接 直通方式輸入寄存器和DAC寄存器共用一個地址，同時選通輸出；/WR1和/WR2同時進行，并且不與CPU相接，它的特點是

21、轉換速度快。 第40頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二單緩沖方式 輸入寄存器和DAC寄存器共用一個地址，同時選通輸出，輸入數據在控制信號作用下，直接進入DAC寄存器中；/WR1和/WR2同時進行，并且與CPU的/WR相連，如圖7-25所示，CPU對0832執(zhí)行一次寫操作，將數據直接寫入DAC寄存器中。它適用于只有一路模擬信號輸出或幾路模擬信號非同步輸出。 第41頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二雙緩沖器方式輸入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，可分別選通用同時輸出多路模擬信號。它適用于同時輸出幾路模擬信號的場合，可構成多個0832同步輸出電路。

22、第42頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二1. Proteus電路設計 2. Keil C51程序設計 3. Proteus-Keil聯(lián)合調試仿真 任務實施第43頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二波形發(fā)生器與單片機連接電路 DAC0832采用直通方式和單片機相連，參考電壓管腳VREF接2.5V電壓源，即8位0FFh控制輸出電壓范圍是0-2.5V，IOUT1、IOUT2管腳接比較器后的輸出用Proteus模型庫中的示波器A通道進行測量 第44頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二第45頁，共51頁，2022年，5月20日，2點54分，星期二（1）程序流程波形發(fā)生器關鍵程序是編寫輸出各種