單片機溫度采集顯示模塊

單片機溫度采集顯示模塊第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一回顧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，2023年，2月20日，星期一本單元任務任務1溫度測量儀設(shè)計任務2數(shù)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，2023年，2月20日，星期一任務1溫度測量儀設(shè)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(shè)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(lǐng)域都有其很好的利用價值。本任務要求廣告屏系統(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(shù)字轉(zhuǎn)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(shù)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(chǎn)品中的一種。DS18B20的數(shù)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(shè)計，并可以使多個DS18B20U方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，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，2023年，2月20日，星期一1.DS18B20介紹

（1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)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(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；（3）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)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(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；（5）溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃；（6）可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現(xiàn)高精度測溫；（7）在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。（8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)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，2023年，2月20日，星期一2.DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)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TLTMR1R011111第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)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，2023年，2月20日，星期一(1)初始化時序第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(2)寫時序第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(3)讀時序第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4.DS18B20典型應用電路DS18B20寄生電源供電方式第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一DS18B20的外部電源供電方式第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一5.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(shù)據(jù)（LSB在先）說明1TXReset（復位）復位脈沖2RXPresence（應答）應答脈沖3TX55h發(fā)出”MatchROM”（符合ROM）命令4TX<64位ROM代碼>發(fā)出DS18B20地址5TX44h發(fā)出”ConvertT”（溫度變換）命令6TX<I/O線高電平>I/O線至少保留2s高電平以便完成轉(zhuǎn)換7TXReset（復位）復位脈沖（480us~960us）8RXPresence（應答）應答脈沖9TX55h發(fā)出”MatchROM”（符合ROM）命令10TX<64位ROM代碼>發(fā)出DS18B20地址11TXBEh發(fā)出”ReadScratchpad”（讀暫存存儲器）命令12RX（9個數(shù)據(jù)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，2023年，2月20日，星期一主機控制單個外部供電DB18B20編程步驟步驟主機數(shù)據(jù)（LSB在先）說明1TXReset（復位）復位脈沖2RXPresence（應答）應答脈沖3TXCCh發(fā)出”SkipROM”（跳過ROM）命令4TX44h發(fā)出”ConvertT”（溫度變換）命令5RX<1個數(shù)據(jù)字節(jié)>讀”忙”標志3次，直至數(shù)據(jù)為FFh（全為1）6TXReset（復位）復位脈沖7RXPresence（應答）應答脈沖8TXCCh發(fā)出”SkipROM”（符合ROM）命令9TXBEh發(fā)出”ReadScratchpad”（讀暫存存儲器）命令10RX（9個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，2023年，2月20日，星期一1.Proteus電路設(shè)計2.KeilC51程序設(shè)計3.Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真任務實施第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一硬件電路圖第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一（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(shù)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，2023年，2月20日，星期一運行Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真【課堂思考】請改用液晶屏1602實現(xiàn)實時溫度的顯示。第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一任務2利用adc0809制作數(shù)字電壓表任務描述：任務分析： 在某些產(chǎn)品上，如數(shù)字電壓表、數(shù)字血壓計等，需要將電壓、電流等模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸入到單片機進行數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換成單片機可以識別的數(shù)字信號，并顯示在數(shù)碼管上。

目前一般運用A/D集成電路完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入單片機處理。ADC0809集成芯片是8位8路的A/D轉(zhuǎn)換器，滿足本設(shè)計要求。第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1.A/D轉(zhuǎn)換基本性能指標

分辨率(Resolution)：指數(shù)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(shù)字信號的位數(shù)來表示。 如：12位A/D轉(zhuǎn)換器，滿刻度為10v ∴A/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，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)換時間，轉(zhuǎn)換速率(ConversionRate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(SampleRate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)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/MillionSamplesperSecond）。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一量化誤差(QuantizingError)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(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)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(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2,ADC0809介紹

ADC0809主要特性和性能指標： ①8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 ②具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?③轉(zhuǎn)換時間為100μs ④單個＋5V電源供電 ⑤模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。 ⑥工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 ⑦低功耗，約15mW。第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一ADC0809芯片封裝：28引腳，雙列直插式第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一通道地址選擇CBA被選擇的通道000000000000000000000000IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一工作時序第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一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(jīng)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A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1.Proteus電路設(shè)計2.KeilC51程序設(shè)計3.Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真任務實施第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一硬件電路圖本設(shè)計包括顯示部分和電壓采集轉(zhuǎn)換兩部分電路設(shè)計，其中顯示采用數(shù)碼管，電路連接原理見單元4，電壓采集轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)接P1口，另外ADC0808的數(shù)據(jù)低位為OUT8，因此和P1口相連時正好相反，CLOCK管腳選擇Proteus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，2023年，2月20日，星期一第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一（1）程序流程

主程序?qū)崿F(xiàn)變量初始化、定時器初始化、啟動電壓轉(zhuǎn)換并讀取轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)。定時器1中斷程序完成數(shù)碼管掃描顯示任務。第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)換程序設(shè)計：while(1) { ST=0; ST=1; ST=0;//ST:啟動轉(zhuǎn)換信號

while(EOC==0);//EOC=1跳出等待

OE=1;//允許輸出到單片機

getdata=P1;//P1=0809的輸入，數(shù)據(jù)送到getdata中

OE=0;//不允許輸出

getdata=getdata*0.0196*100;//數(shù)據(jù)處理：8位對應5V，1位對應0.0196v，再放大100倍

disp[0]=getdata/100;//百位對應個位

disp[1]=(getdata%100)/10;//十位對應小數(shù)點1位

disp[2]=(getdata%100)%10;//個位對應小數(shù)點2位

}

第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一運行Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一任務3利用DAC0832制作波形發(fā)生器任務描述：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(zhuǎn)換，即將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號來實現(xiàn)的。本任務要求制作簡易波形發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波。

D/A轉(zhuǎn)換經(jīng)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(zhuǎn)換器，本設(shè)計將選用它實現(xiàn)簡易波形發(fā)生器的制作。

第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1.D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832

DAC0832芯片是一種具有兩個輸入數(shù)據(jù)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(shù)如下：分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us;可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程和下調(diào)整其線性度；單一電源供電（＋5V～＋15V范圍內(nèi)都可以正常工作）；低功耗，200mW第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一DAC0832芯片為20引腳，雙列直插式封裝第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一DI0~7：數(shù)據(jù)輸入線；ILE：數(shù)據(jù)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(chǎn)生。當ILE為高電平、CS為低電平、WR1為輸入負脈沖時，在LE1產(chǎn)生正脈沖；LE1為高電平時，輸入鎖存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化，LE1的負跳變將數(shù)據(jù)線上的信息鎖入輸入寄存器。/XFER：數(shù)據(jù)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IOuT1與IOuT2的和為常數(shù)IOuT2、IOuT1隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。Vcc：電源輸入引腳。AGND：模擬信號地。DGND：數(shù)字地。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.DAC0832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，它的特點是轉(zhuǎn)換速度快。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一單緩沖方式

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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，2023年，2月20日，星期一雙緩沖器方式

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(gòu)成多個0832同步輸出電路。

第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1.Proteus電路設(shè)計2.KeilC51程序設(shè)計3.Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真任務實施第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一波形發(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0~FFh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，2023年，2月20日，星期一第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一（1）程序流程

波形發(fā)生器關(guān)鍵程序是編寫輸出各種波形的代碼。鋸齒波從輸出高電平逐漸減小為