数字温度计设计报告.docx
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数字温度计设计报告
数字温度计设计报告
姓名:
郝正泽
班级:
应电121
学号:
120001030123
指导教师:
曹世超、李鑫
2014年6月27日
数字温度计报警实训报告
随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域,已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于89c51单片机的测温系统,详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程,重点对传感器在单片机下的硬件连接,软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析,特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。
对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示,使用起来相当方便,具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点,适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量,也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中,作为其他主系统的辅助扩展。
DS18B20与AT89c51结合实现最简温度检测系统,该系统结构简单,抗干扰能力强,适合于恶劣环境下进行现场温度测量,有广泛的应用前景。
实习目的
1.了解数数字温度计及工作原理。
2.进一步掌握数字温度计设计方法。
3.进一步掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
4.进一步掌握keil和仿真软件的应用。
5.进一步熟悉集成电路的引脚安排。
温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下:
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
●无须外部器件;
●可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
●零待机功耗;
●温度以9或12位数字;
●用户可定义报警设置;
●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;
●负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作;
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图2所示。
图2DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有48位,最后8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图3所示。
头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。
第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图3所示。
低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图3 DS18B20字节定义
由表1可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。
因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。
若T>TH或T<TL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。
主机ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。
表2 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为:
初使化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据
主板电路
系统整体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等,如图5所示。
图5单片机主板电路
温度计程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P3^6;
sbitbeep=P3^7;
sbitHled=P1^4;
sbitLled=P1^5;
bitds18b20_ok=1;//18b20正常标志
bithalarm=0,lalarm=0;//高低温警报标志
uintTime0_Count=0;
chartempvalaue_hl[2]={70,-20};
ucharCurrentT=0;//当前读取温度整数部分
uchartemp_value[]={0x00,0x00};//从18b20读取的温度
uchardisplay_digit[]={0,0,0,0};//待显示的的温度数位
ucharcodeDSY_CODE[]=
{
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00
};
ucharcodedf_Table[]=
{
0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9
};
/**********************延时函数**************/
voiddelay(uintm)
{
while(m--);
}
/**********************初始化DS18b20**************/
ucharresetDS18B20()
{
ucharflag;
DQ=1;
delay(8);
DQ=0;
delay(90);
DQ=1;
delay(8);
flag=DQ;
delay(100);
returnflag;
}
/**********************DS18b20读指令**************/
ucharReadOnebyte()
{
uchari,dat=0;
DQ=1;
_nop_();
for(i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;
dat>>=1;
DQ=1;
_nop_();
_nop_();
if(DQ)
dat|=0x80;
delay(30);
DQ=1;
}
returndat;
}
/**********************DS18b20写指令**************/
voidWriteOnebyte(uchardat)
{
uchari;
for(i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;
DQ=dat&0x01;
delay(5);
DQ=1;
dat>>=1;
}
}
/**********************读取温度**************/
voidRead_Temperature()
{
if(resetDS18B20()==1)
ds18b20_ok=0;//有问题
else
{
WriteOnebyte(0xcc);
WriteOnebyte(0x44);
resetDS18B20();
WriteOnebyte(0xcc);
WriteOnebyte(0xbe);
temp_value[0]=ReadOnebyte();
temp_value[1]=ReadOnebyte();
tempvalaue_hl[0]=ReadOnebyte();
tempvalaue_hl[1]=ReadOnebyte();
ds18b20_ok=1;
}
}
/**********************设置温度报警**************/
voidSet_Alarm_Temp_Value()
{
resetDS18B20();
WriteOnebyte(0xcc);
WriteOnebyte(0x4e);
WriteOnebyte(tempvalaue_hl[0]);//高八位
WriteOnebyte(tempvalaue_hl[1]);//低八位
WriteOnebyte(0x7f);
resetDS18B20();
WriteOnebyte(0xcc);
WriteOnebyte(0x48);
}
/**********************温度显示程序**************/
voidDisplay_Temperature()
{
uchari;
uchart=150;
ucharng=0,np=0;
charSigned_Current_Temp;
if((temp_value[1]&0xf8)==0xf8)
{
temp_value[1]=~temp_value[1];
temp_value[0]=~temp_value[0]+1;
if(temp_value[0]==0x00)temp_value[1]++;
ng=1;
np=0xfd;
}
//查表得到小数
display_digit[0]=df_Table[temp_value[0]&0x0f];
//zhengshubufen
CurrentT=((temp_value[0]&0xf0)>>4)|((temp_value[1]&0x07)<<4);
//有符号的温度值
Signed_Current_Temp=ng?
-CurrentT:
CurrentT;
//高低文警报
halarm=Signed_Current_Temp>=tempvalaue_hl[0]?
1:
0;
lalarm=Signed_Current_Temp<=tempvalaue_hl[1]?
1:
0;
//将整数部分分解为三位待显示数字
display_digit[3]=CurrentT/100;
display_digit[2]=CurrentT%100/10;
display_digit[1]=CurrentT%10;
if(display_digit[3]==0)
{
display_digit[3]=10;
np=0xfe;
if(display_digit[2]==0)
{
display_digit[2]=10;
np=0xfd;
}
}
for(i=0;i<30;i++)
{
P0=DSY_CODE[display_digit[0]];
P2=0xf7;
delay(t);
P2=0xff;
P0=(DSY_CODE[display_digit[1]])|0x80;
P2=0xfb;
delay(t);
P2=0xff;
P0=DSY_CODE[display_digit[2]];
P2=0xfd;
delay(t);
P2=0xff;
P0=DSY_CODE[display_digit[3]];
P2=0xfe;
delay(t);
P2=0xff;
if(ng)//如果为负数则在调整后的位置显示—
{
P0=0x40;
P2=np;
delay(t);
P2=0xff;
}
}
}
/**********************zhuchengxu**************/
voidmain(void)
{
IE=0x82;
TMOD=0x01;
TH0=-1000/256;
TL0=-1000%256;
TR0=0;
Hled=1;
Lled=1;
Set_Alarm_Temp_Value();
Read_Temperature();
delay(50000);
delay(50000);
while
(1)
{
Read_Temperature();
if(ds18b20_ok)
{
if(halarm==1||lalarm==1)
TR0=1;
else
TR0=0;
Display_Temperature();
}
else
{
P0=P2=0x00;
}
}
}
/**********************报警中断服务程序******/
voidT0_INT()interrupt1
{
TH0=-1000/256;
TL0=-1000%256;
beep=!
beep;
if(++Time0_Count==400)
{
Time0_Count=0;
if(halarm)
Hled=~Hled;
elseHled=1;
if(lalarm)
Lled=~Lled;
elseLled=1;
}
}
主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度,其程序流程见图7所示。
图7主程序流程图图8读温度流程图
读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图8示
图9温度转换流程图
心得与体会
经过一周的单片机课程设计,终于完成了我们的数字温度计课程设计,虽然课程设计做的不是特别好,但从心底里说,还是高兴的,因为我们收获了很多很多,这些在平常的学习当中是收获不到的,但高兴之余不得不静下来深思!
在本次课程设计的过程中,让我学到了很多、长进了很多,单片机课程设计的重点在于软件算法的设计,需要有很巧妙的程序算法,虽然以前写过一些程序,但觉的要写好一个程序并不是一件简单的事,所以我们只能不断的调试不断的修改才能把程写的更好。
所以得出结论是:
有好多的东西,只有我们去试着做了,才能真正的掌握,只学习理论有些东西是很难理解的,更谈不上掌握,实践才是硬道理,实践是检验真理的唯一标准。
通过这次的课程设计,我们真正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,这样我们才能更好的理解、掌握这些知识,学习单机片机更是如此,程序只有在经常的写与读的过程中才能提高,这就是我在这次课程设计中的最大收获。
通过这次对数字温度计的设计与制作,让我们了解了设计电路的程序,也让我们了解了关于数字温度计的原理与设计理念,要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样,因为,在实际接线中有着各种各样的条件制约着。
并且,在仿真中无法成功的电路接法,在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。
所以,在设计时应考虑两者的差异,从中找出最适合的设计方法。
从这次的课程设计中,我真正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识应用到实际当中,学习单机片机更是如此,程序只有在经常的写与读的过程中才能提高,这就是我在这次课程设计中的最大收获。