单片机数字传感器课程设计报告书Word格式.docx
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第5个字节为配置寄存器，它的容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。
该字节各位的定义如图3－8所示。
低5位一直为1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
在DS18B20
出厂时该位被设置为0，用户不要改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，方法见表3—3。
8位检验CRC
48位序列号
8位工厂代码（10H）
MSBLSBMSBLSBMSBLSB
图2—6位64位ROM结构图
由表3—3可见,DS18B20温度转换时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。
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。
表2—3DS18B20分辨率的定义规定
R1
R0
分辨率/位
温度最大转换时间/ms
9
93.75
1
10
187.5
11
375
12
750
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
CRC
1字节
2字节
3字节
4字节
5字节
6字节
7字节EEPROM
8字节
9字节
图3—7高速暂存RAM结构图
TM
图2-8配置寄存器
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。
单片机可以通过单总线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
温度值格式如图2—9所示。
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，再计算十进制值。
表2—4是一部分温度值对应的二进制温度数据。
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节容做比较。
若T>
TH或T<
TL，则将该器件的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令做出响应。
因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
S
LS字节
MS字节
图2—9温度数据值格式
在64位ROM的最高有效字节中存储器循环冗余检验码（CRC）。
主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理如图2—10所示.图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用它产生的信号作为减法计数器1的脉冲输入；
高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显变化，所以产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20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和温度寄存器中，减法计数器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的预置值将重新被装入，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2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
图2—10中的斜率累加器用于温度补偿和修正测温过程中的非线形性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值达到被测温度值。
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，因此读写时很重要。
系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。
操作协议为：
初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。
（4）DS18B20与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。
另一种是寄生电源方式，如图2—11所示。
单片机端口接单总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，
温度/℃
二进制
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010001
0191H
+10.125
0000000010100010
00A2H
+0.5
0000000000001000
0008H
0000000000000000
0000H
—0.5
1111111111111000
FFF8H
—10.125
1111111101011110
FF5EH
—25.0625
1111111001101111
FE6FH
—55
1111110010010000
FC90H
表2—4DS18B20温度与测得值对应表
图2—10DS18B20测温原理图
上拉开始时间最大为10μs。
采用寄生电源供电方式时VDD和GND端均接地。
由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
图2—11DS18B20采用寄生电源的电路图
2.2显示电路
1602原理图
LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。
这两个平面上的槽互相垂直（相交成90度）。
也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。
由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。
但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。
LCD是依赖极化滤光器（片）和光线本身。
自然光线是朝四面八方随机发散的。
极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。
这些线形成一网，阻断不与这些线平行的所有光线。
极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。
只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。
LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。
但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。
另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。
总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。
然而，可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。
但由于计算机屏幕几乎总是亮着的，所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的目的。
从液晶显示器的结构来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。
LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶（LC）材料的5μm均匀间隔隔开。
因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。
背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。
液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。
在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。
在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。
当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。
2.3报警电路
温度报警电路采用NPN三极管、电阻和蜂鸣器组成。
在设定报警温度后，超出温度围时，由报警电路实现报警功能。
图3—14报警部分电路图
以上我们对多点温度测量电路的硬件各部分电路温度测量电路、报警电路等进行了介绍，在下一章我们将对软件部分进行分析。
三、系统软件的设计
系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序等等。
3.1主程序
主程序的主要功能是负责温度的实际显示、读数并处理DS18B20的测量温度值，温度测量每1s进行一次。
其程序流程图见图3—1。
3.2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检验，校验有错时不进行温度数据的改写。
写程序流程图如图3—2所示。
3.3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率知转换时间约750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如图3—3所示。
3.4计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3—4所示。
3.5显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图4－5所示。
图3－1温度计主程序流程图图3－2读出温度子程序流程图
小数部分二进制值
2
3
4
5
6
7
8
A
B
C
D
E
F
十进制值
图3—3温度转换命令子程序流程图
图3—4计算温度子程序流程图图3—5显示数据刷新子程序流程图
3.6温度数据的计算处理方法
从DS18B20读取出的二进制值必须先转换成十进制值，才能用于字符显示。
因为DS18B20的转换精度为9到12位可选的，为了提高精度选取12位。
在采用12位转换精度时，温度寄存器里的值是以0.0625为步进的，即温度值为温度寄存器里的二进制值乘以0.0625，就是实际的十进制温度值。
通过观察表3—1可以发现一个十进制值和二进制值之间有很明显的关系，就是把二进制的高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一个字节，这个字节的二进制值化为十进制值后，就是温度值的百、十、个位值，而剩下的低字节的低半字节化成十进制后，就是温度值的小数部分。
小数部分因为是半个字节，所以二进制值围是0至F，转换成十进制小数值就是0.0625的倍数（0至15）。
这样需要4位的数码管来显示小数部分，实际应用不必有这么高的精度，采用1位数码管来显示小数，可以精确到0.10C。
表3-1就是二进制和十进制的近似对应关系表。
附录一
#include<
reg51.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P1^7;
//ds18b20与单片机连接口
sbitRS=P2^4;
sbitRW=P2^5;
sbitEN=P2^6;
sbitBEEP=P2^7;
//蜂鸣器驱动线
sbitBEEP1=P1^6;
//小灯报警驱动线
sbitBEEP2=P3^4;
sbitkey0=P3^0;
sbitkey1=P3^1;
sbitkey2=P3^6;
sbitkey3=P3^7;
//加热驱动线
unsignedcharcodestr1[]={"
TH:
TL:
"
};
unsignedcharcodestr2[]={"
temp:
"
};
unsignedcharcodestr3[]={"
design:
wj"
};
unsignedcharcodestr4[]={"
error"
};
uchardatadisdata[5];
uinttvalue,x=6,y=4,h,m=0x00,n=0x00;
//温度值
uchartflag,z;
//温度正负标志
unsignedcharval;
voiddelay（uintn）//延时1us
{
while（--n）;
}
voidspeak（）//蜂鸣器响一声
{
unsignedchari;
for（i=0;
i<
200;
i++）//喇叭发声的时间循环，改变大小可以改变发声时间长短
{
delay（100）;
//数决定发声的频率，估算值
BEEP=!
BEEP;
//BEEP取反
//if（temp<
30&
temp>
20）break;
}
BEEP=1;
//喇叭停止工作，间歇的时间，可更改
delay（10）;
}
/*************************lcd1602程序**************************/
voiddelay1ms（unsignedintms）//延时1毫秒（不够精确的）
{unsignedinti,j;
for（i=0;
ms;
i++）
for（j=0;
j<
100;
j++）;
voidwr_（unsignedchar）//写指令//
{delay1ms
（1）;
RS=0;
RW=0;
EN=0;
P0=;
delay1ms
（1）;
EN=1;
voidwr_dat（unsignedchardat）//写数据//
{delay1ms
（1）;
;
RS=1;
P0=dat;
voidlcd_init（）//初始化设置//
{delay1ms（15）;
wr_（0x38）;
delay1ms（5）;
wr_（0x08）;
wr_（0x01）;
wr_（0x06）;
wr_（0x0c）;
voiddisplay（unsignedchar*p）//显示//
while（*p!
='
\0'
）
{
wr_dat（*p）;
p++;
init_play（）//初始化显示
{lcd_init（）;
wr_（0x80）;
display（str2）;
wr_（0xc0）;
display（str1）;
/******************************ds1820程序***************************************/
voiddelay_18B20（unsignedinti）//延时1微秒
while（i--）;
voidds1820rst（）/*ds1820复位*/
{unsignedcharx=0;
DQ=1;
//DQ复位
delay_18B20（4）;
//延时
DQ=0;
//DQ拉低
delay_18B20（100）;
//精确延时大于480us
//拉高
delay_18B20（40）;
uchards1820rd（）/*读数据*/
{unsignedchari=0;
unsignedchardat=0;
for（i=8;
i>
0;
i--）
{DQ=0;
//给脉冲信号
dat>
>
=1;
if（DQ）
dat|=0x80;
delay_18B20（10）;
return（dat）;
voidds1820wr（ucharwdata）/*写数据*/
{unsignedchari=0;
i>
i--）
DQ=wdata&
0x01;
wdata>
read_temp（）/*读取温度值并转换*/
{uchara,b;
ds1820rst（）;
ds1820wr（0xcc）;
//*跳过读序列号*/
ds1820wr（0x44）;
//*启动温度转换*/
//*跳过读序列号*/
ds1820wr（0xbe）;
//*读取温度*/
a=ds1820rd（）;
b=ds1820rd（）;
tvalue=b;
tvalue<
<
=8;
tvalue=tvalue|a;
if（tvalue<
0x0fff）
tflag=0;
else
{tvalue=~tvalue+1;
tflag=1;
tvalue=tvalue*（0.625）+0.5;
//温度值扩大10倍，精确到1位小数
return（tvalue）;
/*******************************************************************/
voidds1820disp（）//温度值显示
{ucharflagdat;
uchara,b,c;
disdata[0]=tvalue/1000+0x30;
//百位数
disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;
//十位数
disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;
//个位数
disdata[3]=tvalue%10+0x30;
//小数位
disdata[4]=x+0x30;
disdata[5]=y+0x30;
if（tflag==0）
flagdat=0x20;
//正温度不显示符号
flagdat=0x2d;
//负温度显示负号:
-
if（disdata[0]==0x30）
{disdata[0]=0x20;
//如果百位为0，不显示
if（disdata[1]==0x30）
{disdata[1]=0x20;
}//如果百位为0，十位为0也不显示
}
a=tvalue/1000;
b=tvalue%1000/100;
c=tvalue%100/10;
z=a*100+b*10+c;
if（z>
x）
{speak（）;
BEEP1=0;
BEEP2=1;
elseif（z<
y）
{speak（）;
BEEP1=0;
BEEP2=0;
}
BEEP1=1;
wr_（0x85）;
wr_dat（flagdat）;
//显示符号位
wr_（0x86）;
wr_dat（disdata[0]）;
//显示百位
wr_（0x8
升级会员 