李兴瑞数字式温度计.docx

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李兴瑞数字式温度计

合肥学院

计算机科学与技术系

课程设计报告

2008～2009学年第一学期

课程

微型计算机原理与接口技术

课程设计名称

数字式温度计

学生姓名

李兴瑞

学号

0604031017

专业班级

06网络工程

（一）班

指导教师

张向东

2009年1月

数字式温度计

1、题意分析及解决方案

1.1题义需求分析

1.1.1设计内容：

本设计为从温度传感器DS18B20通道采样温度模拟信号，转化成数字信号，并在LED液晶显示器上显示出来.

由于DS18B20可以直接将模拟量转换为数字量,因此在并送LED显示时，须通过A/D转换器先将信号送入CPU,然后再选用8255A作为微处理器的输入输出接口芯片,最后将8位数字信号量显示到LED显示器上。

可以从四个方面来分析问题，

1）采样模拟信号，转化成数字信号。

2）接口的连接问题。

3）LED显示器如何接入电路。

4）如何进行显示控制。

1.2解决问题方法及思路

1.2.1硬件部分

（1）温度传感器DS18B20

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，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温

（2）输入输出接口芯片8255A

由于考虑到8086接口不足的问题，比如对LED数码管进行位选需要2位，对LED数码管每一位进行段选需要8位，所以必须要用8255进行I/O的扩展,通过8255A，CPU可以直接同外设相连接,将数字量从CPU输出到LED显示器上.

（3）硬件比较

表1-18255A芯片与8251A芯片比较

8255A芯片

8255A芯片是可编程并行接口芯片，不需要附加外部电路便可和大多数并行传输的外设相连，数据可多为同时传输，使用广泛方便。

8251A芯片

8251A是可编程的串行接口芯片，数据一位一位地顺序传送，电路简单，传输距离远。

表1-2　ＬＥＤ和ＬＣＤ比较

LED

与LCD相比，LED在亮度，功耗可视角度和刷新速率等方面更具有优势，其最显著的特点是使用寿命长，光电转换效能高。

LCD

LCD占用空间小，功耗低，低辐射，能降低视觉疲劳，但会出现闪烁现象。

1.2.2软件部分

该程序主要应分为两大部分，

（1）对DS18B20进行设置

如何赋初始温度值,如何保存读出的数字量,如何获取当前温度值,如何将温度值显示出来等问题进行编程.

（2）对8255的初始化

对方式选择控制字的赋值问题，也就是解决8255A的A口、B口分别工作在方式几，A口、B口、C口高位、C口低位分别是作为输出口还是输入口的问题。

2、硬件设计

2.1选择芯片8255A

2.1.18255A在本设计中的作用

芯片8255A在本设计中起输出、输入作用，C口的高四位输入方式。

PC7作为读取EOC信号，低四位作输出方式，PC1、PC0作七段LED显示器的位选码，PA口用作输出方式，作七段LED的段选码，PB口为输入方式，读取ADC0809转换后的数字量即8255A通过PB口读入ADC0809转换后的数字量由PC1、PC0产生位选，PA口产生段选后七段LED显示出数字量。

2.1.28255A功能分析

8255A是一种通用的可编程的并行I/O接口芯片，可用与连接PCI卡与外设，实现数据的的输入输出功能，可以对输入/输出的数据进行数据锁存和数据缓冲，有中断请求信号，可以向CPU发出中断请求，能进行单向和双向通信。

8255A的数据总线缓冲器是一个三态8位双向缓冲器，用作8255A同系统数据总线相连时的缓冲部件，CPU通过执行输入/输出指令来实现对缓冲器发送或接收数据。

8255A的控制字或状态字也是通过该缓冲器传送的。

PA、PB、PC三口均工作在方式０状态。

图2-18255A原理图

表2-18255A的操作功能表

8255A的操作功能表

A1A0

操作

数据传送方式

00100

读A口

A口数据→数据总线

00101

读B口

B口数据→数据总线

00110

读C口

C口数据→数据总线

01000

写A口

数据总线数据→A口

01001

写B口

数据总线数据→B口

01010

写C口

数据总线数据→C口

01011

写控制口

数据总线数据→控制口

（1）方式0的工作特点：

这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。

（2）方式0的功能为：

a.两个8位通道：

通道A、B。

两个四位通道：

通道C高4位和低四位；

b.任何一个通道可以作输入/输出；

c.输出是锁存的；

d.输入是不锁存的；

e.在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。

2.1.38255A主要技术参数

表2-28255A主要技术参数

参数名称

符号

测试条件

规范值

最大

最小

输入低电平电压

VIL

0.8V

-0.5V

输入高电平电压

VIH

VCC

2.0V

输入低电平电压（数据总线）

VOL

IOL=2.5MA

0.45V

输入低电平电压（外部端口）

VOL

IOL=1.7MA

0.45V

输入高电平电压（数据总线）

VOH

IOH=-400UA

2.4V

输入高电平电压（外部端口）

VOH

IOH=-200UA

2.4V

达林顿驱动电流

IDAR

REXT=750VEXT=1.5

-0.4MA

1.0MA

电源电流

ICC

120MA

输入负载电流

IIL

I=VCC~0MA

+10MA

-MA

输出浮动电流

IOFL

VOUT=VCC~0MA

+MA

-MA

2.2选择芯片LED

2.2.1LED在本设计中的作用

LED发光二极管（Light-EmittingDiode），在本设计中采用7段数字发光二级管，做为终端显示。

2.2.2LED的功能分析

笔画型LED显示器是由8个二极管电路a~dp按字型‘8’的方式排列，当不同的二极管被选通后根据发光效果会显示不同的自型。

本设计中采用共阴极连接方式，当某段接入正电压时，对应的发光二极管会发光，当需要显示字型码“0”时，对应下图中的a，b，c，d，e，f发光二极管应发光，输入位选码应为00111111，即为：

3FH；类似可以显示其他。

a~dp分别与74LS273的1Q~8Q相连，接收段选码信号（高电平）；4位LED显示器的4根共阴极引线与8255A的PC0~PC3相连，接收位选码信号（低电平）。

段选码和位选码共同作用以显示不同的字型。

表2-3共阴极七段LED显示段码

数字

DP

g

f

e

d

c

b

a

二进制编码（字形）

0

0

0

1

1

1

1

1

1

3FH

1

0

0

0

0

0

0

1

1

03H

2

0

1

0

1

1

0

1

1

5BH

3

0

1

0

0

1

1

1

1

4FH

4

0

1

1

0

0

1

1

0

66H

5

0

1

1

0

1

1

0

1

6DH

6

0

1

1

1

1

1

0

1

7DH

7

0

0

0

0

0

1

1

1

07H

8

0

1

1

1

1

1

1

1

7FH

9

0

1

1

0

1

1

1

1

6FH

A

0

1

1

1

0

1

1

1

77H

B

0

1

1

1

1

1

0

0

7CH

C

0

0

1

1

1

0

0

1

69H

D

0

1

0

1

1

1

1

0

5EH

E

0

1

1

1

1

0

0

1

79H

F

0

1

1

1

0

0

0

1

71H

2.2.3芯片LED的技术参数

表2-4LED的技术参数

Pcw

If

Vr

Ir

If

^p

对应型号

散射颜色

BT235－2

70

25

5

≥1.5

≤2.5

200

SEL-10

红色

BT1441529

100

40

5

≥0.5

≤2.5

565

绿色

BT1341529

100

40

5

≥0.5

≤2.5

585

蓝色

消耗功率PM＝150mW

最大工作电流IFM＝100mA

正常工作电流IF＝40mA

正向压降VF≤1.8V

燃亮电压为5v

共阴极LED的PM＝300mW,IFM＝200mA,IF＝60mA,VF≤1.8V,VR≥5V，发红光。

2.3选择芯片DS18B20

2.3.1DS18B20在本设计中的作用

DS18B20在本设计中主要是测量手部的温度并将接收的模拟信号转化为数字信号输出至8255中。

2.3.2DS18B20的功能分析

DS18B20测温原理如图2-2所示。

图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。

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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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即为所测温度。

图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

图2-2DS18B20测温原理图

1）DS18B20主要数据部件

（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。

64位光刻ROM的排列是：

开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。

光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：

用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

如图2-3:

图2-3DS18B20温度值格式　

这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。

例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。

图2-4DS18B20温度转换

（3）DS18B20温度传感器的存储器

    DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

（4）配置寄存器

低五位一直都是"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，用户不要去改动。

R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：

（DS18B20出厂时被设置为12位）

表2-5配置寄存器分辨率

表2-5ROM指令

表2-5RAM指令

3、硬件总逻辑图及其说明

3.1硬件总逻辑图

图3-1硬件总逻辑图

3.2说明

实验硬件原理图由PCI、8255A、DS18B20、LED数码显示器构成，8255A芯片CS片选信号线接PCI卡上CS,8255A芯片A0、A1接PCI卡的A0、A1。

8255A的C口的PC7作为DS18B20的输入口，A口作为LED数码管的段选，B口作为LED数码管的位选。

4、控制程序设计

4.1控制程序设计思路说明

本程序主要功能分为初始化、读温度量、写操作及LED的显示输出。

初始化主要实现写8255方式控制字，设置控制字为89h，,即10001001，8255芯片工作于方式0，PA口作输出段选，PB口作输出位选，PC口作为输入。

然后向DS18B20发送读温度指令，准备读温度前先复位，跳过ROM匹配，发出读温度命令，调用读18B20子程序,先读低8位再读高8位，读出转换后的温度值存在AX中。

再调用显示子程序，将温度值显示出来。

实现二进制到十六进制数字型码的转化主要通过二进制数从段选码中查表找出相应的字型码并从8255中送出在LED显示器中显示。

从高位到低位、输出结果并控制显示器显示通过循环完成。

4.2程序流程图

（1）主程序

（3）读18B20子程序

（2）写18B20子程序

（4）复位DS18B20子程序

（6）启动DS18B20子程序

（7）读温度子程序

（5）0->8255的PC0口子程序

（8）1->8255的PC0口子程序

（9）显示子程序

（10）存放字节子程序

4.3程序代码

表5-1转换表

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

3fh

60h

5Bh

4Fh

66h

6dh

7dh

07h

7fh

6fh

77h

7ch

39h

5eh

79h

71h

.MODELTINY

PCIBAR3EQU1CH;8位I/O空间基地址（它就是实验仪的基地址,也为DMA&32BITRAM板卡上的8237提供基地址）

Vendor_IDEQU10EBH;厂商ID号

Device_IDEQU8376;设备号

.STACK300

.DATA

IO_Bit8_BaseAddressDW?

msg0DB'BIOS不支持访问PCI$'

msg1DB'找不到StarPCI9052板卡$'

msg2DB'读8位I/O空间基地址时出错$'

Con_8255DW00F3H

PA_8255DW00F0H

PB_8255DW00F1H

PC_8255DW00F2H

bufferDB8DUP（0）;温度临时存放区

TABdb

3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h;七段显示器TABdb3eh,05h,5ah,4eh,65h,6ch,7ch,06h,7eh,6eh,76h,7bh,38h,5dh,78h,70h

tab1db0bfh,086h,0dbh,0cfh,0e6h,0edh,0fdh,087h,0ffh,0efh,0f7h,0fch,0b9h,0ceh,0f9h,0f1h

.CODE

START:

MOVAX,@DATA

MOVDS,AX

MOVES,AX

NOP;DELAY?

CALLInitPCI

CALLModifyAddress;根据PCI提供的基地址,将偏移地址转化为实地址

CALLInit8255;初始化8255

MAIN:

CALLSTART_Temperature;向DS18B20发送读温度指令

JBMAIN

CALLRD_Temperature;读出温度值

calldisplayNumber

;调用显示子程序

JMPMAIN;DS18B20复位初始化子程序

INIT_18B20PROCNEAR

CALLW_L;调用0->PC0子程序

CALLDelay501us;；主机发出501us复位低脉冲，标示复位信号

MOVDX,Con_8255;8255控制口地址->DX

MOVAX,89H;设置控制字10001001

OUTDX,AL;PC输入状态

DECDX;DX-1

MOVCX,15

；15->CX

INIT_18B20_1:

INAL,DX;[DX]->AL

TESTAL,01H;AL.0=1?

JZINIT_18B20_2

LOOPINIT_18B20_1

STC;1;置位标志位，表示DS18B2bu0存在

RET

INIT_18B20_2:

CALLDelay501us

CLC;0;复位标志位,表示DS18B存在

RET

INIT_18B20ENDP

Delay501usPROCNEAR

PUSHAX

PUSHCX

PUSHDX

MOVCX,167

MOVDX,PA_8255

Delay501us_1:

INAL,DX

LOOPDelay501us_1

POPDX

POPCX

POPAX

RET

Delay501usENDP

Delay50usPROCNEAR

PUSHAX

PUSHCX

PUSHDX

MOVCX,12

MOVDX,PA_8255

Delay50us_1:

INAL,DX

LOOPDelay50us_1

POPDX

POPCX

POPAX

RET

Delay50usENDP;写操作

WRITE_18B20PROCNEAR

MOVCX,8

;一共8位数据

WRI:

CALLW_L;0->PC0

RORAL,1;把最低位移到cf和最高位

JNBWRI1

;if（ch==0）jmp

CALLW_H

;1->PC0

WRI2:

CALLDelay50us

CALLW_H

LOOPWRI

RET

WRI1:

PUSHCX

;保存CX，恢复CX

POPCX

JMPWRI2

WRITE_18B20ENDP

;读操作

READ_18B20PROCNEAR

MOVCX,8

;数据一共有8位

Read:

CALLDelay50us

MOVDX,Con_8255

;8255控制口地址->DX

MOVAL,80H

OUTDX,AL;0->PC0

MOVAL,89H

OUTDX,AL

;PC口输入状态

MOVDX,PC_8255

;8255PC口地址->DX

INAL,DX

RORAL,1

RCRBL,1

;cfror

MOVDX,Con_8255

;8255控制口地址->DX

MOVAL,80H

OUTDX,AL

;0->PC0

MOVAL,01H

OUTDX,AL

;1->PC0

LOOPRead

MOVAL,BL

RET

READ_18B20ENDP

;******************************

;判断DS18B20是否存在，启动DS18B20;CY为判断标志

;******************************

START_Temperature:

CALLINIT_18B20

;先复位DS18B20

JBGET_T

;判断DS1820是否存在?

若DS18B20不存在则返回

MOVAL,0CCH

;跳过ROM匹配

CALLWRITE_18B20

MOVAL,44H

;发出温度转换命令

CALLWRITE_18B20

CLC

GET_T:

RET

;******************************

;读出转换后的温度值，存在AX

;******************************

RD_Temperature:

CALLINIT_18B20

;准备读温度前先复位

MOVAL,0CCH

;跳过ROM匹配

CALLWRITE_18B20

MOVAL,0BEH;发出读温度命令

CALLWRITE_18B20

CALLREAD_18B20

;调用读18B20子程序,读出温度

MOVAH,AL

;存放到AX

CALLREAD_18B20

;调用读18B20子程序

XCHGAL,AH

;先读低8位再读高8位

RET

Init8255PROCNEAR

MOVDX,Con_8255;8255的控制口->DX

MOVAL,89H

OUTDX,AL

DECDX

RET

Init8255ENDP

;写0

W_LPROCNEAR

PUSHAX;保存AX

MOVDX,Con_8255;8255的控制口->DX

MOVAL,80H;80H->AL

OUTDX,AL

;AL->[DX]（0->PC0口）

POPAX；恢复AX

RET

W_LENDP;写1

W_HPROCNEAR

PUSHAX；保存AX

MOVDX,Con_8255;8255的控制口->DX

MOVAL,01H;01H->AL

outdx,AL

;AL->[DX]（1->PC0口）

POPAX;恢复AX

RET

W_HENDP

;***************************

;向8255写入显示的数

;***************************

displayNumberprocnear;向8255写入显示的数

movsi,ax

pushax

pushbx

T1:

movax,si

pushcx

movdx,PA_8255

callbl10

andax,000fh

mulbl

movbl,16

divbl;al为显示的0-9

callconv