单片机温度报警器报告.docx
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单片机温度报警器报告
单片机原理课程设计
课题名称:
温度报警器
专业班级:
电子信息工程07级1班
学生学号:
04140701
学生:
指导教师:
云马崇霄
设计时间:
2010-6-21-----2010-6-25
摘要
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,本文将介绍一种基于单片机控制的药库温度报警系统,本温度报警系统可以设置报警温度,当温度不在设置围时,可以报警。
一、设计任务
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用单片机AT89S51,测温传感器使用DS18B20,用4位共阴极LED数码管实现温度显示,能准确达到以上要求。
二、方案选择
1、数字温度计设计方案论证
方案一
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
方案二
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案
2、总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89S51,温度传感器采用DS18B20,用2位LED数码管以并口传送数据实现温度显示。
图1总体设计方框图
3、主控制器
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
4、显示电路
显示电路采用2位共阳LED数码管,从P1口输出待显示的数据。
5、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,其部结构框图如图2所示。
图2DS18B20部结构框图
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。
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。
DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节容作比较。
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。
6、DS18B20温度传感器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。
另一种是寄生电源供电方式,单片机端口接单线总线,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,上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。
三、系统硬件设计
1、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,报警调整电路,单片机主板电路等,如图4所示。
图4中有2个独立式按键可以分别调整温度计的报警温度设置,图中LED可以在被测温度不在上下限围时,发出闪烁,同时LED数码管将没有被测温度值显示,这时可以调整报警上限,从而测出被测的温度值。
2、显示电路
显示电路是使用的并口显示,这种显示最大的优点就是使用简单,只用P1口。
图4
3、原理图及PCB板图
图5原理图
图5PCB板图
四、系统软件设计
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。
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。
这样可以在一秒之测量一次被测温度,其程序流程见图6所示。
图6程序流程图
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7所示
表7读出子程序流程图
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位分辨率时转换时间约为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上图,图6所示
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8所示。
图8计算温度流程图
5、程序
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0003H
LJMPJIA
ORG0013H
LJMPJIAN
ORG0030H
FLAG1BITF0;DS18B20存在标志位
DQBITP2.2
TEMPER_LEQU29H
TEMPER_HEQU28H
A_BITEQU35H
B_BITEQU36H
START:
MOVIE,#85H
MOV30H,#30
shezhi:
MOVR1,#30H
acalldisplay
MOVP2,#0FFH
mova,p2
movc,acc.0
jncshezhi
ljmpmain
DISPLAY:
MOVA,R1;将29H中的十六进制数转换成10进制
MOVB,#10;10进制/10=10进制
DIVAB
MOVB_BIT,A;十位在A
MOVA_BIT,B;个位在B
MOVDPTR,#tab;指定查表启始地址
SETBP3.7;选中第一个数码管
MOVA,A_BIT;取个位数
MOVCA,A+DPTR;查个位数的7段代码
MOVP1,A;送出个位的7段代码
LCALLDELAY;调用延时
CLRP3.7
SETBP3.6;选中第二个数码管
MOVA,B_BIT;取十位数
MOVCA,A+DPTR;查十位数的7段代码
MOVP1,A;送出十位的7段代码
LCALLDELAY
CLRP3.6
RET
JIA:
MOVP2,#0FFH
mova,p2
movc,acc.0
jcout
INCR1
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
out:
RETI
JIAN:
MOVP2,#0FFH
mova,p2
movc,acc.0
jcout1
DECR1
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
LCALLDELAY
out1:
RETI
DELAY:
;延时子程序
MOVR5,#120
NOP
NOP
D1:
MOVR6,#100
D2:
DJNZR6,D2
DJNZR5,D1
RET
;**************主程序开始************
MAIN:
LCALLINIT_18B20
;LCALLRE_CONFIG
LCALLGET_TEMPER
lJMPCHANGE
;**********DS18B20复位程序*****************
INIT_18B20:
SETBDQ
NOP
CLRDQ
MOVR0,#0FBH
TSR1:
DJNZR0,TSR1;延时
SETBDQ
MOVR0,#25H
TSR2:
JNBDQ,TSR3
DJNZR0,TSR2
TSR3:
SETBFLAG1;置标志位,表明DS18B20存在
CLRP0.5;二极管指示
AJMPTSR5
TSR4:
CLRFLAG1
LJMPTSR7
TSR5:
MOVR0,#06BH
TSR6:
DJNZR0,TSR6
TSR7:
SETBDQ;表明不存在
RET
;*****************读转换后的温度值****************
GET_TEMPER:
SETBDQ
LCALLINIT_18B20
JBFLAG1,TSS2
RET;若不存在则返回
TSS2:
MOVA,#0CCH;跳过ROM
LCALLWRITE_18B20
MOVA,#44H;发出温度转换命令
LCALLWRITE_18B20
;LCALLDISPLAY;延时
LCALLINIT_18B20
MOVA,#0CCH;跳过ROM
LCALLWRITE_18B20
MOVA,#0BEH;发出读温度换命令
LCALLWRITE_18B20
LCALLREAD2_18B20;读两个字节的温度
RET
;***************写DS18B20程序************
WRITE_18B20:
MOVR2,#8
CLRC
WR1:
CLRDQ
MOVR3,#6
DJNZR3,$
RRCA
MOVDQ,C
MOVR3,#23
DJNZR3,$
SETBDQ
NOP
DJNZR2,WR1
SETBDQ
RET
;***********读18B20程序,读出两个字节的温度*********
READ2_18B20:
MOVR4,#2;低位存在29H,高位存在28H
MOVR1,#29H
RE00:
MOVR2,#8
RE01:
CLRC
SETBC
NOP
NOP
CLRDQ
NOP
NOP
NOP
SETBDQ
MOVR3,#7
DJNZR3,$
MOVC,DQ
MOVR3,#23
DJNZR3,$
RRCA
DJNZR2,RE01
MOVR1,A
DECR1
DJNZR4,RE00
RET
;************读出的温度进行数据转换**************
CHANGE:
MOVA,29H
MOVC,28H.0;将28H中的最低位移入C
RRCA
MOVC,28H.1
RRCA
MOVC,28H.2
RRCA
MOVC,28H.3
RRCA
MOV29H,A
movr1,#29h
LCALLDISPLAY;调用数码管显示子程序
clrc
mova,30h
subba,29h
jcbj
LJMPMAIN
bj:
cplp0.0
cplp0.1
LJMPMAIN
;***********************************
D1MS:
MOVR7,#80;1MS延时(按12MHZ算)
DJNZR7,$
RET
;*************************
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
end
五、课程设计心得体会
这次实习让我受益匪浅,无论从知识上还是其他的各个方面。
上课的时候的学习从来没有见过真正的单片机,只是从理论的角度去理解枯燥乏味。
但在实习中见过甚至使用了单片机及其系统,能够理论联系实际的学习,开阔了眼界,提高了单片机知识的理解和水平。
在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量,当遇到不会或是设计不出来的地方,我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助。
团结就是力量,无论在现在的学习中还是在以后的工作中,团结都是至关重要的,有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。
单片机是很重要的一门课程,老师和一些工作的朋友都曾说过,如果学好一门单片机,就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。
尽管我们在课堂学到的容很有限,但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习,学好了单片机也就多了一项生存的本钱。
最后感老师对我们的精心指导和帮助,感同学们对我的帮助。
来源:
(-单片机课程设计心得_逆流的风_新浪博客
六、参考文献:
[1] 朝青.单片机原理及接口技术(简明修订版).:
航空航天大学,1998
[2] 广弟.单片机基础[M].:
航空航天大学,1994
[3] 阎石.数字电子技术基础(第三版).:
高等教育,1989
[4] 廖常初.现场总线概述[J].电工技术,1999.