数字温度计方案设计.docx
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数字温度计方案设计
数字温度计设计方案
方案设计；
设计要求
LED数码管能够正常显示测试的温度。
误差；±0.5℃。
范围：
-30℃～120℃。
LED数码管直读显示，当温度为“负”,则显示负号。
所用材料
温度传感器DS18B20一个，AT89C52一个，四位共阳极数码管1个，电阻电容及导线若干。
方案确定；
方案一：
采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1摄氏度的信号是不适用的。
方案二：
采用温度传感器DS18B20。
DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为0.5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。
基于DS18b20的以上优点，我们决定选取DS18b20来测量温度。
测量原理图如下；
工作原理:
利用单片机STC89C52单片机作为本系统的中控模块。
单片机可把由DS18B20读来的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到LED数码管显示模块中，实现温度的显示。
单片机模型图如下；
温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，精度；±0.5℃。
可编程为9位~12位A/D转换精度，分辨率9~12Bbit测温分辨率达到0.0625℃，工作电源。
3~5v;采用寄生电源工作方式，CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路.
DS18B20传感器模型图如下。
LEDL
温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司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。
2.3.1DS18B20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；
2.3.2DS18B20详细引脚功能描述见下表。
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
2.3.3通信过程：
（1）主机拉低单总线至少480us产生复位脉冲；
（2）主机释放单总线，进入接收模式，释放时产生上升沿；
（3）单总线器件检测到上升沿，延时15-60us；
（4）单总线器件通过拉低总线60-240us来产生应答脉冲；
（5）主机接受应答信号，对从机ROM进行命令和功能命令操作；
所有读写时序至少60us，两个独立的时序间至少1us回复时间。
2.3.4DS18B20的基本参数
DS18B20的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2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2DS18B20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3一部分温度对应值表
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。
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，如图4所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，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。
LED数码管。
采用SM410564.四位数码管。
2.2显示电路
显示电路采用两只4位共阳极LED数码管和数码管的驱动芯片74LS245。
二、硬件设计
1、单片机最小系统
最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。
图为STC89C52单片机的最小系统。
工作原理:
利用单片STC89C52单片机作为本系统的中控模块。
单片机可把由74LS138读来的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现汉字胡显示。
点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来。
三、软件的设计及仿真
１、仿真图
2、流程图
main:
lcallreadtemp
lcalltemptohex
lcalldisplay
ljmpmain
tempto1:
MOVLED1,#0BH
tempto2:
mova,temp_H
anla,#00000111b
movb,a
mova,temp_L
anla,#11110000b
orla,b
swapa
movb,#100
divab
jztempto3
movLED1,#1
tempto3:
mova,#10
xcha,b
divab
movLED2,a
movLED3,b
mova,temp_L
anla,#0fh
movdptr,#tab1
movca,@a+dptr
movLED4,a
ret
display:
mova,LED1
movdptr,#tab
movca,@a+dptr
movseg,a
movcom,#7fh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;movseg,#0ffh
mova,LED2
;movdptr,#tab
movca,@a+dptr
movseg,a
movcom,#0bfh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;movseg,#0ffh
mova,LED3
;movdptr,#tab
movca,@a+dptr
anla,#7fh
movseg,a
movcom,#0dfh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;movseg,#0ffh
mova,LED4
movdptr,#tab
movca,@a+dptr
movseg,a
movcom,#0efh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;movseg,#0ffh
3、程序部分
segequp0
comequp1
DQequp2.0
R_COMEQU50H
LED1equ40h
LED2equ41h
LED3equ42h
Led4equ43h
count1equ44h
count2equ45h
temp_Hequ46h
temp_Lequ47h
org0000h
ljmpstart
org0030h
start:
movLED2,#2
movLED3,#8
movLED4,5
movLED1,#11
movseg,#0fh
movcom,#00h
main:
lcallreadtemp
lcalltemptohex
lcalldisplay
ljmpmain
temptohex:
mova,temp_H
anla,#11111000b
jztempto1
movLED1,#0Ah
mova,temp_L
cpla
adda,#01h
movtemp_L,a
mova,temp_H
cpla
addca,#00h
movtemp_H,a
ljmptempto2
tempto1:
MOVLED1,#0BH
tempto2:
mova,temp_H
anla,#00000111b
movb,a
mova,temp_L
anla,#11110000b
orla,b
swapa
movb,#100
divab
jztempto3
movLED1,#1
tempto3:
mova,#10
xcha,b
divab
movLED2,a
movLED3,b
mova,temp_L
anla,#0fh
movdptr,#tab1
movca,@a+dptr
movLED4,a
ret
readtemp:
lcallint
mova,#0cch
lcallwrite
mova,#44h
lcallwrite
lcallint
mova,#0cch
lcallwrite
mova,#0beh
lcallwrite
lcallread
movtemp_L,a
lcallread
movtemp_H,a
ret
int:
clrDQ
movcount1,#250
l1:
djnzcount1,l1
setbDQ
movcount1,#30
l2:
djnzcount1,l2
clrc
orlc,DQ
jcint
movr6,#80
l3:
orlc,DQ
jcl4
djnzr6,l3
sjmpint
l4:
movcount1,#240
l5:
djnzcount1,l5
ret
write:
movcount1,#8
wr1:
setbDQ
movcount2,#8
rrca
clrDQ
wr2:
djnzcount2,wr2
movDQ,c
movcount2,#20
wr3:
djnzcount2,wr3
djnzcount1,wr1
setbDQ
ret
read:
movcount1,#8
re1:
clrDQ
movcount2,#4
nop
setbDQ
re2:
djnzcount2,re2
movc,DQ
rrca
movcount2,#30
re3:
djnzcount2,re3
djnzcount1,re1
setbDQ
ret
display:
mova,LED1
movdptr,#tab
movca,@a+dptr
movseg,a
movcom,#7fh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;movseg,#0ffh
mova,LED2
;movdptr,#tab
movca,@a+dptr
movseg,a
movcom,#0bfh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;movseg,#0ffh
mova,LED3
;movdptr,#tab
movca,@a+dptr
anla,#7fh
movseg,a
movcom,#0dfh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;movseg,#0ffh
mova,LED4
movdptr,#tab
movca,@a+dptr
movseg,a
movcom,#0efh
lcalldelay
movcom,#0ffh
;movseg,#0ffh
ret
delay:
pushb
movb,#0
d1:
djnzb,d1
popb
ret
tab:
db0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,092H,082H,0F8H,080H,090H,0BFH,0FFH
tab1:
db0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9
end
1、调试过程
1.当所有的焊接完成后，利用万能表的二极管档位。
测试，是否整个电路导通。
所有的连线是否正确。
焊接是否到位，有没有短路的情况。
虚焊问题等问题引起数码管不正常显示。
2.当所有的检测没有问题时，然后用下载线把程序下进单片机里。
看温度计是否正常显示。
如果不正常显示，利用万能表找到问题所在。
通常短路的情况为多见。
电源和接地线路，是否正常的导通。
然后在检查三极管和电阻有没有焊接到位。
然后看排线是否有短路的情况；如果正常。
在接传感器的电路，让温度传感器自行读取环境温度。
总结
通过这次数字温度计的制作。
巩固了焊接技术，熟悉了ds18b20产品。
并充分发挥了组员的动手能力。
看见自己组做的产品能自动的感应环境的温度。
心里有说不出来的兴奋。
从这次设计中，我们真真正正的意识到，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，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，这就是我们在这次设计中的最大收获。
组员分配情况：
1焊接部分：
每一个人都轮流焊。
主要以唐洪流。
蔡金杰。
刘俊为主。
2程序部分：
每一个都积极参与了。
出现不同的问题。
给与想法和建议。
主要以何秋勤。
张丽萍。
郭雪云为主。
班级：
09楼宇一班
组号：
第五组
成员：
刘俊、何秋勤、张丽萍、唐洪流、蔡金杰、郭雪云
制作人；张丽萍
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