基于ARM7与DS18B20的数字温度计的方案设计书.docx

1、基于ARM7与DS18B20的数字温度计的方案设计书综合电子课程设计总 结 报 告设计项目： 基于ARM7与DS18B20的数字温度计的设计 项目完成人： 指导教师： 学 院： 信息与计算机工程学院 专 业： 电子信息工程2008级3班 2011年7月7日综合电子课程设计任务书学生姓名 学号 专业（班级）08级电信3班同组成员 设计项目基于ARM7与DS18B20的数字温度计的设计设计内容本设计利用DS18B20智能温度传感器、ARM7 LPC2131嵌入式系统、MS12864LCD液晶屏，设计一个数字温度采集系统。人机接口电路的设计：控制系统采用ARM7 LPC2131，键盘采用独立按键，显

2、示器采用MS12864液晶屏，温度超限报警采用LED。主要技术指标和要求1. 测量温度范围：-50150；2. 精度：0.5；3. 线性度：0.3；4. 超限报警功能；5. 具有温度和时间显示功能；6. 工作电压：总线供电。设计所用仪器设备1 ARM7 LPC2138小系统；2 高精度温度计；3 数字万用表；4 示波器。工作计划12011年6月22日：下达课程设计任务书；22011年6月23日：撰写开题报告；32011年6月25日：开题答辩PPT；42011年6月26日 6月27日：硬件分析与设计、软件结构化设计；52011年6月28日 7月9日：电路焊接与组装、软件结构化编程、单元调试、系统

3、联调、撰写课程设计总结报告；62011年7月10日: 课程设计结题验收，提交数字温度计系统一套、总结报告一份。参考资料温度传感器DS18B20芯片资料液晶屏MS12864R中文资料嵌入式ARM7 LPC2131开发板系统原理指导教师签子系主任签字数字温度计的设计摘 要本系统用ARM7 LPC2131、温度传感器DS18B20、液晶屏12864、LED等组成，系统可实现实时显示当前室内温度功能。系统除基本数字温度计功能外，还具有显示当前时间和日期、温度超限报警、设置时间和日期初值功能。在设计中我们应用ARM7开发板。ARM7开发板具有丰富的硬件资源。本设计采用LPC2131控制可编程芯片DS18

4、B20实现对温度的采集。利用LPC213内部时钟资源采集时间和日期。温度、时间和日期通过液晶屏12864显示，温度超限报警通过LED闪烁提示。本文详细介绍了如何实现对DS18B20编程采集温度功能，以及如何采集ARM7 LPC2131内部时钟资源，并实现键盘输入修改日期时间、温度超限报警等功能。关键词：LPC2131；DS18B20；12864；温度超限报警； 2.1 EasyARM2131 开发板.42.2温度传感器DS18B20.52.3 MS12864R液晶屏简介.63.1 ARM7开发板硬件设计.93.2 LCD液晶屏显示设计. .93.3 DS18B20温度传感器的设计. .10数字

5、温度计设计1绪论 1.1引言近年来随着科技的飞速发展，嵌入式的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的嵌入式应用系统中，嵌入式往往作为一个核心部件来使用，仅嵌入式方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。温度是一种最基本的环境参数，人们生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在工业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和控制具有重要的意义。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器，通过此次项目设计，可以在原有的理论基础上，更加深入的了解传感器的工作原理特别是DS

6、18B20温度传感器的工作原理，同时提高我们的实践动手能力以及逻辑思维能力，特别是拓宽了对ARM控制器的使用视野。数字温度计的控制方式很多。本系统采用LPC2000系列ARM芯片和可编程串行I/O接口芯片DS18B20为中心器件来设计数字温度计，实现了设计一个数字温度采集系统，利用LCD液晶屏显示当前温度、时间和日期，并具有温度超限报警功能1.2 系统方案设计 利用控制芯片、温度传感器、LCD液晶屏、时钟资源、LED等分别实现：（1）实时显示当前室内温度（2）显示年、月、日、星期、时、分、秒；（3）能够通过键盘输入日期和时间的初值；（4）温度超限报警；图1-1为设计方案总体框图图1-1设计方案

7、总体框图系统初始化后，LCD上显示当前室内温度 ，同时LCD上显示时间和日期，通过功能键能实现日期和时间的初值设定，如果温度超过预先设定的温度值，八个LED灯会闪烁提示温度超限。1.3方案论证(1)显示模块方案一：使用LCD液晶屏12864作为时间日期显示，LCD 液晶显示器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。显示清晰，实现功能全。方案二：使用8为数码管作为显示，通过芯片HD7279控制数码管，可实现时间和日期还有当前温度显示，缺点是数码管显示数字，显示不灵活多变。由于LCD可同时显

8、示温度和时间，显示清晰，实现功能全。故选用方案一LCD12864作为显示模块。(2) 温度传感器DS18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。由于DS18B20性能已经够好，控制起来也比较方便，故不需要对比，直接选用DS18B20作为温度传感器（3) 时钟电路模块方案一：DS1302一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进

9、行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。方案二：ARM7LPC2131具有丰富的硬件资源，直接编程即可使用内部时钟资源由于使用DS1302还得外接电路而且编程比较麻烦，故选用ARM7内部时钟资源（4）报警电路报警电路采用8只LED，控制方便、准确。2 系统主要器件选型及依据2.1 EasyARM2131 开发板EasyARM2131 开发板是广州周立功公司设计的 EasyARM 系列开发套件之一，采用 了 PHILIPS 公司基于 ARM7TDMI-S 核、单电源供电、LQFP64 封装的 LPC213

10、1，具有 JTAG 仿真调试、ISP 编程等功能。开发板上提供了一些键盘、LED、蜂鸣器等常用功能部件，还具有RS232 接口电路、 I2C存储器电路。另外，用户也可以更换兼容的CPU进行仿真调试，如LPC2132、LPC2138、 LPC2142 等。灵活的跳线组合（开发板内使用的所有I/O均可断开连接），还有用户I/O接 口，极大地方便了用户进行 32 位ARM嵌入式系统的开发实验。EasyARM2131 实验板功能特点：* 完全自主设计的软硬件、拥有自主版权的 JTAG 仿真技术；* 支持 ADS1.2 集成开发环境及其 PHILIPS 所有型号 ARM 微控制器的仿真与开发；* 采用“

11、主板CPU PACK 适配器SD 卡适配器（标准配置）多种可选配置适配器”* 的 形 式构成 EasyARM2131 开发 套 件，标 准 配置的 CPU PACK 主 芯片为 LPC2131FBD；* 板上的功能部件与 CPU 之间，可以使用跳线器选择连接；* 全面支持 9 种型号的 64 PIN 小管脚 ARM7 微控制器：LPC213x（LPC2131/2132/2134/2136/2138）内置 USB 接口的 LPC214x(LPC2142/2144/2146/2148)* 多种免费商业化软件包及其详细的开发文档：* 移植C/OSII到ARM7 软件包* 数据队列软件包* 串口驱动软

12、件包* MODEM接口软件包* SPI总线软件包* I2C总线软件包* ZLG/FS V1.0 版本文件管理系统软件包* ZLG/GUI图形用户界面软件包* ZLG/SD卡读写软件包* ZLG/USB固件程序及其驱动程序软件包* 多种可选配置适配器：各种型号的 CPU PACK，用户可按需求和喜好配置主 ARM 芯片MG12864 点阵图型液晶模块* 所有 I/O 口全部引出，方便用户连接外部电路的开发与使用；* 可进行 GPIO 的控制实验，如键盘输入、蜂鸣器控制、模拟 SPI 等；* 6 个独立按键(可用于外部中断、定时器捕获输入)，8 个 LED 指示灯；* 具有 RS232 转换电路，

13、可与上位机进行通讯，完成 UART 通讯实验;* 可以与标准串行 modem 直接接口，方便远程通讯；* 具有I2C接口和SPI/SSP接口输出；* 提供基于 PC 的人机界面，方便调试实时时钟、串口通信等功能；* 可进行外部中断实验，学习向量中断控制器(VIC)；* 定时器控制实验，如定时控制 LED、定时器捕获等；* 使用板内的CAT1025（内含复位功能），完成I2C总线的实验；* 使用 74HC595 芯片，实现 SPI 接口数据发送、接收实验；* A/D 转换实验；DAC 转换实验（更换 CPU 为 LPC2132 及以上）；* 实时时钟控制实验；* WDT 及低功耗控制实验；* 5

14、4 个基础实验及其大量的中间件软件包，完整地验证了几乎所有的硬件功能资源；* 详细的配套资料(深入浅出 ARM7LPC213x/214x(上/下册)，北航出版社，其 中上册为标准配置)。2.2 温度传感器DS18B20DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 DS18B20产品的特点（1）、只要求一个端口即可实现通信。（2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）、测量

15、温度范围在55。C到125。C之间。（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6）、内部有温度上、下限告警设置。 DS18B20的引脚介绍TO92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传

16、输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 DS18B20的复位时序DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。DS18B20的写时序对于

17、DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。2.3 MS12864R液晶屏简介MS12864R汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。主要技术参数和显示特性:电源：VDD 3.3V+5V(内置升压电路，无需负压)；显示内容：12

18、8列 64行显示颜色：黄绿显示角度：6：00钟直视LCD类型：STN与MCU接口：8位或4位并行/3位串行配置LED背光多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等模块引脚说明MS128X64R 引脚说明引脚号引脚名称方向功能说明1VSS-模块的电源地2VDD-模块的电源正端3V0-LCD驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行的使能信号；串行的同步时钟7DB0H/L数据08DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/

19、L数据513DB6H/L数据614DB7H/L数据715PSBH/L并/串行接口选择：H-并行；L-串行16NC空脚17/RETH/L复位 低电平有效18VOUT19LED_K-背光源负极（LED-OV）20LED_A-背光源正极（LED+5V）逻辑工作电压(VDD)：4.55.5V电源地(GND)：0V工作温度(Ta)：060(常温) / -2075（宽温）接口时序模块有并行和串行两种连接方法（时序如下）：8位并行连接时序图MPU写资料到模块MPU从模块读出资料串行连接时序图串行数据传送共分三个字节完成：第一字节：串口控制格式 11111ABC A为数据传送方向控制：H表示数据从LCD到MC

20、U，L表示数据从MCU到LCD B为数据类型选择：H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令 C固定为0第二字节：(并行)8位数据的高4位格式 DDDD0000第三字节：(并行)8位数据的低4位格式 0000DDDD串行接口时序参数：(测试条件：T=25 VDD=4.5V)3 硬件设计3.1 ARM7开发板硬件设计系统原理图设计如图3-1所示，ARM7 LPC213系统实现如下功能：（1）控制温度传感器DS18B20读取当前温度值；（2）控制ARM7内部时钟资源读取时间和日期；（3）控制LCD液晶屏显示当前温度、时间和日期；（4）控制LED温度超限报警。 图3-1 系统原理图3.2 LCD液晶

21、屏显示设计：LCD液晶屏显示电路如图3-2所示。该液晶可实现显示当前年、月、日、周、时、分秒和温度值，具体控制和实现方法如下：（1）ARM7的P0.0-P0.7口连接液晶屏的DBO-DB7，控制对液晶屏并行数据读和写；（2）ARM7的P0.8口连接液晶屏的RS口，控制并行的指令/数据选择信号；（3）ARM7的P0.9口连接液晶屏的R/W口，控制并行的读写选择信号；（4）ARM7的P0.10口连接液晶屏的EN口，控制并行的使能信号；（5）ARM7的P0.11口连接液晶屏的PSB口，控制并/串行接口选择：H-并行；L-串行；（6）ARM7的P0.12口连接液晶屏的RET口，实现对液晶屏的复位，低电

22、平有效； 图3-2LCD液晶屏电路图3.3 DS18B20温度传感器的设计电路如图3-3所示，该温度传感器电路可实现对温度传感器DS18B20数据的读写，具体控制方法如下：（1） ARM7的P0.30口连接DS18B20的DQ口，控制串行数据的读和写；（2） DS18B20 的VDD连接到ARM7开发板的VDD上；（3） DS18B20 的GND连接到ARM7开发板的GND上；图3-3 温度传感器电路4 系统的软件设计4.1系统主流程图图4-1为系统主流程图，主流程图具体介绍如下:（1）系统初始化包括对DS18B20进行初始化、设定GPIO、RTC初始化、液晶屏初始化；（2）初始化之后显示当前

23、室内温度同时显示日期和时间；（3）与此同时进行按键判断，如果有按键继续判断是什么按键，如果是修改时间按键那么修改时间；如果是修改日期按键那么修改日期。如没有按键按下，那么判断室内温度是否超过预先设定值，如果超过驱动LED闪烁报警。图4-1 系统主流程图4.2温度传感器功能模块图4-2为温度传感器功能模块流程图； 图4-2 温度传感器功能模块流程图4.3液晶显示功能模块图4-3为液晶显示功能模块流程图； 图4-3 液晶显示功能模块流程图5总结本系统利用控制芯片、温度传感器、LCD液晶屏、LED等分别实现：（1）实时显示当前室内温度（2）显示年、月、日、星期、时、分、秒；（3）能够通过键盘输入日期

24、和时间的初值；（4）温度超限报警；系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。 系统不足：时间和日期初值设定中利用按键较多，此外还没有充分考虑到温度超限报警的多变性，温度报警上限不可调节，只能预先程序中设定超限报警温度值。一周的综合电子工艺课程设计结束了，可能在别人看来，这或许只是一个小的设计，可是它给于我的却不仅仅是这样，认真的做课程设计，运用ARM做一个系统的东西，我从心里给予了足够的重视。刚开始做总是出问题，多次重新分析，从细节着手寻找问题，最后找到了。发现自己想象的太多、太复杂，实际上只需要很简单的一种方法就可以的，问题解决了，也给我很多收获。我觉得自己的方法不可行，关键的原因在于

25、自己对ARM的工作原理没有透彻的理解，所以就不能很好的理解老师的设计要求，结果就造成了很多的弯路，找不到一种合理的途径去解决问题。希望以后有机会可以多做一些这样的设计，增强自己的设计意识，加深所学的知识。参考文献1 郁有文传.感器原理及工程应用（第三版）.西安电子科技出版社，2008.72 阎石.数字电子技术基础（第四版）.高等教育出版社，1998.113 周立功.ARM嵌入式系统基础教程（第二版）.北京航空航天大学出版社，2008.94 汪建军.基于非平衡电桥的电阻数字温度计设计J.浙江万里学院学报,20095 老虎工作室.电路设计与制板protel99se典型实例.人民邮电出版社6 宋文绪

26、、杨帆.传感器与检测技术M.高等教育出版社,2004:附录A/* * 描述: *（1）此程序所有延时采用定时器做（2）开发板上的P0.30口连接温度传感器DQ口线（3）开发板上P0.0-P0.7口连接液晶屏的DBO-DB7，其他液晶口线连接详见程序中宏定义（4）如需液晶显示的更清楚，需在液晶屏上加10K电位器，调节液晶屏输入参考电压* */#include #define eq 130#define uint8 unsigned char #define Fpclk 11059200#define key1 116#define key2 117#define key3 118#define

27、key4 119#define key5 120#define key6 121int nn=0,yy=0,rr=0,zz=0,ss=0,ff=0,mm=0;/*定义与LCD相关的宏*/#define LCD_DATA 0xFF #define LCD_DI 18 /与p0.8对应 #define LCD_RW 19 /与p0.9对应#define LCD_EN 110 /与p0.10对应.#define LCD_PSB 111 /与p0.11对应/电路直接拉高#define LCD_RST 112 /与p0.12对应/上电自动复位，一般也可以不接*#define clear_screen 0x01#define reset_address 0x02#define set_point 0x06 / 0000_0110#define display_set 0x0c /显示设定#define cursor_shift_control 0x1c /0001_1100#define function_set 0x30 /功能设定 基本