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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2025-07-24 19:38 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0,用戶(hù)不要去改動(dòng),R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù),來(lái)設(shè)置分辨率,詳見(jiàn)表36(DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位)。表36 DS18B20分辨率設(shè)置R1 R0 分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 由表36可見(jiàn),分辨率越高,所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此,在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。3. 溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TLDS18B20依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下,必須先建立ROM 操作協(xié)議,才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。因此,控制器必須首先提供下面5個(gè)ROM 操作命令之一:(1) 讀ROM。(2) 匹配ROM。(3) 搜索ROM。(4) 跳過(guò)ROM。(5) 報(bào)警搜索。成功執(zhí)行完一條ROM 操作序列后,即可進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作,控制器可以提供6條存儲(chǔ)器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示DS18B20完成一次溫度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果放在DS18B20的暫存器里,用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL各由一個(gè)E2PROM字節(jié)構(gòu)成。可以用一條存儲(chǔ)器操作命令對(duì)TH和TL 進(jìn)行寫(xiě)入,對(duì)這些寄存器的讀出需要通過(guò)暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫(xiě)。4. 配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。DS18B20工作是按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值,它是高速緩存器的第5個(gè)字節(jié)。 DS18B20的測(cè)溫原理如圖34所示,圖中低溫度系數(shù)振蕩器的振蕩頻率受溫度影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1;高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。圖34 DS18B20測(cè)溫原理圖 圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén),當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí),DS18B20就對(duì)低溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定,每次測(cè)量前,首先將55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中,減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù),當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置減到0時(shí),溫度寄存器的值將加1,減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,并重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán),直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí),停止溫度計(jì)數(shù)器值的累加,此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程的非線形性,直到溫度寄存器達(dá)到被測(cè)溫度值。另外,DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的,有嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此讀/寫(xiě)時(shí)序很重要。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟:(1) 每一次讀寫(xiě)之前都必須要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位。(2) 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令。(3) 最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒,然后釋放,DS18B20收到信號(hào)后等待15~60微秒左右后發(fā)出60~240微秒的低脈沖,主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 DS18B20使用的注意事項(xiàng)DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、用線少等優(yōu)點(diǎn),但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題: 1. 較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償,由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送,因此,在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí),必須嚴(yán)格的保證讀/寫(xiě)時(shí)序,否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)DS18B20部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 2. 在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題,容易使人誤認(rèn)為可以?huà)烊我舛鄠€(gè)DS18B20,在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí),就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 3. 連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí),讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí),正常通訊距離可達(dá)150m,當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí),正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此,在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。 2. 在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中,向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后,程序總要等待DS18B20的返回信號(hào),一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線,當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí),將沒(méi)有返回信號(hào),程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 數(shù)字溫度計(jì)電路設(shè)計(jì) 數(shù)字溫度計(jì)原理圖溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖35所示,控制器使用單片機(jī)AT89C52,溫度計(jì)傳感器使用DS18B20,用液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先,由DS18B20溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度,并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后,通過(guò)AT89C52單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換,井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后,SMC1602A芯片將送來(lái)的值顯示于顯示屏上。其中,DS18B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機(jī)相連,它獨(dú)立地完成溫度測(cè)量以及將溫度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。圖35 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)圖36是時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)電路圖。圖36 時(shí)鐘電路~24MHz之間選擇。電容C2,C3的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振有一定的影響,可在20~100pF之間選擇,典型值為30pF。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)每次開(kāi)始工作,CPU和系統(tǒng)中的其他部件都必須要有一個(gè)確定的初值,即復(fù)位狀態(tài)。圖37是單片機(jī)復(fù)位電路圖。圖37 復(fù)位電路單片機(jī)RST引腳是高電平有效。單片機(jī)在上電瞬間C3充電,RST引腳出現(xiàn)正脈沖,只要RST保持兩個(gè)機(jī)械周期(大約10ms)以上的高電平,單片機(jī)就能復(fù)位。在單片機(jī)工作后,如果還想再次復(fù)位,只需按下開(kāi)關(guān),單片機(jī)就能重新變成復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz時(shí),RC的典型值為C=10μF,R=。 接口電路的設(shè)計(jì)DS18B20可以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時(shí)DS18B20的1腳接地,2腳作為信號(hào)線,3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式,如圖38所示單片機(jī)端口接單線總線,為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可用一個(gè)MOSFET管完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí),總線上必須有強(qiáng)的上拉,上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線,因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖38 DS18B20與單片機(jī)的接口電路 顯示電路的設(shè)計(jì)1. 1602LCD液晶簡(jiǎn)介1602液晶也叫1602字符型液晶,它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊,它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成,每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔,每行之間也有間隔,起到了字符間距和行間距的作用,正因?yàn)槿绱?,所以它不能顯示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為162,即可以顯示兩行,每行16個(gè)字符液晶模塊(顯示字符和數(shù)字)。1602LCD引腳與功能如下表37所示。表37 液晶1602引腳表引腳符號(hào)功能說(shuō)明1VSS一般接地2VDD接電源(+5V)3V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整段4RSRS為寄存器選擇,高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫(xiě)信號(hào)線,高電平1時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平0時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。6EE端為始能端,下降沿使用7DB0低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位(最低位)8DB1低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9DB2低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10DB3低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11DB4低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12DB5低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13DB6低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14DB7低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位(最高位)15BLA背光電源正極16BLK背光電源負(fù)極1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令,如下表38所示。1602LCD的特性如下:(1) +5V電壓,對(duì)比度可調(diào)。(2) 內(nèi)含復(fù)位電路。(3) 提供各種控制命令,如:清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。(4) 有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。(5) 內(nèi)建有160個(gè)57點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。(6) 8個(gè)可由用戶(hù)自定義的57的字符發(fā)生器CGROM。表38 1602的控制指令序號(hào)指令RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D01清零顯示00000000012光標(biāo)返回000000001—3置輸入模式00000001I/DS4先是開(kāi)/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移動(dòng)000001S/CR/L——6預(yù)置功能00001DLNF——7字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到CGRAM10讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM度數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 指令1:清零顯示,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2:光標(biāo)復(fù)位,光標(biāo)返回到地址00H。指令3:光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。I/D:光標(biāo)移動(dòng)方向,高電平右移,低電平左移,S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效,低電平則無(wú)效。指令4:顯示開(kāi)關(guān)控制。D:控制整體顯示的開(kāi)與關(guān),高電平表示開(kāi),低電平表示關(guān);C:控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān),高電平表示有光標(biāo),低電平表示無(wú)光標(biāo);B:控制光標(biāo)是否閃爍,高電平閃爍,低電平不閃爍。指令5:光標(biāo)或顯示移位。S/C:高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字,低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。R/L,高向左,低向右。指令6:功能設(shè)置命令。DL:高電平時(shí)為8位總線,低電平時(shí)為4位總線。N:低電平時(shí)為單行顯示,高電平時(shí)雙行顯示。F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符,高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7:字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置,地址:字符地址*8+字符行數(shù)(將一個(gè)字符分成5*8點(diǎn)陣,一次寫(xiě)入一行,8行就組成一個(gè)字符)。指令8:顯示地址,第一行為:80H——8FH,第二行為:C0H——CFH。指令9:讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址。BF:為忙標(biāo)志位,高電平表示忙,此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù),如果為低電平表示不忙。指令10:寫(xiě)數(shù)據(jù)。指令11:讀數(shù)據(jù)。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用軟件處理報(bào)警,利用發(fā)光二級(jí)管報(bào)警電路,當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí),則二極管發(fā)光報(bào)警。報(bào)警電路硬件連接如圖39。圖39 報(bào)警電路連接圖23 第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) Proteus軟件1. Proteus簡(jiǎn)介Proteus軟件是英國(guó)LABCENTER electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍電路。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件),從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái),其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等,在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件的特點(diǎn)是:(1) 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合,具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、各種單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真。(2) 提供了多種虛擬儀器。如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等,調(diào)試非常方便。(3) 提供軟件調(diào)試功能,同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,如Keil等軟件。(4) 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是,它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況,也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。2. 四大功能模塊(1) 智能原理圖設(shè)計(jì)(ISIS)豐富的器件庫(kù):超過(guò)27000種元器件,可方便地創(chuàng)建新元件。   智能的器件搜索:通過(guò)模糊搜索可以快速定位所需要的器件。   智能化的連線功能:自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷,大大縮短繪圖時(shí)間。   支持總線結(jié)構(gòu):使用總
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