目录一、概述 (2)二、内容 (2)1、课程设计题目 (2)2、课程设计目的 (2)3、设计任务和要求 (2)4、正文 (3)(一)、方案选择与论证 (3)三、系统的具体设计与实现 (5)(1)、系统的总体设计方案 (5)(2)、硬件电路设计 (5)a、单片机控制模块 (5)b、温度传感器模块 (5)四、软件设计 (11)1、主程序 (11)2、读出温度子程序 (11)3、温度转换命令子程序 (11)4、计算温度子程序 (12)五、完整程序如下: (12)六、设计体会 (17)七、参考文献 (17)一、概述单片机技术是一项运用广泛且极具发展潜力的技术。
2009年6月14日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。
本文主要介绍了一个基于89S52单片机的测温系统,详细描述了利用液晶显示器件传感器DS18B20开发测温系统的过程,重点对传感器在单片机下的硬件连接,软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析,特别是数字温度传感DS18B20的数据采集过程。
对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示,并可根据需要任意设定上下限报警温度,它使用起来相当方便,具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点,适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量,也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中,作为其他主系统的辅助扩展。
DS18B20与AT89C52结合实现最简温度检测系统,该系统结构简单,抗干扰能力强,适合于恶劣环境下进行现场温度测量,有广泛的应用前景。
二、内容1、课程设计题目基于DS18B20的温度传感器2、课程设计目的通过基于MCS-52系列单片机AT89C52和DS18B20温度传感器检测温度,熟悉芯片的使用,温度传感器的功能,数码显示管的使用,汇编语言的设计;并且把我们这一年所学的数字和模拟电子技术、检测技术、单片机应用等知识,通过理论联系实际,从题目分析、电路设计调试、程序编制调试到传感器的选定等这一完整的实验过程,培养了学生正确的设计思想,使学生充分发挥主观能动性,去独立解决实际问题,以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用,为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。
3、设计任务和要求以MCS-52系列单片机为核心器件,组成一个数字温度计,采用数字温度传感器DS18B20为检测器件,进行单点温度检测,检测精度为±0.5摄氏度。
温度显示采用LCD1602显示,两位整数,一位小数。
系统总体仿真图板上实现效果图4、正文(一)、方案选择与论证根据设计任务的总体要求,本系统可以划分为以下几个基本模块,针对各个模块的功能要求,分别有以下设计方案:(1)、温度传感模块采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度,直接输出数字信号。
便于单片机处理及控制,节省硬件电路。
且该芯片的物理化学性很稳定,此元件线形性能好,在0—100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。
DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C52构成的温度装置,它直接输出温度的数字信号到微控制器。
每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号,根据序列号可访问不同的器件。
这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器,实现多点温度测量,轻松的组建传感网络。
综上分析,我们选用第二种方案。
温度传感模块仿真图(2)、显示模块采用液晶显示器件,液晶显示平稳、省电、美观,更容易实现题目要求,对后续的园艺通兼容性高,只需将软件作修改即可,可操作性强,也易于读数,采用RT1602两行十六个字符的显示,能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。
综上分析,我们采用了第二个方案显示模块仿真图三、系统的具体设计与实现(1)、系统的总体设计方案采用AT89S52单片机作为控制核心对温度传感器DS18B20控制,读取温度信号并进行计算处理,并送到液晶显示器LCD1602显示。
按照系统设计功能的要求,确定系统由3个模块组成:主控制器、测温电路和显示电路。
数字温度计总体电路结构框图如图下所示。
(2)、硬件电路设计a、单片机控制模块该模块由AT89C52单片机组成在设计方面,AT89C52的EA接高电平,其外围电路提供能使之工作的晶振脉冲、复位按键,四个I/O分别接8路的单列IP座方便与外围设备连接。
当AT89C52芯片接到来自温度传感器的信号时,其内部程序将根据信号的类型进行处理,并且将处理的结果送到显示模块,发送控制信号控制各模块。
b、温度传感器模块DS18B20相关资料1、DS18B20原理与分析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。
与传统的热敏电阻相比,它能够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。
可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。
因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
以下是DS18B20的特点:(1)独特的单线接口方式:DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
(2)在使用中不需要任何外围元件。
(3)可用数据线供电,电压范围:+3.0~ +5.5 V。
(4)测温范围:-55 - +125 ℃。
固有测温分辨率为0.5 ℃。
(5)通过编程可实现9-12位的数字读数方式。
(6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。
(7)支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点测温。
(8)负压特性,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、DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理上图所示,图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震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,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后进行计数,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 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器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,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值,这就是DS18B20的测温原理。
另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,他有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。
操作协议为:初始化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工作过程一般遵循以下协议:初始化——ROM操作命令——存储器操作命令——处理数据①初始化单总线上的所有处理均从初始化序列开始。
初始化序列包括总线主机发出一复位脉冲,接着由从属器件送出存在脉冲。
存在脉冲让总线控制器知道DS1820 在总线上且已准备好操作。
② ROM操作命令一旦总线主机检测到从属器件的存在,它便可以发出器件ROM操作命令之一。
所有ROM操作命令均为8位长。
③存储器操作命令④处理数据DS18B20的高速暂存存储器由9个字节组成,其分配如图3所示。
当温度转换命令发布后,经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。
单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后。
DS18B20温度数据表上表是DS18B20温度采集转化后得到的12位数据,存储在DS18B20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或等于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。
温度转换计算方法举例:例如当DS18B20采集到+125℃的实际温度后,输出为07D0H,则:实际温度=07D0H ╳0.0625=2000╳0.0625=1250C。
例如当DS18B20采集到-55℃的实际温度后,输出为FC90H,则应先将11位数据位取反加1得370H(符号位不变,也不作为计算),则:实际温度=370H╳0.0625=880╳0.0625=550C。
2、显示模块LCD1602资料(这里主要介绍下指令说明及时序)1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如表10-14所示:序号指令RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 显示开/关控制0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光标或字符移位0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *读状态输入RS=L,R/W=H,E=H 输出D0—D7=状态字写指令输入RS=L,R/W=L,D0—D7=指令码,E=输出无高脉冲读数据输入RS=H,R/W=H,E=H 输出D0—D7=数据输出无写数据输入RS=H,R/W=L,D0—D7=数据,E=高脉冲表10-15:基本操作时序表读写操作时序如图10-55和10-56所示:图10-55 读操作时序图10-56 写操作时序四、软件设计系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换子程序、计算温度子程序、显示等等。
1、主程序主要功能是完成DS18B20的初始化工作,并进行读温度,将温度转化成为压缩BCD 码并在显示器上显示传感器所测得的实际温度。
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,在读出时需要进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如下图所示。