电子温度计的设计毕业论文(编辑修改稿)

电子温度计的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

陕西国防学院电子工程系毕业论文 9 在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。 89C51 单片机内集成有两个可编程的定时 /计数器： T0 和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外， T1 还可以作为串行口的波特率发生器。 温度传感器 DS18B20 DS18B20 型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。 全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 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。 其可以分别 93． 75ms 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，最大分辨率为0． 0625℃ ， 而且从 DS18B20 读出或写入 DS18B20 的信息仅需要一根口线 (单线接口 )读写。 DS18B20 的性能特点 单线数字化智能集 成温度的传感器，其特点是： （ 1） DSI8B20可将被测温度直接转换成计算机能识别的数字信号输出，温度值不需要经电桥电路先获取电压模拟量，再经信号放大和 A／ D转换成数字信号，解决了传统温度传感器存在的因参数不一致性，在更换传感器时会因放大器零漂而必须对电路进行重新调试的问题，使用方便． （ 2） DS18B20能提供 9到 12位温度读数，精度高，且其信息传输只需 1根信号线，与计算机接口十分简便，读写及温度变换的功率来自于数据线而不需额外的电源． （ 3） 每一个 DS18B20都有一个惟一的序列号，这就允许多个 DS18B20连接到同 一总线上．尤其适合于多点温度检测系统． （ 4） 负压特性：当电源极性接反时， DS18B20虽然不能正常工作，但不会因发热而烧毁 正是由于具有以上特点， DS18B20在解决各种误差、可靠性和实现系统优化等方面与传统各种温度传感器相比，有无可比拟的优越性，因而广泛应用于过程控制、环境控制、建筑物、机器设备中的温度检测。 DS18B20与单片机的典型接口设计 DS18B20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。 Dsl8B20与单片机的硬件连接有两种方法：一是 Vcc接外部电源， GND接地， I/0与单片机陕西国防学院电子工程系毕业论文 10 的 I/0线相连；二是用寄生电源供电，此时 ,~UDD和 GND接地， I/0接单片机 I/0。 无论是哪种供电方式， I/0口线都要接 4． 7k Q左右的上拉电阻。 图 4给出了 DSl8B20与微处理器的典型连接。 （ 1） DS18B20寄生电源供电方式： 如下面图 23(a)所示，在寄生电源供电方式下， DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线 DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 独特的寄生电源方式有三个好处 ： 1） 进行远距离测温时，无需本地电源 2） 可以在没有常规电源的条件下读取 ROM 3） 电路更加简洁，仅用一根 I/O口实现测温 要想使 DS18B20进行精确的温度转换， I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个 DS18B20在温度转换期间工作电流达到 1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠 ，会造成无法转换温度或温度误差极大。 因此，该电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。 并且工作电源 VCC必须保证在 5V，当电源电压下降时 ，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。 （ 2） DS18B20寄生电源强上拉供电方式： 改进的寄生电源供电方式如下面图 23(b)所示，为了使 DS18B20 在动态转换周期中获得足够的电流供应，当进行温度转换或拷贝到 E2 存储器操作时，用 MOSFET 把 I/O 线直接拉到 VCC 就可提供足够的电流，在发出任何涉及到拷贝到 E2 存储器或启动温度转换的指令后，必须在最多 10μS 内把 I/O 线转换到强上拉状态。 在强上拉方式下可以解决电流供应不走的问题，因此也适合于多点测温应用，缺点就是要多占用一根 I/O 口线进行 强上拉切换。 （ 3） DS18B20 的外部电源供电方式： 如下面图 23(c)所示，在外部电源供电方式下， DS18B20工作电源由 VDD引脚接入，其 VDD端用 3～ 5． 5V电源供电，此时 I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个 DS18B20传感器，组成多点测温系统。 注意：在外部供电的方式下， DS18B20的 GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是 85℃。 陕西国防学院电子工程系毕业论文 11 （ a） DS18B20寄生电 源供电方式 （ b） DS18B20外部电源供电方式 (c) DS18B20温度转换期间的强上拉供电（寄生电源方式） 图 23 DS18B20 的内部结构 主要包括寄生电源、温度传感器、 64 位激光 ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器 (内含便笺式 RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的 TH 和 TL 触发器存储与控制逻辑、 8 位循环冗余校验码 (CRC)发生器等七部分。 64 位光刻 ROM 的排 列是：开始 8 位是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56位的循环冗余校验码。 光刻 R0M 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这可实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 暂存存储器包含了 8 个连续字节，前 2 个字节是测得的温度信息，第 1 个字节的内容是温度的低 8 位，第 2 个字节是温度的高 8 位。 第 3个和第 4 个字节是 TH、 TL 的易失性拷贝，第 5 个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这 3个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。 第 8 个字节用于内部计算。 第 9 个字节是冗余检验字节。 DS18B20 的测温原理 高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器 2的脉冲输入。 计数器 1和温度寄存器被预置在 55℃ 所对应的一个基数值。 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，当计数器 1的预置值减到 0时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1的预置将重新被装入，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，如此循环直到计数器 2计数到 0时， DS1 8B20测量温度原理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。 在正常测温情况下， DS18B20 的测温分辨力为 ℃ ，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用 DS18B20 提供的读暂存器指令 (BEH)读出以 ℃ 为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位 (LSB)，得到所测实际温度的整数部分 TZ，陕西国防学院电子工程系毕业论文 12 然后再用 BEH 指令取计数器 1 的计数剩余值 CS 和每度计数值 CD。 考虑到 DS18B20测量温度的整数部分以 ℃ 、 ℃ 为进位界限的关系，实际温度 TS 可用下式计算： TS=(TZ－ ℃ ) ＋ (CD－ CS)/CD 告警信号： DS18B20 完成 温度转换后，就把测得的温度值与 TH、 TL 作比较。 若 TTH 或 TTL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告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告警搜索。 一旦某测温点越限，主机利用告警搜索命令即可识别正在告警的器件，并读出其序号，而不必考虑非告警器件。 CRC 的产生： 在 64 位 ROM 的最高有效字节中存有循环冗余校验码 (CRC)。 主机根据 ROM 的前 56 位来计算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值作比较，以判断主机收到的 ROM 数据 是否正确。 CRC 的函数表达式为： CRC=X8 ＋ X5 ＋ X4 ＋ 1。 此外， DS18B20 尚需依上式为暂存器中的数据来产生一个 8位 CRC 送给主机，以确保暂存器数据传送无误。 在本课题中采用 五 个数字式温度传感器 DS18B20与单片机 89C51连接如下图 图 24 DS18B20多点温度测量连接电路图 DS18B20使用中注意事项 DS18B20 虽 然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： （ 1） 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS18B20 与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DS18B20 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 陕西国防学院电子工程系毕业论文 13 （ 2） 在 DS18B20 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS18B20 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 DS18B20，在实际应用中并非如此。 当单总线上所挂 DS18B20超过 8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这 一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 （ 3） 连接 DS18B20 的总线电缆是有长度限制的。 试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。 当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。 这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。 因此，在用DS18B20 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 （ 4） 在 DS18B20 测温程序设计中，向 DS18B20 发出温度转换命令 后，程序总要等待 DS18B20 的返回信号，一旦某个 DS18B20 接触不好或断线，当程序读该 DS18B20 时，将没有返回信号，程序进入死循环。 这一点在进行 DS18B20 硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。 1602 字符型 LCD 简介 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模块。 1602LCD 的基本参数及引脚功能 1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光的比不带背 光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图 25 所示： 图 25 1602LCD 尺寸图 陕西国防学院电子工程系毕业论文 14 （ 1） 1602LCD 主要技术参数： 显示容量 :162 个字符 芯片工作电压 :— 工作电流 :() 模块最佳工作电压 : 字符尺寸 :(WH)mm 引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 1所示。 表 1 引脚接口说明表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 陕西国防学院电子工程系毕业论文 15 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 1602LCD 的指令 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 2 所示。 表 2 控制命令表。