课程设计(论文)-基于51单片机设计的数字温度计

课程设计(论文)-基于51单片机设计的数字温度计内容摘要：

●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； DS18B20 采用３脚 PR－ 35 封装或８脚 SOIC 封装，其内部结构框图如 下图 所示。 图 18B20 内部结构 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I/O C 64 位 ROM 和 单 线 接 口 高速缓存 存储器与控制逻辑 温度传感器 高温触发器 TH 低温触发器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 发生器 Vdd 桂林 电子科技大学 课程设计（论文）报告用纸 8 试模式， DS18B20 出厂时该位被设置为０，用户要去改动， R1 和Ｒ 0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 图 DS18B20 字节定义 由表 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 ℃／ 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 DS18B20 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 R0R1000101119101112分辨率/ 位 温度最大转向时间/ m s9 3 . 7 51 8 7 . 53 7 57 5 0....TM R1 1R0 1 1 1 1 ....桂林 电子科技大学 课程设计（论文）报告用纸 9 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 一部分温度对应值表 温度 /℃ 二进制表示 十 六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 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 温度传感器与单片机的接口电路 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，如 右图。 另一种是寄生电源供电方式，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 转换操作桂林 电子科技大学 课程设计（论文）报告用纸 10 时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10us。 采用电阻 的接高电平。 由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 系统整体硬件电路 图 总电路接线图 注：由于是仿真电路，所以有许多额外的电路没有连接，如单片机的晶振电路，复位电路。 、 LCD1602 1602 字符型 LCD 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的 2 条线是背光电源线， VCC(15 脚 )和地线 GND(16 脚 )，其控制原理与 14 脚的 LCD 完全一样，其中： 表 LCD1602A管脚说明表 引脚 符号 功能说明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接电源（ +5V） 3 V0 液晶显示器对比 度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（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）。 4 RS RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。 5 R/W R/W 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 6 E E(或 EN)端为使能 (enable)端，下降沿使能。 桂林 电子科技大学 课程设计（论文）报告用纸 11 7 DB0 底 4 位三态、 双向数据总线 0 位（最低位） 8 DB1 底 4 位三态、 双向数据总线 1 位 9 DB2 底 4 位三态、 双向数据总线 2 位 10 DB3 底 4 位三态、 双向数据总线 3 位 11 DB4 高 4 位三态、 双向数据总线 4 位 12 DB5 高 4 位三态、 双向数据总线 5 位 13 DB6 高 4 位三态、 双向数据总线 6 位 14 DB7 高 4 位三态、 双向数据总线 7 位（最高位）（也是 busy flag） 15 BLA 背光电源正极 16 BLK 背光 电源负极 表 寄存器选择控制表 RS R/W 操作说明 0 0 写入指令寄存器（清除屏等） 0 1 读 busy flag（ DB7），以及读取位址计数 器（ DB0~DB6）值 1 0 写入数据寄存器（显示各字型等） 1 1 从数据寄存器读取数据 注：关于 E=H 脉冲 —— 开始时初始化 E 为 0，然后置 E 为 1，再清 0。 busy flag（ DB7）：在此位为被清除为 0 时， LCD 将无法再处理其他的指令要求。 表 LCD 显示地址 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 40H 41H 42H 43H 44H 45H 46H 47H 48H 49H 4AH 4BH 4CH 4DH 4EH 4FH 显示电路 显示电路采用 LCD1602A显示， LCD1602A的 RS(4脚 ) R/W(5桂林 电子科技大学 课程设计（论文）报告用纸 12 脚 ) E(6 脚 )，从 P2 口输出数据。 图 LCD1602A 外观图 图 液晶连接 电路图 软件编程调试及性能分析 系统程序主要包括主程序读出温度子程序，温度转换命令子。