基于单片机的数字温度计设计doc

基于单片机的数字温度计设计doc内容摘要：

PDIP、TPFQ 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 复位上限下限基于单片机的数字温度计设计9主要功能特性： 兼容 mcs51 指令系统 4k 可反复擦写(1000 次）ISP flash ROM 32 个双向 i/o 口 工作电压 2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 033mhz 全双工 UAET 串行中断口线 128x8bit 内部 ram 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 TSP 字节和分页编程 双数据寄存器指针 4位共阳数码管动态扫描显示单元LED 数码管动态显示就是一位一位地轮流点亮各位数码管，对于每一位 LED数码管来说，每隔一段时间点亮一次，利用人眼的“视觉暂留效应，采用循环扫描的方式，分时轮流选通各数码管的公共端，使数码管轮流导通显示。 当扫描速度达到一定程度时，人眼就分辨不出来了。 尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，认为各数码管是同时发光的。 若数码管的位数不大于 8 位时，只需两个 8 位 I／O口。 LED 数码管动态显示要考虑每一位点亮的保持时间和间隔时间。 保持时间太短，则发光太弱而人眼无法看清；时间太长，则间隔时间也将太长（假设 N位，则间隔时间=保持时间 X（N1）），使人眼看到的数字闪烁。 在程序中要 毕业设计10合理的选择合适的保持时间和间隔时间。 而循环次数则正比于显示的变化速度。 图 32 4 位共阳数码管 DS18B20DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，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。 TO－92 封装的 DS18B20 的引脚排列见下图，其引脚功能描述见表 311。 基于单片机的数字温度计设计11图 32 DS18B20表 31　DS18B20 详细引脚功能描述序号名称 引脚功能描述1 GND 地信号2 DQ 数据输入/输出引脚。 开漏单总线接口引脚。 当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 3 VDD 可选择的 VDD 引脚。 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 DS18B20 的性能特点如下：●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；●多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；●无须外部器件；●可通过数据线供电，电压范围为 ~；●零待机功耗；●温度以９或１２位数字；●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，其内部结构框图如图 33所示。 图 33 DS18B20 内部结构I/OC64 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 毕业设计1264 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试模式， DS18B20 出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1 和Ｒ0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 TM R1 R0 1 1 1 1 1图 34 　DS18B20 字节定义由表 1 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。 温度 LSB温度 MSBTH 用户字节 1TL 用户字节 2配置寄存器保留保留保留CRC基于单片机的数字温度计设计13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 32 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 表 32 DS18B20 温度转换时间表R1 R0 分辨率/位 温度最大转换时间/ms0 0 9 0 1 10 1 0 11 3751 1 12 750DS18B20 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。 毕业设计14表 33　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 000007D0H+85 0000 0101 0101 00000550H+ 0000 0001 1001 00000191H+ 0000 0000 1010 000100A2H+ 0000 0000 0000 00100008H0 0000 0000 0000 10000000H 1111 1111 1111 0000FFF8H 1111 1111 0101 1110FF5EH 1111 1110 0110 1111FE6FH55 1111 1100 1001 0000FC90H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。 基于单片机的数字温度计设计15DS18B20 DS18B20 DS18B20GND GND GNDVCCVCC单片机.... 图 35 DS18B20 与单片机的接口电路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。 另一种是寄生电源供电方式，如图35 所示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 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10us。 采用寄生电源供电方式时 VDD 端接地。 由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 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控制方法DS18B20 有六条控制命令，指令约定代码操作说明 CCH：跳过扫描温度传感芯片序列号44H： 启动 DS18B20 进行温度转换 BEH ：读度温度值DS18B20的复位时序 ： 毕业设计16（1） 先将数据线置高电平“1”。 （2） 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）（3） 数据线拉到低电平“0”。 （4） 延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微秒）。 （5） 数据线拉到高电平“1”。 （6） 延时等待（如果初始化成功则在 15 到 60 毫秒时间之内产生一个由DS18B20 所返回的低电平“0”。 据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。 （7） 若 CPU 读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要 480 微秒。 （8） 将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。 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。 （1）将数据线拉高“1”。 （2）延时 2 微秒。 （3）将数据线拉低“0”。 （4）延时 15 微秒。 （5）将数据线拉高“1”。 （6）延时 15 微秒。 （7）读数据线的状态得到 1 个状态位，并进行数据处理。 基于单片机的数字温度计设计17（8）延时 30 微秒。 DS18B20的写时序：对于 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。 （1） 数据线先置低电平“0”。 （2） 延时确定的时间为 15 微秒。 （3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。 （4） 延时时间为 45 微秒。 （5） 将数据线拉到高电平。 （6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。 （7） 最后将数据线拉高。 、低温与异常情况报警单元采集到的温度经过处理后,超过规定温度上限时，单片机将通过 口向蜂鸣器发送高电平信号使其发出警报声；当采集到的温度经过处理后，低于设定温度下限时，单片机将通过 口向蜂鸣器发送高电平信号使其发出警报声。 要是由于环境温度变化太剧烈或加热，或温度传感头出现故障，而在一定时间内，不能将温度控制到规定的温度限内，单片机也将会通过 口向蜂鸣器发送高电平信号使其发出警报生。 在实验中设置的下限温度是 20 摄氏度，当温度达到 20 摄氏度时，蜂鸣器就虎发出报警。 实。