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温度计实验报告

日期:2021-01-12  类别:最新范文  编辑:一流范文网  【下载本文Word版

温度计实验报告 本文关键词:温度计,实验,报告

温度计实验报告 本文简介:4河南理工大学单片机课程设计报告姓名:王静杨晓雪学号:0828030090/0828010150专业:电气工程及其自动化指导老师:李宏伟时间:2011年6月24日摘要:在这个信息化高速发展的时代,单片机作为一种最经典的微控制器,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

温度计实验报告 本文内容:

4

河南理工大学

单片机课程设计报告

王静

:0828030090/0828010150

业:电气工程及其自动化

指导老师:

间:2011年6月24日

摘要:在这个信息化高速发展的时代,单片机作为一种最经典的微控制器,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,作为自动化专业的学生,我们学习了单片机,就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计,本温度计属于多功能温度计,可以设置上下报警温度,当温度不在设置范围内时,可以报警。本文设计的数字温度计具有读数方便,测温范围广,测温精确,数字显示,适用范围宽等特点。

关键词:单片机,数字控制,数码管显示,温度计,DS18B20,AT89S52。

目录

1、概述3

1.1设计目的3

1.2设计原理3

1.3设计难点3

2

、系统总体方案及硬件设计4

2.1数字温度计设计方案论证5

2.2.

主控制器5

2.2.3温度传感器…………………………………………………………5

2.3

DS18B20温度传感器与单片机的接口电路7

2.4

系统整体硬件电路设计8

3、系统软件设计9

3.1初始化程序9

3.2读出温度子程序10

3.3读、写时序子程序11

3.4延时程序12

4

Proteus软件仿真14

5、课程设计体会16

附录1…………………………………………………………………………………………….17

附录2……………………………………………………………………………….22

1概述

1.1设计目的

随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。

本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,可广泛用于食品库、冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。

1.2设计原理

本系统是一个基于单片机AT89S52的数字温度计的设计,用来测量环境温度,测量范围为-50℃—110℃度。整个设计系统分为4部分:单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。整个设计是以AT89S52为核心,通过数字温度传感器DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换,同时因其输出为数字形式,且为串行输出,这就方便了单片机进行数据处理,但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后,使之能够方便地在数码管上输出。LED采用四位一体共阴的数码管。

1.3设计难点

此设计的重点在于编程,程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警,其外围电路所用器件较少,相对简单,实现容易。

2

系统总体方案及硬件设计

2.1数字温度计设计方案论证

由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。

2.2总体设计框图

温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89S52,温度传感器采用DS18B20,用4位共阴LED数码管以串口传送数据实现温度显示。

图1

总体设计框图

2.2.1

主控制器

单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,适合便携手持式产品的设计使用。

2.2.2

显示电路

显示电路采用4位共阴LED数码管,从P0口输出段码,P2.0—P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够,所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管,以使数码管高亮显示。

2.2.3温度传感器

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司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。

DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图2所示。

图2

DS18B20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,可通过软件写入用户报警上下限。

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。

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

图3

DS18B20字节定义

由下面表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0.0625℃/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1

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数据是否正确。

2.3

DS18B20温度传感器与单片机的接口电路

图4

DS18B20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4

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,多个DS18B20可以将2口串接到一条总线上,而本设计只用了一个DS18B20。

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。

2.4

系统整体硬件电路设计

2.4.1

主板电路

系统整体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等,单片机主板电路如图5

所示:

图5

单片机主板电路

图5

中包括时钟振荡电路和按键复位电路,按键复位电路是上电复位加手动复位,使用比较方便,在程序跑飞时,可以手动复位,这样就不用在重起单片机电源,就可以实现复位。另外扩展电路中,蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时,发出报警鸣叫声音,同时LED数码管将没有被测温度值显示,这时可以调整报警上下限,从而测出被测的温度值。

2.4.2

显示电路

显示电路是使用的串口显示,这种显示最大的优点就是使用口资源比较少,只用P0和P3口,串口的发送和接收,采用4位共阴LED数码管,从P0口输出段码,P2.0—P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够,所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管,期望增加驱动电流,以使数码管高亮显示。

图6

温度显示电路

3系统软件设计

系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序等。

3.1初始化程序

DQ置1

短延时

DQ置0

延时450us

DQ置1

延时15-60us

延时至少60us

X=~DQ

结束

X=DQ

图7

初始化程序流程图

3.2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2字节,读出温度的低八位和高八位,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图8示

初始化

发跳过ROM指令

开始温度转换

延时2ms

初始化

写入跳过ROM、读取暂存器和CRC字节指令

读取温度的低八位和高八位

取中间八位

结束

图8

读温度程序流程图

3.3读、写时序子程序

读写的程序是本次设计中的重点和难点,通过我们对其时序的分析,从而写出高效的程序。

写1,0时序

读0,1时序

DQ=0

延时15us

dat

//闪烁间隔标志

bit

beep_st;

//蜂鸣器间隔标志

sbit

DIAN

=

P0^7;

//小数点

uchar

x=0;

//计数器

signed

char

m;

//温度值全局变量

uchar

n;

//温度值全局变量

uchar

set_st=0;

//状态标志

signed

char

shangxian=38;

//上限报警温度,默认值为38

signed

char

xiaxian=5;

//下限报警温度,默认值为38

uchar

code

LEDData[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00};

unsigned

int

ReadTemperature(void);

/*****延时子程序*****/

void

Delay(uint

num)

{

while(

--num

);

}

/*****初始化定时器0*****/

void

InitTimer(void)

{

TMOD=0x1;

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

//50ms(晶振12M)

}

/*****定时器0中断服务程序*****/

void

timer0(void)

interrupt

1

using

0

{

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

x++;

}

/*****外部中断0服务程序*****/

void

int0(void)

interrupt

0using

1

{

EX0=0;

//关外部中断0

if(DEC==0

if(shangxian99)shangxian=99;

}

else

if(ADD==0

if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian;

}

}

/*****读取温度*****/

void

check_wendu(void)

{

uint

a,b,c;

c=ReadTemperature()-5;

//获取温度值并减去DS18B20的温漂误差

a=c/100;

//计算得到十位数字

b=c/10-a*10;

//计算得到个位数字

m=c/10;

//计算得到整数位

n=c-a*100-b*10;

//计算得到小数位

if(m99){m=99;n=9;}

//设置温度显示上限

}

/*****显示开机初始化等待画面*****/

Disp_init()

{

P0

=

0x40;

//显示-

P2

=

0xf7;

Delay(200);

P2

=

0xfb;

Delay(200);

P2

=

0xfd;

Delay(200);

P2

=

0xfe;

Delay(200);

P2

=

0xff;

//关闭显示

}

/*****显示温度子程序*****/

Disp_Temperature()

//显示温度

{

P2

=

0xf7;

P0

=0x39;

//显示C

Delay(300);

P2

=

0xfb;

P0

=LEDData[n];

//显示个位

Delay(300);

P2

=

0xfd;

P0

=LEDData[m%10];

//显示十位

DIAN

=

1;

//显示小数点

Delay(300);

P2

=

0xfe;

P0

=LEDData[m/10];

//显示百位

Delay(300);

P2

=

0xff;

//关闭显示

}

/*****显示报警温度子程序*****/

Disp_alarm(uchar

baojing)

{P2

=

0xf7;

P0

=0x39;

//显示C

Delay(200);

P2

=

0xfb;

P0

=LEDData[baojing%10];

//显示十位

Delay(200);

P2

=

0xfd;

P0

=LEDData[baojing/10];

//显示百位

Delay(200);

P2

=

0xfe;

if(set_st==1)P0

=0x76;

else

if(set_st==2)P0

=0x38;

//上限H、下限L标示

Delay(200);

P2

=

0xff;

//关闭显示

}

/*****报警子程序*****/

void

Alarm()

{

unsigned

int

i;

{

for(i=0;i2)set_st=0;

}

if(set_st==0)

{

EX0=0;

//关闭外部中断0

EX1=0;

//关闭外部中断1

check_wendu();

Disp_Temperature();

if(m>=shangxian)

P1_0=1;

else

P1_0=0;

if(m=shangxian)||(m=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}

if(shanshuo_st)

{Disp_alarm(shangxian);}

}

else

if(set_st==2)

{

BEEP=1;

//关闭蜂鸣器

EX0=1;

//开启外部中断0

EX1=1;

//开启外部中断1

if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}

if(shanshuo_st)

{Disp_alarm(xiaxian);}

}

}

}

/*****END*****/

附录2:整体原理图:

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