微机单片机.docx
- 文档编号:16005745
- 上传时间:2023-07-09
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:181.73KB
微机单片机.docx
《微机单片机.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微机单片机.docx(24页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
微机单片机
广东工业大学华立学院
课程设计(论文)任务书
题目名称
数字体温计设计
学生学部(系)
机电与信息工程学部
专业班级
11电气2班
姓名
陈俊良
学号
12031102004
一、
二、
三、
一、课程设计(论文)的内容
设计一个数字体温计,该数字体温计可显示20℃-42℃的温度,进行相应的单片机
硬件电路的设计并进行软件编程。
二、课程设计(论文)的要求与数据
1.用单片机实现;
2.以0.1℃为最小单位进行显示;
3.秒表量程为20℃-42℃,用3位LED显示;
4.除了以上基本功能,个人可根据具体情况加上清零、开始计时、停止计时等扩展功能
目录
摘要................................................................01
1引言..............................................................02
2总体设计方案......................................................02
2.1数字体温计设计方案论证.......................................02
2.1.1第一方案...................................................02
2.1.2第二方案...................................................02
2.2方案二的总体设计框图.........................................02
2.2.1主控制器...................................................03
2.2.2显示电路...................................................03
2.2.3温度传感器.................................................03
2.3DS18B20体温传感器与单片机的接口电路2.4系统整体硬件电路.....
2.4.1主板电路...................................................
2.4.2显示电路...................................................
3系统软件算法分析..................................................
3.1主程序.......................................................
3.2读出体温子程序................................................
3.3体温转换命令子程序...........................................
3.4计算体温子程序...............................................
3.5显示数据刷新子程序...........................................
4总结与体会.........................................................
微机原理与单片机综合设计与实践
数字体温计设计
摘要
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,本文将介绍一种基于单片机控制的数字体温计,本体温计属于多功能体温计,可以设置上下报警体温,当体温不在设置范围内时,可以报警。
关键词:
单片机,数字控制,体温计,DS18B20,AT89S51
1设计要求
(1)基本范围20℃-42℃
(2)精度误差小于0.5℃
(3)LED数码直读显示
2扩展功能
(1)实现语音报数
(2)可以任意设定体温的上下限报警功能
1引言
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,其中数字体温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、医学、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体温计与传统的体温计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出体温采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用单片机AT89S51,测温传感器使用DS18B20,用3位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现体温显示,能准确达到以上要求。
2总体设计方案
2.1数字体温计设计方案论证
2.1.1第一方案
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,在将随被测体温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,就可以将被测体温显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
2.1.2第二方案
进而考虑到用体温传感器,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
一只体温传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测体温值,进行转换,就可以满足设计要求。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。
2.2方案二的总体设计框图
体温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AT89S51,体温传感器采用DS18B20,用3位LED数码管以串口传送数据实现体温显示。
1 总体设计方框图
2.2.1主控制器
单片机AT89S51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,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
2.2.2显示电路
显示电路采用3位共阳LED数码管,从P3口RXD,TXD串口输出段码。
2.2.3温度传感器
DS18B20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体温传感器,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3.0~5.5V;
●零待机功耗;
●体温以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体温(体温报警条件)的器件;
●负电压特性,电源极性接反时,体温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2所示。
图2DS18B20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。
体温报警触发器TH和TL,可通过软件写入户报警上下限。
DS18B20体温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个字节包含测得的体温信息,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,它的内容用于确定体温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体温数值。
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决定体温转换的精度位数,来设置分辨率。
体温LSB
体温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
由表1可见,DS18B20体温转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的体温数据转换时间越长。
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接收到体温转换命令后,开始启动转换。
转换完成后的体温值就以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,表示测得的体温值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S=0时,表示测得的体温值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。
表2是一部分体温值对应的二进制体温数据。
表1DS18B20体温转换时间表
DS18B20完成体温转换后,就把测得的体温值与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同时测量体温并进行报警搜索。
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,器件中低体温系数晶振的振荡频率受体温的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高体温系数晶振随体温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就对低体温系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成体温测量。
计数门的开启时间由高体温系数振荡器来决定,每次测量前,首先将22℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、体温寄存器中,计数器1和体温寄存器被预置在22℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低体温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,体温寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低体温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,停止体温寄存器的累加,此时体温寄存器中的数值就是所测体温值。
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,直到体温寄存器值大致被测体温值。
DS18B20,常用的温度传感器,具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点,DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。
耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
应DS18B20的适用范围
●1该产品适用于冷冻库,粮仓,储罐,电讯机房,电力机房,电缆线槽等测温和控制领域。
●2轴瓦,缸体,纺机,空调,等狭小空间工业设备测温和控制。
●3汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。
●4供热/制冷管道热量计量,中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。
R1
R0
分辨率
温度最大转换时间
0
0
9位
93.75ms
0
1
10位
187.5ms
1
0
11位
375ms
1
1
12位
750ms
温度分辨率设置表
表2 温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
20
00010100
14
21
00010101
15
22
00010110
16
23
00010111
17
24
00011000
18
25
00011001
19
26
00011010
1A
27
00011011
1B
28
00011100
1C
29
00011101
1D
30
00011110
1E
31
00011111
1F
32
00100000
20
33
00100001
21
34
00100010
22
35
00100011
23
36
00100100
24
38
00100100
26
39
00100111
27
40
00101000
28
41
00101001
29
42
00101010
2A
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。
图4DS18B20与单片机的接口电路
2.3DS18B20体温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。
当DS18B20处于写存储器操作和体温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
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,如图5所示。
图5中有三个独立式按键可以分别调整体温计的上下限报警设置,图中蜂鸣器可以在被测体温不在上下限范围内时,发出报警鸣叫声音,同时LED数码管将没有被测体温值显示,这时可以调整报警上下限,从而测出被测的体温值。
图5中的按健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。
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p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收,四只数码管采用74LS164,74lsT164是高速硅门 CMOS 器件,与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL)器件的引脚兼容。
74HC164右移寄存器驱动、74HCT164是8位边沿触发式移位寄存器,串行输入数据,然后并行输出。
数据通过两个输入端(DSA或DSB)之一串行输入;任一输入端可以用作高电平使能端,控制另一输入端的数据输入。
两个输入端或者连接在一起,或者把不用的输入端接高电平,一定不要悬空,显示比较清晰。
图5单片机主板电路
图6体温显示电路
3系统软件算法分析
系统程序主要包括主程序,读出体温子程序,体温转换命令子程序,计算体温子程序,显示数据刷新子程序等。
3.1主程序
主程序的主要功能是负责体温的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前体温值,体温测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测体温,其程序流程见图7所示。
图7主程序流程图图8读体温流程图
3.2读出体温子程序
读出体温子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行体温数据的改写。
其程序流程
图如图8示
图9体温转换流程图
3.3体温转换命令子程序
体温转换命令子程序主要是发体温转换开始命令,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms,在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
体温转换命令子程序流程图如上图,图9所示
3.4计算体温子程序
计算体温子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算,并进行体温值正负的判定,其程序流程图如图10所示。
图10计算体温流程图 图11 显示数据刷新流程图
3.5显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作,当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图11。
4总结与体会
经过将近三周的单片机课程设计,终于完成了我的数字体温计的设计,虽然没有完全达到设计要求,但从心底里说,还是高兴的,毕竟这次设计把实物都做了出来,高兴之余不得不深思呀!
在本次设计的过程中,我发现很多的问题,虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多,单片机课程设计重点就在于软件算法的设计,需要有很巧妙的程序算法,虽然以前写过几次程序,但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事,举个例子,以前写的那几次,数据加减时,我用的都是BCD码,这一次,我全部用的都是16进制的数直接加减,显示处理时在用除法去删分,感觉效果比较好,有好多的东西,只有我们去试着做了,才能真正的掌握,只学习理论有些东西是很难理解的,更谈不上掌握。
从这次的课程设计中,我真真正正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,学习单机片机更是如此,程序只有在经常的写与读的过程中才能提高,这就是我在这次课程设计中的最大收获。
参考文献
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术(简明修订版).杭州:
北京航空航天大学出版社,1998
[2] 李广弟.单片机基础[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1994
[3] 阎石.数字电子技术基础(第三版).北京:
高等教育出版社,1989
[4] 廖常初.现场总线概述[J].电工技术,1999.
[5]朱晓华.微机
2014年5月26日
心
得
体
会
2014年6月1日
教
师
评
语
2014年6月16日
成
绩
及
签
名
2014年6月16日
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 微机 单片机
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)