精品毕业论文--基于at89c51的数字温度计设计与仿真-文库吧

【正文】 S18B20 的管脚排列如 图 所示。 图 DS18B20 外形图 引脚定义： (1) DQ 为数字信号输入 /输出端； (2) GND 为电源地； (3) VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 其内部结构框图如图 所示： 设计方案 4 图 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 [11]，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 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 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。 设计方案 5 图 DS18B20 字节定义 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 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 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 [5]。 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 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 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。 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 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 设计方案 6 行计数进而完成温度测量。 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。 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 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 1602LCD 模块显示特性 [4] ●单 5V 电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性 ●内置 192 种字符（ 160 个 57 点阵字符和 32 个 510 点阵字符） ●具有 64 个字节的自定义字符 RAM，可定义 8 个 58 点阵字符或四个 511 点阵字符 ●显示方式： STN、半透、正显 ●驱动方式： 1/16DUTY， 1/5BIAS ●视角方向： 6点 ●背光方式：底部 LED ●通讯方式： 4位或 8位并口可选 ●标准的接口特性，适配 MC51 和 M6800 系列 MPU 的操作时序 1. 1602LCD模块接口定义 图 1602LCD 引脚外形图 设计方案 7 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）接口，各引脚接口说明如表 。 表 1602LCD 接口定义表 管脚定义 符号 功能 1 Vss 电源地（ GND） 2 Vdd 电源电压（＋ 5V） 3 VEE LCD 驱动电压（可调） 4 RS 寄存器选择输入端，输入 MPU 选择模块内部寄存器类型号； RS=0，当 MPU 行进写模块操作，指向指令寄存器； 当 MPU 进行读模块操作，指向地址计数器； RS=1，无论 MPU 读操作还是写操作，均指向数据 寄存器 5 R/W 读写控制输入端，输入 MPU 选择读 /写模块操作操作信号： R/W＝ 0 读操作； R/W＝ 1 写操作 6 E 使能信号输入端，输入 MPU 读 /写模块操作使能信号： 读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效 7 DB0 数据输入 /输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道 8 DB1 数据输入 /输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道 9 DB2 数据输入 /输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道 10 DB3 数据输入 /输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道 11 DB4 数据输入 /输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道 12 DB5 数据输入 /输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道 13 DB6 数据输入 /输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道 14 DB7 数据输入 /输出口， MPU 与模块之间的数据传送通道 液晶模块内部的控制器共有 11条控制指令，如表 。 表 控制命令表 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 设计方案 8 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到 CGRAM 或 DDRAM） 1 0 要写的数据内容 11 从 CGRAM 或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容 1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明 :1 为高电平、 0 为低电平） 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3: 光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高 电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8： DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示 不忙。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 初始化程序： SET_LCD: 。对 LCD 做初始化设置及测试 CLR LCD_EN CALL INIT_LCD 。初始化 LCD INIT_LCD: 。8 位 I/O 控制 LCD 接口初始化 MOV A,38H 。双列显示，字形 5*7 点阵 CALL WCOM CALL DELAY1 DELAY1: 。延时 5ms MOV R6,25 DL2: MOV R7,100 设计方案 9 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL2 RET MOV A,01H 。清除 LCD 显示屏 基于 AT89C51 的 数字温度计 设计与仿真 硬件电路设计 10 第三章 硬件电路设计 电路原理图 本温度计大体分三个工作过程。首先，由 DS18B20 温度传感器芯片测量当前温度，并将结果送入单片机。然后，通过 AT89C51 单片机芯片对送入的测量温度读 数进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块。最后， LCD 1602 模块将送来的值显示于显示屏上。温度计的整体电路 设计原理图 如图 。 从图中可以看到 ， 本电路主要由 DS18B20 温度传感器芯片、通用 LCD 1602 液晶显示模块和 AT89C51 单片机芯片组成。其中， DS18B20 温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连 [9]，它独立地完成温度测量 并将结果送到单片机进行处理 。 本系统测温范围为 0～ 119℃ ，精度 达 ℃ 。 当温度超出所设上下 限 温度报警值时 ,系统不但会显示当时温度值 ,同时也会发出报警鸣叫声告知用户温度异常，并且可以手动设置上下 限 温度报警值。 图 电路原理图 LCD1602显示器与单片机的接口电路 基于 AT89C51 的 数字温度计 设计与仿真