数字系统基础实验实验报告-基于51单片机的智能数字温度计的设计.doc
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1、浙江大学城市学院 实 验 报 告 纸 编号:2011 -2012 学年第 2 学期实 验 报 告实验课程名称 数字系统基础实验 专 业 班 级 电信1002 学生姓名及学号 实验指导教师 实验项目名称 基于51单片机的智能数字温度计的设计 指导老师 肖铎 成绩 一、实验任务 设计89s51的数字温度计系统二、实验要求 1基本要求a) 能够测量的温度范围 -20100b) 精度=0.5c) 能对所测的温度进行数字显示d) 采用DS18B20智能温度传感器e) 基于51单片机设计 2选项a) 用LCD显示所测温度b) 预置温度并控制温度(3*4键盘,加热电阻)c) 所测温度通过RS232传到PC三
2、、器件1 器件简介单片机89S51VCC:电源电压输入端。 GND:电源地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 PDIP封装的AT89S51管脚图P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上
3、拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双
4、向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口,还有第二功能: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(T0定时器的外部计数输入) P3.5 T1(T1定时器的外部计数输入) P3.6 /WR(外部数据存储器的写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器的读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O口作为输入口
5、时有两种工作方式,即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器的内容读入到内部总线,经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。 RST:复位输入端,高电平有效。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输
6、出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 PSEN:外部程序存储器的选通信号,低电平有效。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。 EA/VPP:外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(000
7、0H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端。1602LCD功能介绍1602采用标准的16脚接口,其中: 第1脚:VSS为电源地 第2脚:VDD接5V电源正极 第3脚:V0为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)。 第4脚:RS为寄存器选择
8、,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚:RW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。 第6脚:E(或EN)端为使能(enable)端。 第714脚:D0D7为8位双向数据端。 第1516脚:空脚或背灯电源。15脚背光正极,16脚背光负极。1602LCD的特性n+5V电压,对比度可调 n内含复位电路 n提供各种控制命令,如:清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 n有80字节显示数据存储器DDRAM n内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM n8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM1602通过D0D7的8位数据端传输
9、数据和指令。 显示模式设置: (初始化) 0011 0000 0x38 设置162显示,57点阵,8位数据接口; 显示开关及光标设置: (初始化) 0000 1DCB D显示(1有效)、C光标显示(1有效)、B光标闪烁(1有效) 0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1), N=0(读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1), S=1 且 N=1 (当写一个字符后,整屏显示左移) s=0 当写一个字符后,整屏显示不移动 数据指针设置: 数据首地址为80H,所以数据地址为80H+地址码(0-27H,40-67H) 其他设置: 01H(显示清屏,数据指针=0,所有显示=
10、0);02H(显示回车,数据指针=0)DS18B20DS18B20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。 1: 技术性能描述 、 独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯
11、。 、测温范围 55+125,固有测温分辨率0.5。 、支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,实现多点测温,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定。 、工作电源: 35V/DC 、在使用中不需要任何外围元件 、 测量结果以912位数字量方式串行传送 、不锈钢保护管直径 6 、适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 、 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选 、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 接线说明特点 独特的一线接口,只需要一条口线通信 多
12、点能力,简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电,电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 C至+125 。华氏相当于是-67 F到257华氏度 -10 C至+85 C范围内精度为0.5 C 温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制,工业系统,消费电子产品温度计,或任何热敏感系统 描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位(可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口,所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温
13、度转换可以从数据线本身获得能量,不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号,多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多,包括空调环境控制,感测建筑物内温设备或机器,并进行过程监测和控制。 1、DS18B20的主要特性 1.1、适应电压范围更宽,电压范围:3.05.5V,在寄生电源方式下可由数 据线供电 1.2、独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯 1.3、 DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温 1.
14、4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 1.5、温范围55+125,在-10+85时精度为0.5 1.6、可编程 的分辨率为912位,对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625,可实现高精度测温 1.7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快 1.8、测量结果直接输出数字温度信号,以一 线总线串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力 1.9、负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁, 但不能正常工作。
15、 2、DS18B20的外形和内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 DS18B20的外形及管脚排列如下图1: DS18B20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)。 图2: DS18B20内部结构图 3、DS18B20工作原理 DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度
16、系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,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,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。 图3:DS18B20测温
17、原理框图 DS18B20有4个主要的数据部件: (1)光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位 (28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用 是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 (2)DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以 0.0625/LSB形式表达,其中S为符号位。 表1:
18、 DS18B20温度值格式表 这是12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0, 这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际 温度。 例如+125的数字输出为07D0H,+25.0625的数字输出为0191H,-25.0625的数字输出为FE6FH,-55的数字输出为FC90H 。 表2: DS18B20温度数据表 (3)DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易
19、失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL和结构寄存器。 (4)配置寄存器 该字节各位的意义如下: 表3:配置寄存器结构 TMR1R011111低五位一直都是1,TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0,用 户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率,如下表所示:(DS18B20出厂时被设置为12位) 表4:温度分辨率设置表 R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms 0110位187.5ms 1011位375ms 1112位750ms 4、高速暂存存储器 高速暂存存储器由9个字节组成,其分配如表5
20、所示。当温度转换命令发布后,经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在 高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后,数据格式如表1所示。对应的温度计算: 当符号位S=0时,直接将二进制位转换为十进制;当S=1时,先将补码变为原码,再计算十进制值。表 2是对应的一部分温度值。第九个字节是 冗余检验字节。 表5:DS18B20暂存寄存器分布 寄存器内容 字节地址温度值低位 (LS Byte)0温度值高位 (MS Byte)1高温限值(TH)2低温限值(TL)3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验值8根据DS18B20的通讯协议,主机(单片机)控制D
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