可变量程数字电压表与温度显示系统.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流可变量程数字电压表与温度显示系统.精品文档.课程设计论文题 目： 简易数字电压测量与温度显示系统 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 写作日期：2010年 12月10 日摘 要数字电压表英文名称为Digital Voltmeter,简称为DVM，是采用数字化测量技术，把连续的模拟量通过抽样保持电路，AD转换电路转换为离散的数字量的形式，并加以显示出来的仪表，与传统的模拟式电压表相比，具有数据显示直观易读，读数准确，测量范围宽，扩展功能强等优点。本次设计内容为构建一个简易直流数字电压表，主要方法是利用A/D转换电

2、路将被测的模拟量电压进行采样，转换成数字量，送到微处理器进行数据处理，然后将数据送到显示器上进行输出显示。该电压表具有测量准确度高，性能稳定，扩展功能强，方便易读等优点。关键词：A/D转换；单片机数据处理；LCD液晶显示AbstractAs we know that DVM is short for Digital Voltmeter. Which is a measure instrument that use digitalize measure technology which can continuous analogue through sampling and hold circu

3、it, AD transform circuit switching for discrete form of the Digital quantity, and performs to the display meter, compared with the traditional analog meter, a data show intuitional easy to read, and readings accurate, wide measuring range, expanding strong function etc. This design content for the c

4、onstruction of A simple dc digital voltmeter, the main method is to use A/D circuit will be measured analogue voltage sampling, converts digital quantity, to microprocessor for the data processing, and then the data sent to display on the output shown. The voltmeter has high measurement precision, s

5、table performance and function expansion is strong, convenient and easy to read, etc.Keywords: A/D conversion;；Single-chip microcomputer data processing； LCD display目 录引言11系统目标及要求22系统总体方案概述22.1系统框图2.2系统框图概述与器件选用：22.2.1测量接口与量程切换电路22.2.2 A/D转换32.2.3微处理器32.2.4LCD显示器42.2.5测温电路42.2.6直流稳压电源53系统硬件设计及其原理53.

6、1输入接口与量程切换电路如下：53.2 A/D转换电路：63.2.1 MC14433 A/D转换芯片的电路接法及引脚功能：63.2.2MC1403基准电压源的电路接法及引脚功能：73.3 单片机AT89S52控制电路83.3.1时钟产生电路83.3.2复位电路83.3.3接口电路93.3.4过量程报警电路93.3.5温度检测电路93.4 LCD显示电路93.5 直流稳压电源电路104.系统软件设计及其原理104.1程序设计思路与原理104.2 A/D转换器MC14433转换数据的读取与处理：114.2.2温度检测与读取134.3液晶显示：144.4主程序设计165.系统调试175.1软件仿真1

7、75.2分步调试176.结论17谢 辞19参考文献20附 录21附录一：系统程序代码：21附录二：系统原理图：27附录三：系统PCB图：28引言电压测量是工程应用中的一个重要内容。随着电子技术的发展，对电压测量提出了一系列的要求，主要可以概括为：第一应该有足够宽的测量范围，第二应该有足够高的测量准确度，第三应该具有足够高的性价比，第四应该具有足够高的抗干扰能力。采用高分辨率的A/D转换器与单片机搭配的数字电压表具有精度高，抗干扰能力强，测量范围宽，可扩展性强的特点，同时，由数字电压表扩展而成的各种通用及专用的数字仪器仪表，把电压及非电压测量技术提高到了崭新的水平。1系统目标及要求本次设计内容为

8、构建一个简易直流数字电压表，利用A/D转换电路将被测的模拟电压进行采样，转换成数字量并在显示器上显示。基本要求：能测量0-5V电压，并用LCD进行显示。功能完善：可自由发挥实现各种具有新意的功能。本次设计功能完善主要有：（1） 具备量程切换档电路，能通过换挡实现-2020V电压的测量，并且LCD显示界面友好。（2） 具备过量程声光报警。（3） 自带系统运行所需的直流稳压电源。（4） 能测量实时温度并在LCD上显示。2系统总体方案概述A/D转换微处理器LCD液晶显示测温电路直流稳压电源测量接口与量程切换电路被测电压2.1系统设计框图如下：2.2系统框图概述与器件选用：2.2.1测量接口与量程切换

9、电路主要实现将外部输入的被测电压经过比例衰减成在A/D转换的基准电压范围内的电压，衰减方法采用传统的电阻分压式衰减，如果被测电压大于A/D转换的范围，则通过分压系数小于1的电阻分压方法将被测电压衰减到A/D范围内的电压，经A/D转换后的数据经处理器根据衰减的比例系数运算后可以得回被测的电压，再经LCD显示出来。量程切换电路主要是通过拨动式开关根据被测电压的大小选择不同的分压电阻从而选择不同的分压系数。至于当前选择的是什么分压系数，也要通过微处理器识别出来才能让处理器在运算的时候根据分压系数还原回来原来的被测电压。因此本次量程切换电路选择的拨动开关时两路的双联式拨动开关，一路接的是输入端不同的分

10、压电阻端口，另外一路接的是微处理器的某几个I/O口，这样的实现的目的是为了在改变输入端口的分压电阻的同时，也改变处理器的某几个I/O口的电平状况，从而可以通过微处理器的检测判断当前的分压系数是多少。2.2.2 A/D转换外部被测电压是一种连续的模拟量，而把模拟量测量出来并显示出来需要将模拟量变成数字量，方法是将模拟量经过采样保持电路，量化，编码才成为处理器与液晶显示器可以识别的二进制数。随着科技的发展，现在的A/D转换器一般都实现了采样保持，量化编码的电路功能，因此本次设计要将被测的模拟量转换为二进制数字量只需在模拟接口与数字接口间接一个A/D转换器即可。A/D转换器的种类很多，按工作原理不同

11、分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两类，直接ADC可以将模拟信号直接转换为数字信号，这类ADC具有较快的转换速度，其典型电路有快闪型和逐次比较型A/D转换器；而间接ADC则是先将模拟信号转换为某一中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再将中间变量转换为数字量输出，此类ADC的速度较慢，典型电路是双积分型A/D转换器和电压频率转换型V/F转换器。本次设计所利用A/D主要是对直流的模拟量进行转换，并非要再将数字量再次还原为模拟量，因此在采样频率上没多大的要求，因此本次设计对A/D转换的转换速度要求不高。A/D转换的分辨率越高，所测量的电压越精确，因此本次设计选用中高等分辨率的A/D转换器。转

12、换速率要求不高，转换精度中高等，再综合考虑系统的成本问题，选用双积分型的A/D转换器，此类转换器转换分辨率可嘉，价格也比较经济，缺点就是转换速率比较低。目前市场主流的双积分型A/D转换器主要有三位半的ICL7106，MC14433，四位半的ICL7129，MAX1499。再综合考虑价格因素，本次设计采用MC14433作为系统的A/D转换器。2.2.3微处理器本次设计中的微处理器是整个系统的核心，主要作用是接收A/D转换的数据，将数据进行运算输出驱动LCD显示。在本次设计中能胜任此系统的控制与运算功能的处理器多种多样，如AVR,DSP,ARM或者8051系列单片机。由于本系统对数据处理的速度与要

13、求不高，且系统所要实现的控制运算逻辑比较简单，若使用大规模控制系统所需使用的微处理器如DSP,ARM等未免有些大材小用，而且此类处理器的成本也比较高，因此从性价比的角度选用8051系列单片机比较适合。因此本次设计采用工业与控制领域应用广泛，市场上较为流行，技术比较成熟的8位单片机AT89S52作为本系统的微处理器。与传统的处理器电路相比，该款处理器芯片实现了高度集成化，将处理器电路所需的算术逻辑单元ALU，随机存储器RAM，只读存储器ROM，多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能，集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。因此大大简化了系统的电路设计。AT89S52的主要性能参数为

14、：片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；片内数据存储器内含256字节的RAM；具有32根可编程I/O口线；具有3个可编程定时器；中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；具有一个数据指针DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；最高工作频率为24MHz。2.2.4LCD显示器常用于显示的器件有许多种，比如段显示型数码管，LED点阵，LCD等，在此单片机系统中用LCD作为显示输出具有以下优点：(1) 由于液晶显示器每一

15、个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像数码管动态点亮的时候要不断地刷新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。(2) 液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。而且体积小、重量轻。由于此系统任务比较单一，只需显示数字与英文字母，因此本系统使用2行*16个显示点阵的通用型1602液晶。2.2.5测温电路测温电路的主要核心是温度传感器，现代温度传感器主要分为模拟温度传感器和智能温度传感器。模拟集成温度传感器是采用硅半导体集成工艺制成，测温误差小、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，主要用于高精度的工业

16、温度测量系统，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135，PT100等但是其比较昂贵，而且在小城市也比较稀有。智能温度传感器又称数字温度传感器，是一种内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。典型代表有18B系列的数字温度传感器。目前市场上较为流行的是18B20,此款传感器价格低廉，外围电路简单，工作特性主要依赖单片机控制。为了降低系统电路设计的复杂性和考虑到成本问题和

17、货源问题，系统选用18B20作为温度传感器。2.2.6直流稳压电源 任何一个电子系统的工作离不开电源的馈电，在本设计所用器件基本属于数字电路，并属于TTL电平系列芯片，因此需要+5电压供电。此系统的设计运用的A/D转换器是可以转换基准电压的负值到基准电压范围内的电压的，让其正常工作需要+5V与-5V双电源供电。因此系统需要+-5V的双直流稳压电源。原本希望像通用便捷式电子产品一样用镍镉电池给系统供电，希望用四节五号电池产生6V左右的电压，再经斩波升压电路将电压升高并分两路输出得到+-5V电压，但是此方案中的斩波升压电路若使用分立元件来做效率很难做得比较高，若使用集成的高效率DC-DC芯片，其价

18、格又十分昂贵，再者若系统中的LCD开背光的话通过测试发现系统的输入电流可以达到89mA，根据功率守恒，那么在电池端的输出电流将大于一百多毫安。这么大的电流很快就能耗尽电池的能量，而且电压很不稳定。因此该方案比较难实现。因此选定电源方案为利用变压器转换后经全波整流，经电容滤波后接7805,7905三端稳压器后输出稳定的+-5V。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，线性度好，纹波抑制比很好等优点。使用起来可靠、方便，而且价格便宜。3系统硬件设计及其原理3.1输入接口与量程切换电路如下：R190KR29KR31K被测电压输入A/D输

19、入端VXP3.5P3.6P3.7单片机I/O口KK拨动开关K为双联开关如上图所示的输入接口电路的作用是吧不同量程的电压衰减为A/D转换所要求的电压值，此系统中采用的A/D转换器是MC14433，若选择它的基准电压时2V，它要求的被测输入电压是-2+2V，因此需要拨动开关选择不同的分压电阻，要实现三个量程-22V，-2020，-200200，可知其分压系数依次是1，1/10，1/100。 因此选择9:9:1的三个电阻器。传统的电压表都有一个要求，希望其输入电阻尽可能大，输入电阻越大，所测得电压越准确，因此选取的三个电阻不能过小，由于A/D转换输入端也有输入电阻，如果R2,R3的电阻过大，那么导致

20、换量程至-2020V时，则从A/D转换输入端VX的分流也大，那么量程为-2020时测得电压的误差也很大。因此综合考虑选择R1=90K,R2=9K,R3=1K的分压电阻。由于电阻多少有些误差，所以R1,R2,R3均为可调电阻，方便系统的校正。开关K为双联拨动开关，实现在输入端切换分压电阻的同时单片机的P3.5P3.7相应的I/O端口接地，这样用程序可以检测出当前量程是哪一档，根据不同的档位实现不同的运算与输出显示。由于-200200量程对于无过压保护的简易系统来说有些危险，因此实际电路中并没有采用该档，而把该档改为了温度显示档。3.2 A/D转换电路：3.2.1 MC14433 A/D转换芯片的

21、电路接法及引脚功能：MC14433芯片工作时需要外接RC(接CLK1、CLK2)时钟振荡电阻、C0(接C01、C02)失调补偿电容及R1(接R1、R1/C1引脚)、C1(接C1、R1/C1引脚)积分阻容元件，其内部具有时钟信号发生器，只需外接一电阻就能产生其内部进行A/D转换所需要的时钟信号，当CLK0,CLK1外接300K的电阻时其时钟频率为66KHZ，本次设计的电路就是采用外接300K电阻R6让其转换的时钟信号频率为66KHZ。积分电阻电容R4和C2的选择应根据实际条件而定。若时钟频率为66kHz，C2 一般取0.1uf。R4的选取与A/D转换的基准电压有关，当R4为470K时，对应其基准

22、电压为2V，当R4=27K时对应其基准电压为200mV。本次设计采用的是2V的基准电压源，因此R4选取为470K。C3为失调补偿电容，其典型值为0.1uf。其他引脚功能如下：(1) 端：VAG，模拟地，是高阻输入端，作为输入被测电压UX 和基准电压VREF 的参考点地。(2) 端：RREF，外接基准电压输入端。(3) 端：UX，是被测电压输入端。(4) 端：RI，外接积分电阻端。(5) 端：RICI，外接积分元件电阻和电容的公共接点。(6) 端，C1，外接积分电容端，积分波形由该端输出。(7) 和 (8) 端：C01 和C02，外接失调补偿电容端。推荐外接失调补偿电容C0 取0.1F。(9)

23、端：DU，实时输出控制端，主要控制转换结果的输出，若在双积分放电周期即阶段。开始前，在DU 端输入一正脉冲，则该周期转换结果将被送入输出锁存器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存器中原来的转换结果。若该端通过一电阻和EOC 短接，则每次转换的结果都将被输出。(10) 端：CPI (CLKI)，时钟信号输入端。与CLK0外接一电阻使用内部时钟发生器(11) 端：CPO (CLKO)，时钟信号输出端。(12) 端：VEE，负电源端，是整个电路的电源最负端，主要作为模拟电路部分的负电源，该端典型电流约为0.8mA，所有输出驱动电路的电流不流过该端，而是流向VSS 端。(13) 端：VSS 负电源

24、端（低电平参考端）典型接法是接地。(14) EOC：转换周期结束标志输出。每当一次A/D转换周期结束，EOC端输出一个宽度为时钟周期1/2宽度的正脉冲。当EOC与DU直接连接时，可以实现每次转换后结果的自动更新。本次设计采用的就是EOC与DU相连，每次转换结束都更新输出锁存器。(15) 端：OR ，过量程标志输出端，当|UX|VREF 时，OR 输出低电平，正常量程OR 为高电平。本设计中外接一个LED与一限流电阻做过量程提示。(16)(19) 端：对应为DS4DS1，分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、百位和千位输出端，当DS 端输出高电平时，表示此刻Q0Q3 输出的BCD 代码是该对应位

25、上的数据。(20)（23）端：对应为Q0 一Q3，分别是AD 转换结果数据输出BCD 代码的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位输出端。(24) 端：VDD，整个电路的正电源端。3.2.2MC1403基准电压源的电路接法及引脚功能：由于该A/D转换选择的是2V的基准电压，MC1403的作用就是充当本电路的基准电压源，其特点为： 温度系数小； 噪声小； 输入电压范围大，稳定性能好，当输入电压从+45V变化到+15V 时，输出电压值变化量小于3mV；输出电压值准确度较高，y。值在2475V2.525V 以内； 压差小，适用于低压电源； 负载能力小，该电源最大输出电流为10mA。MCl403 用

26、8 条引线双列直插标准封装。其引脚说明如下：脚：电源电压输入端，最大值不能超过40V，脚：基准电压输出端，输出2.5V。脚：接地端。由于MC1403输出电压是2.5V，因此需要通过电阻分压获得2V的基准电压。因此通过调节可调电阻R8可以获得2V的电压提供为M14433作为基准电压。3.3 单片机AT89S52控制电路3.3.1时钟产生电路如上图所示C4,C5和12MHZ晶振构成单片机的时钟产生电路。CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz12MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在5pF30pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用

27、的电容为30pF，晶振频率为12MHz。这样就确定了单片机的4个周期分别是：振荡周期1/12；机器周期（SM）；指令周期。3.3.2复位电路如上图所示，按键S1,电容C1，电阻R2构成了系统单片机的复位电路。单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位后是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态复位。51单片机的RST引脚是复位信号的输入端。次设计中的AT89S52单片机时钟频率为12MHz，则复位脉冲宽度至少应该为2s

28、。电容C1与电阻R2的作用就是让单片机上电复位，由电路分析的知识可知，电容在上电的一瞬间要进行充电，其瞬态相当于短路，因此上电一瞬间单片机RST引脚上呈现的是高电平，随着电容的充电，电容逐渐达到稳态呈现出开路，RST引脚变为低电平。充电时间常数=R2*C1=0.1s远大于2s，因此单片机在上电的时候会进行复位操作。按键S1是为了再系统运行中若要手都复位就按一下按键就能执行复位操作。3.3.3接口电路单片机有四个八位的I/O端口P0P3，均能通过程序改变端口的电平状况来达到对外部电路的控制与操作作用。其端口均为漏极开路的形式，因此在工作的时候需要接上拉电阻，P1,P2,P3口内部都集成有上拉电阻

29、，因此外部不需要接上拉电阻，但是P0口在做I/O口使用的时候必须加上拉电阻才能正常工作。因此本设计在P0口加了一个10K的排阻作为上拉电阻。图中的P1口用于接收A/D转换器MC14433的数据，标号Q3DS4对应于MC14433的引脚。P0口与P2口的P2.5P2.7用于控制与驱动LCD显示器1602。P3口的P3.5P3.7用于接量程切换电路的双联开关，用于检测当前是什么量程。P2口的P2.0接温度传感器DS18B20的数据口，P2.1接过量程报警电路。3.3.4过量程报警电路如上图蜂鸣器B1，NPN型三极管Q1，限流电阻R9构成了系统的过量程报警电路，当接收到A/D转换的数据中判断到所测电

30、压高于量程时，通过单片机载P2.1口输出低电平，此时三极管导通，有电流流过蜂鸣器，蜂鸣器就发出声音。三极管在这里的作用一是起到开关作用，二是起到电流放大作用，因为蜂鸣器发声需要比较大的电流，而三极管的发射极电流比基极电流大(1+)倍，因此能驱动蜂鸣器的同时也不至于有很大的灌电流流入单片机的引脚中。3.3.5温度检测电路如上图所示Q2为温度传感器18B20与单片机的接口电路，18B20属于单总线型温度传感器，接口电路十分简单，主要用单片机依赖其严格的时序通过程序控制以达到检测温度的效果。3.4 LCD显示电路1602液晶与单片机的接口电路如上所示：1脚为接地端，2脚为接电源端，3脚为液晶的分辨率

31、调整端，本设计中接了R5作为分辨率的调整电阻，调节电阻可以实现调整分辨率的效果。RS,R/W,EN,为液晶的读写信号控制端，主要通过单片机按照其读写时序通过程序完成其读写操作。DATA0DATA7为数据端口，用于传输显示的数据或者操作液晶的指令代码。A,K端为液晶的背光选择端，当拔掉跳线端子J1时，液晶无背光。3.5 直流稳压电源电路工作原理：图中为L1电源变压器，它的作用是将交流电网电压V1变为整流电路要求的交流电压 ，四只整流二极管D2,D3,D4,D5接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。二极管D1、D3和D2、D4两两轮流导通的。在输入电压的正半周时D2、D5导通，D4、D3截止。此时

32、D2、D5所承受的最大反向电压均为的输入电压的最大值。即V。同理，在输入电压的负半周，D4、D3也承受到同样大小的反向电压。C9,C10,C11,C6为滤波电容，初始时电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当输入电压为正半周时，通过D2、D5向电容器C9和C10充电；当输入电压为负半周时，通过D4、D3向电容器C11充电。充电时间常数为。包括变压器副绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。由于一般很少，电容器很快就达到了交流电压的V的最大值V。由于电容器无放电回路，故输出电压保持在V，输出为一个恒定的直流。负载平均电压升高，纹波(交流成分)渐少，且RC越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成

33、分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取d=RLC(35)T/2 其中T为电源交流电压的周期。4.系统软件设计及其原理4.2程序设计思路与原理整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。本系统中所实行的程序控制均由单片机AT89S52执行。主要任务有：对A/D转换器MC14433数据的读取。对读取的数据进行运算与转换。检测量程切换开关所指示的是哪个量程。若切换开关指示的是温度显示档，则读取温度传感器上的值。把需要显示的数值控制LCD输出显示。因为C语言灵活性较大，可移植性强，容易读懂。更适合模块与模块间的嵌套。因此本次设计软件程序使

34、用C语言代码。设计方法用多重模块化设计。方便系统构建清晰易懂的控制逻辑。4.2.1 A/D转换器MC14433转换数据的读取与处理：MC14433的输出结果是在转换结束信号EOC发出后，以千位、百位、十位、个位的先后顺序从4位数据线Q0Q3上分时送出的，而某一时刻对应的输出位则由DS1DS4选通线上输出的高电平指示。转换结束信号、选通输出电平及数据有效时刻之间的时序关系如下所示：结合硬件电路中MC14433与单片机的接口电路情况，对MC14433数据的读取为查询方式传送，分别检测DS1DS4上的输出选通信号，将相应的Q3Q1数据位保存起来。数据读取与处理的流程图如下所示：读取数据子程序开始千位

35、输出信号DS1=1?把千位数据保存起来百位输出信号DS2=1?把百位数据保存起来十位输出信号DS3=1?把十位数据保存起来个位输出信号DS4=1?保存个位结束YNNNNYYY数据处理子程序如下：开始通过按位与运算求出千位BCD码根据Q3Q0的组合得到千位是0还是1，是否过量程通过按位与运算求出百位BCD码通过按位与运算求出十位BCD码通过按位与运算求出个位BCD码将千，百，十，个位数字转换为相应的ASCII码以便LCD显示输出结束对于读取回来的数据，个，十，百位的Q3Q1分别为其相应位的BCD码，千位的Q3Q1的不同组合对应如下的意义：因此需要对读取回来的数据进行数据处理，根据千位Q3Q0的情

36、况判断千位是0是1，是否过量程等信息。由于LCD所需要显示的数据格式为ASCII码，因此需要将运算出来的数据加上30H转换为ASCII码。4.2.2温度检测与读取DS18B20有4个主要的数据部件： 64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)组成。 温度灵敏元件。 非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写入用户报警上下限值。 配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图所示。TMR1R011111MSB DS18B20配置寄存器结构图L

37、SB其中，TM：测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；R0、R1：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时R0、R1置为缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。配置寄存器与分辨率关系表 ：R0R1温度计分辨率/bit最大转换时间/us00993.750110187.510113751112750（2） 高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如下图所示。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

38、如图所示。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。温度低位温度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSB DS18B20 存储器映像图MSB其读写操作时序如下：初始化时序：主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总线电平拉低60

39、240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。 读写操作时序：写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。因此对温度读取的流程为:DS18B20初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输

40、。4.2.3液晶显示：通用型1602液晶显示器内部控制芯片大多数为HD44780或者兼容芯片，其基本操作时序为：读状态 输入 RS=L，R/W=H，E=H 输出D0D7=状态字写指令 输入 RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出 无 读数据 输入 RS=H，R/W=H，E=H 输出D0D7=数据写数据 输入 RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉输出无读操作时序图如下：写操作时序为：其时序参数如下：常用指令说明：写入要显示的数据必须是ASCII码的格式，写入到液晶内部显示RAM中即可更新显示屏。显示RAM的基本地址是80H，其他相应的显示位置的地址如下所示也就是说要想把

41、某个数据显示在1602LCD，首先写入要显示区域的地址80H+偏移地址，然后再写入相应的数据ASCII码。液晶读写数据及初始化子程序流图开始RS=0R/W=0P0=指令码少量延时使能e=1少量延时使能e=0少量延时结束写指令子程序开始RS=1R/W=0P0=指令码少量延时使能e=1少量延时使能e=0少量延时结束写显示数据子程序开始写指令38H设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口写指令0CH设置开显示，不显示光标写指令06H设置写入数据后显示RAM地址指针加一写指令01H设置显示清屏结束液晶初始化子程序4.2.4主程序设计由于本次设计采用的是分功能模块块化设计，多把实现某个功能的函数段作为

42、一个子程序，在主程序中按照实现某个功能的逻辑顺序直接调用即可。开始液晶初始化读取A/D数据处理转换数据检测量程显示2V量程并转换数据显示20V量程并转换数据读取温度并转换数据液晶显示温度档+-20V档+-2V档主程序流程图如下5.系统调试5.1软件仿真一般来说为了确认系统的可行性与降低系统的开发成本，在把系统做成实际电路之前应该使用电路仿真软件进行仿真与测试。常用仿真软件multisim和proteus，由于proteus在微处理器仿真方面更为清晰明了，因此在做电路之前用proteus对系统中的DS18B20温度测量，直流稳压电源，与LCD1602液晶显示模块进行了仿真并取得了如期效果，由于软

43、件器件库中没有MC14433此款A/D转换芯片，因此A/D转换模块在电路成型后再仔细调试。5.2分步调试在做电路板之前要确定几个重要的调试口，并设立插针以方便调试，比如地端，正电源端，负电源端，MC1403的电压输出端，A/D转换的基准电压端，A/D转换的模拟电压输入端，MC14433的过量程信号输出OR端等几个重要调试口。在焊接电路板时要小心翼翼检查是否有被腐蚀断的线，确认是否有虚焊获焊短路。电路分为各部分调试，这样易于发现问题的所在部位。首先装好电源部分电路并检查电源电路是否工作正常，在系统上电之前一定要确认电路的电源没有短路。电源调试成功后，接好单片机与液晶显示电路，并且烧录液晶显示的程

44、序模块到单片机，测试液晶显示电路和程序是否能正常工作，液晶显示正常工作后，测试蜂鸣器电路和温度显示电路能否工作。最后调试A/D转换器，首先调好基准电压输入端，在其模拟电压输入端输入2V以下的某个电压值，切换量程输入2V以上20V以下的某个电压值，看能否正常工作，结合液晶实际显示调试程序。经过分步调试各部分电路后，把整个系统上电，系统各部分功能正常工作，在-22档位时测量电压比较准确，但是换量程早-2020档时，有少许偏差，原因可能是电压表的输入电阻小了点，由于电流由少量分流所致，温度显示档也有少许偏差，主要原因是温度传感器与其他器件放置得比较近，器件发热导致温度升高所致。6.结论经过分步调试各

45、部分电路后，把整个系统上电，系统各部分功能正常工作，在-22档位时测量电压比较准确，但是换量程早-2020档时，有少许偏差，原因可能是电压表的输入电阻小了点，由于电流由少量分流所致，温度显示档也有少许偏差，主要原因是温度传感器与其他器件放置得比较近，器件发热导致温度升高所致。通过本次课程设计，让我更加明白现代电子系统大多数都是硬件电路与软件程序相辅相成的结晶，出于对电子技术的热爱，我一直努力学习模电，数电等电路的基础知识，并且在暑假的时候自主学习了一些单片机的知识，这个课程设计给了我一个很好地将平时所学的知识用于实践的平台，虽然在整个过程中也遇到了一些小挫折，也让我明白一个电路的成功不是一个简

46、单的印刷PCB与焊接器件的过程就能实现了的，其中调试电路可能是艰辛的，但是要有一颗坚持不懈的心，仔细剖析问题的根本，要善于理论联系实际。只有这种精神的凝聚才能成功地做出一个电子电路系统。回首课程设计这段日子，虽然过的很紧张，但我却感到很充实。对我来说是一次比较全面的、富有创造性和探索性的锻炼。由于个人能力有限，其他课程的学习比较紧张，时间仓促，因此本次设计还不是很完美，还存在一些问题如测量的电压不够精确，电路的功耗还不够低，未能实现便捷式产品一般用电池供电，我会在今后的日子里更加努力地学习电子电路知识，希望能够对此系统进行功能完善，由于本人知识浅薄，在本设计中难免有些错误之处，希望广大师生能够给予批评与指导 。谢 辞本次课程设计所取得的成功，离不开桂林电子科技大学信息与通信学院两年来的细心栽培，非常感谢在两年多时间里对我精心授予电路分析基础，模拟电子电路，数字电路，高频电路，信号与系统，数字信号处理等课程的各位老师，为我的电子技能奠定了坚实的基础。也感谢学校能够提供这样好的一个学习环境能够让我在空闲之余，利用图书馆的