室内温度系统设计.doc

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1、专业综合实习报告设计题目：室内温度设计专 业： 电气工程及自动化 班 级： （三）班 姓 名：温强 杨涛 于兴国 王兼 姜黎黎 指导教师： 高飞 目 录1课程设计目的12课程设计目的和要求13课程设计报告内容14总结和体会81课程设计目的综合运用所学过的知识进行室内温度系统设计，并进行实物的焊接以实现设计的要求。2课程设计题目和要求课程设计题目：室内温度系统设计。课程设计要求：1) 测量范围-55-125；2) 精度误差小于1；3) LED数码直读显示。3 课程设计报告内容3.1室内温度系统设计方案论证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

2、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。3.2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3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。单片机单片机复位时钟振荡温度传感器LED显示图1 总体设计方框图3.3 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，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用三节电池供电。3.4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温度

3、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位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2）多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3）无须外部器件；4）可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；5）零待机功耗；6）温度以或位数字；7）用户可定义报警设置；8）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9）负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 如图2 DS18B20采用脚PR35封装或脚SOIC封装，其外部形状及管脚如图

4、2所示。图中GND为地，DQ为数据输入/输出端，该引脚为漏极开路输出，常态下成高电平，可选用的VDD引脚，不用时应接地。SOIC封装的NC为空引脚。VDDGNDDQVDDDQGNDNCNCNCNCNC12348765DS18B20图2 DS18B20的两种封装管脚图其内部结构框图如图3所示。C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器VDD内部VDDDQ图3 DS18B20内部结构64位ROM的结构开始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，最后位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采

5、用一线进行通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为字节的存储器，结构如图3所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，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4所示。低位一直为，是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该被设置为，用户要去改动，R1和0决定温度转换的精度位数，来

6、设置分辨率。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC图4 DS18B20字节定义由表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。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的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、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0.062

7、5LSB形式表示。当符号位时，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。R1R0分辨率/位温度最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750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、T字节内容作比较。若TH或TTL，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

8、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；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行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在55所对应

9、的一个基数值。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器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。温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H

10、+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H表2一部分温度对应值表另外，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

11、冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。3.5 DS18B20温度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5 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。图5 DS18B20与单片机的接口电路当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。3

12、.6 系统的显示电路如图6所示，采用74ls373驱动4位共阳极数码管进行显示采集温度。如图，显示电路连接简单，调试方便。图6 显示电路3.7 系统整体硬件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，单片机主板电路等。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。3.8系统软件算法分析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。4总结与体会 、硬件装焊方面要有足够的耐心和细心，就算电路设计的再好，在焊接时出一点小差错，也是不允许的，往往电路的

13、错误都是由于一些小问题引起的，如短路等，将造成不可预测的后果、软件方面注意的细节也很多，下面简单介绍一下这阵子写程序得到的一些经验：()写较大的程序时一定要事先做好资源分配。(）堆栈指针SP应设初值。(）R1、R0也应规定好用哪一区的，即设PSW.3和PSW.4。(）进入中断时一定要记得保护ACC和PSW（视情况而定）。(）不止进中断时要保护，有时候在正常程序下也要对某些值进得保护。可用堆栈式的保护也可先赋值给其他地址，过后再赋回来(）妥善使用位地址，位地址可做为一些标志位，可以给编程带来很大的方便。在本程序中，我就用了三个位地址，使程序大大的简化了参考书目：1 张迎新，单片机初级教程单片机基

14、础，北京，北京航空航天大学出版社，2006年2 马忠梅，籍顺心，张凯新，单片机的C语言应用程序设计，北京，北京航空航天大学出版社，2003年3 徐爱钧，彭秀华，Keil Cx51 V7.0单片机高级语言编程与Vision2应用实践，北京，2006年4 谢维成，杨加国，单片机原理与应用及C51程序设计，北京，清华大学出版社，2006年附录一：电路原理图附录二：C语言程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ds=P23;sbit dula=P27;sbit wela=P26;sbit

15、beep=P17;uchar flag ;uint temp; /参数temp一定要声明为 int 型 uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /不带小数点数字编码uchar code table1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /带小数点数字编码/*延时函数*/void TempDelay (uchar us) while(us-);void delay(uint c

16、ount) /延时子函数uint i;while(count)i=200;while(i0)i-;count-;/*串口初始化，波特率9600，方式1 */void init_com() TMOD=0x20; /设置定时器1为模式2 TH1=0xfd; /装初值设定波特率 TL1=0xfd; TR1=1; /启动定时器 SM0=0; /串口通信模式设置 SM1=1;/ REN=1; /串口允许接收数据 PCON=0; /波特率不倍频/ SMOD=0; /波特率不倍频 / EA=1; /开总中断 /ES=1; /开串行中断/*数码管的显示 */void display(uint temp) uc

17、har bai,shi,ge; bai=temp/100; shi=temp%100/10; ge=temp%100%10;dula=0; P0=tablebai; /显示百位dula=1; /从0到1，有个上升沿，解除锁存，显示相应段 dula=0; /从1到0再次锁存 wela=0; P0=0xfe;wela=1;wela=0;delay(1); /延时约2msP0=table1shi; /显示十位dula=1; dula=0; P0=0xfd;wela=1; wela=0; delay(1); P0=tablege; /显示个位dula=1; dula=0; P0=0xfb;wela=1

18、; wela=0; delay(1);/* 时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机(单片机)作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 初始化时序：复位脉冲 存在脉冲 读；1 或 0时序 写；1 或 0时序只有存在脉冲信号是从18b20（从机）发出的，其它信号都是由主机发出的。存在脉冲：让主机（总线）知道从机（18b20）已经做好了准备。*/*-初始化：检测总线控制器发出的复位脉冲-*/void ds_reset(void) ds=

19、1; _nop_(); /1us ds=0; TempDelay(80); /当总线停留在低电平超过480us，总线上所以器件都将被复位，这里/延时约530us总线停留在低电平超过480s，总线上的所有器件都/将被复位。 _nop_(); ds=1; /产生复位脉冲后，微处理器释放总线,让总线处于空闲状态，原因查/18b20中文资料 TempDelay(5); /释放总线后，以便从机18b20通过拉低总线来指示其是否在线, /存在检测高电平时间：1560us， 所以延时44us，进行 1-wire presence /detect（单线存在检测） _nop_(); _nop_(); _nop_

20、(); if(ds=0) flag=1; /detect 18b20 success else flag=0; /detect 18b20 fail TempDelay(20); /存在检测低电平时间：60240us，所以延时约140us _nop_(); _nop_(); ds=1; /再次拉高总线，让总线处于空闲状态/*/*-读/写时间隙:DS1820 的数据读写是通过时间隙处理位和命令字来确认信息交换。-*/bit ds_read_bit(void) /读一位 bit dat; ds=0; /单片机（微处理器）将总线拉低 _nop_(); /读时隙起始于微处理器将总线拉低至少1us ds

21、=1; /拉低总线后接着释放总线，让从机18b20能够接管总线，输出有效数据 _nop_(); _nop_(); /小延时一下，读取18b20上的数据 ,因为从ds18b20上输出的数据/在读时间隙下降沿出现15us内有效 dat=ds; /主机读从机18b20输出的数据，这些数据在读时隙的下降沿出现/15us内有效 TempDelay(10); /所有读时间隙必须60120us，这里77us return(dat); /返回有效数据uchar ds_read_byte(void ) /读一字节uchar value,i,j;value=0; for(i=0;i8;i+) j=ds_read_

22、bit(); value=(j1); return(value); /返回一个字节的数据void ds_write_byte(uchar dat) /写一个字节 uchar i; bit onebit; /一定不要忘了，onebit是一位 for(i=1;i1;if(onebit) /写 1ds=0;_nop_(); _nop_(); /看时序图，至少延时1us，才产生写时间隙 ds=1; /写时间隙开始后的15s内允许数据线拉到高电平 TempDelay(5); /所有写时间隙必须最少持续60uselse /写 0ds=0; TempDelay(8); /主机要生成一个写0 时间隙，必须把数

23、据线拉到低电平并保持至少60s，这里64usds=1;_nop_(); _nop_(); /* */ /*-进行温度转换：先初始化然后跳过ROM：跳过64位ROM地址，直接向ds18B20发温度转换命令，适合单片工作发送温度转换命令-*/void tem_change() ds_reset(); delay(1); /约2ms ds_write_byte(0xcc); ds_write_byte(0x44);/*-获得温度：-*/uint get_temperature() float wendu; uchar a,b; ds_reset(); delay(1); /约2ms ds_write_byte(0xcc); ds_write_byte(0xbe); a=ds_read_byte(); b=ds_read_byte(); temp=b; temp30) beep=0; void main() uint a; init_com(); while(1) tem_change(); /12位转换时间最大为750msbaojing(get_temperature();for(a=10;a0;a-)display( get_temperature();