DS18B20课程设计---温度监控系统设计.docx

课程设计实验报告课程:_单片机原理与应用 系 别： _ _专 业：_ _ _班 级：_ _第_组 学生：姓名_ 学号_ 姓名_ 学号_ 姓名_ 学号_ 成绩： _ _ _填表时间： 年 月温度监控系统设计一、功能要求1、温度监控范围0c100c。2、实时显示当前温度。四位有效数，保留小数点一位。3、当温度超限时，系统告警。4、当温度超限时，能够控制启动设备升温或降温。上述1-3为基本部分，4为发挥部分，选做。二、系统分析及构成根据上述功能要求，系统构成做如下几个方面的分析：n 根据温度监控范围，选择一款合适的温度传感器对温度进行测量。n 系统可采用led七段数码管作为显示器，显示温度及参数等。n 告警可采用指示灯或者蜂鸣器。n 系统可以控制电风扇、电炉等设备来调节温度。n 系统采用单片机控制与管理。因此，系统可以由下述如图1示的电路模块构成。mcushowtemperaturesensorpowerinterfacealarm图2.1、系统构成单片机根据传感器提供的被测环境温度值，实时显示当前温度。并判断是否超过温度的警戒线，如果超出警戒线，单片机控制告警设备告警。同时启动相关设备调节温度。按键是用户界面，用于查阅与修改警戒线的上下极限值。下面根据系统结构，将对系统进行更深入分析。1、温度传感器、ds18b20产品的特点：、一个i/o端口实现与主机通信。、在ds18b20中的每个器件上都有独一无二的序列号。、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。、测量温度范围在55c到125c之间。、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。、内部有温度上、下限告警设置。、ds18b20的引脚及封装ds18b20采用to92封装，像一只三极管。其引脚排列见图，其引脚功能描述见表2.1。 图2.2、封装及引脚排列表2.1 ds18b20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1gnd地信号2dq数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3vdd可选择的vdd引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。、ds18b20内部结构ds18b20中的高速暂存器是一个9字节的存储器，用于存放温度的采样值、告警与监督参数设置。如表2.2所示。表2.2 高速暂存器暂存器字节地址温度值低位0温度值高位1温度上限th2温度下限tl3配置寄存器4保留5保留6保留7crc校验8、温度值如表2.3所示。表2.3：温度值精度设置为12位时的数据格式温度低8位d7d6d5d4d3d2d1d0温度高8位sssssd10d9d8其中，s为符号位，s=1，表示温度 为负值；s=0，表示温度为正值。例如+125的数字输出为07d0h，-55的数字输出为fc90h。一些温度值对应的数字输出如表所示。、ds18b20中的低温触发器tl、高温触发器th，用于设置低温、高温的报警数值。ds18b20完成一个周期的温度测量后，将测得的温度值和tl、th相比较，如果小于tl，或大于th，则表示温度越限，将该器件内的告警标志位置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。需要修改上、下限温度值时，只需使用一个功能命令即可对tl、th写入，十分方便。、配置寄存器开始两个字节为被测温度的数字量，其含义如表2.2所示。第3、4、5字节分别为th、tl、配置寄存器的复制，每一次上电复位时被重写。配置寄存器有r0、r1组成，其值决定温度转换的精度位数、转换时间等，含义如表2.4所示。第7字节为测温计数的剩余值。第8字节为测温时每度的计数值。第9 字节读出的是前8个字节的crc校验码，通过此码，可判断通讯是否正确。表2.4、配置寄存器r1r0转换精度温度分辨率转换时间（ms）0090.593.7501100.25187.510110.12537511120.0625750、ds18b20的读写操作1）、rom操作命令、读命令(33h)：通过该命令主机可以读出ds18b20的rom中的8位系列产品代码、48位产品序列号和8位crc校验码。该命令仅限于单个ds18b20在线的情况。、选择定位命令(55h)：当多片ds18b20在线时，主机发出该命令和一个64位数，ds18b20内部rom与主机一致者，才响应命令。该命令也可用于单个ds18b20的情况。、查询命令(0f0h)：该命令可查询总线上ds18b20的数目及其64位序列号。、跳过rom序列号检测命令(occh)：该命令允许主机跳过rom序列号检测而直接对寄存器操作，该命令仅限于单个ds18b20在线的情况。、报警查询命令(0ech)：只有报警标志置位后，ds18b20才响应该命令。2）、存储器操作命令、写入命令(4eh)：该命令可写入寄存器的第2、3、4字节，即高低温寄存器和配置寄存器。复位信号发出之前，三个字节必须写完。、读出命令(0beh)：该命令可读出寄存器中的内容，复位命令可终止读出。、开始转换命令(44h)：该命令使ds18b20立即开始温度转换，当温度转换正在进行时，主机这时读总线将收到o；当温度转换结束时，主机这时读总线将收到1。若用信号线给ds18b20供电，则主机发出转换命令后，必须提供至少相应于分辨率的温度转换时间的上拉电平。、回调命令(088h)：该命令把eerom中的内容写到寄存器th、tl 及配置寄存器中。ds18b20上电时能 自动写入。、复制命令(48h)：该命令把寄存器th、tl及配置寄存器中的内容写到eerom中。、读电源标志命令(084h)：主机 发出该命令后，ds18b20将进行响应， 发送电源标志，信号线供电发o，外接 电源发1。、ds18b20的使用方法由于ds18b20采用的是1wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，如果单片机在硬件上不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对ds18b20芯片的访问。由于ds18b20是在一根i/o线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。ds18b20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时时穴、读时序、写时穴。所有时穴都是将单片机作为主设备，ds18b20作为从设备。而单片机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ds18b20回送数据，在进行写命令后，单片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高位在后。下述参考程序是在单片机的时钟为：fosc=11.0592mhz，调试出来的。1）、ds18b20的复位时序对ds18b20操作之前，首先要将它复位。复位时序为：、主机将信号线置为低电平，时间为480960s。、主机将信号线置为高电平，时间为1560 s。、ds18b20发出60240s 的低电平作为应答信号。主机收到此信号后，才能对ds18b20作其它操作。图2.4、复位时序2）、ds18b20的读时序主机将信号线从高电平拉低至低电平1s以上，再使数据线升为高电平，产生读起始信号。从主机将信号线从高电平拉低至低电平起1560 s的时间内，ds18b20将数据放到信号线上，供主机读取。从而完成了一个读周期。在开始另一个读周期前，必须有1s以上的高电平恢复期。图2.5、读时序单片机在时序图的虚线期间读数据，是“1”就是数据1，是“0”就是数据0。3）、ds18b20的写时序主机将信号线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。从信号线的下降沿开始，在1560 s的时间内ds18b20对信号线检测，如信号线为高电平，则写1，如信号线为0，则写0，从而完成了一个写周期。在开始另一个写周期前，必须有1s以上的高电平恢复期。图2.6、写“0”时序图2.7、写“1”时序2、显示器显示可采用静态的5位数码管显示器。这样尽管硬件电路稍微复杂，但程序控制简单。系统有几种情况下的显示。、当前温度显示三位整数，一位小数，最高位显示温度符号。正数，此位不显示。、告警显示显示当前（超限）温度。alarm灯亮，或者开启蜂鸣器。硬件接口需要一个8位的数据端口与5位选择控制口，如图2.8示。3、温度监视极限设置只有上限。由存储器，35h单元固定存放上限值。由点亮led告警。5、系统工作流程根据上面的结构描述，下面梳理一下系统工作流程，以利于系统软件的设计。单片机读入ds18b20的温度值，进行处理，以十进制方式显示，并判断温度是否超过极限，是，告警且重复前述过程。否则，重复前述过程。三、系统设计1、i/o端口分配由前述分析可知，温度传感器ds18b20需要端口为1个，告警led端口为1个，显示器需要端口8（数据）+5（位控），如表2.5示。表3.1、i/o端口分配表端口名i/o设备说明端口名i/o设备说明p2p3.3p1.04p1.7阅读程序填写i/o端口分配表！2、存储器分配、温度传感器ds18b20由前述可知ds18b20是一个单总线接口。硬件连接简单。其控制时序由软件模拟。系统仅仅利用其获得当前温度，由软件设置与判断温度极限。系统选择测温精度为12位，所以，系统需要2个字节的数据缓存，存放当前温度原始数据。程序要把新读出的温度值与极限值进行比较。如果超极限，将对应告警指示灯点亮，让蜂鸣器发声告警。、显示驱动系统设置5个存储单元作为显示缓冲。程序直接从中取出显示。、上限温度值存储器1个存储单元。存储器分配入下：表3.2、地址分配地址单元名称用途定义2fh2eh30h31h32h33h35h阅读程序填写存储器分配表！3、硬件设计由表3.1可知，mcs-51的端口数完全满足本设计使用。所以单片机的各外部模块可以直接与其相连。画出电路图：4、软件设计、主程序主程序是一个单线程的工作流程。阅读程序画出程序流程图：、程序设计org 0000hstar: setb p3.3 mov p1,#00h mov r0,#2eh mov r1,#0ch mov a,#00hstar1:mov r0,a inc r0 djnz r1,star1star2:acall rst18b20 ；芯片18b20的初始化 jb f0,nol setb p1.6 ；温度芯片ds18b20工作不正常进行告警 setb p1.7 acall star2nol: mov 36h,#00 ；设置低温告警 mov 38h,#40h ；设置低温告警值正负 mov 37h,#25 ；设置高温告警 mov 39h,#0afh ；设置高温告警值正负main: acall read_tem ；读取芯片温度 acall clarm ；读出温度进行bcd码转换，并进行告警判断 acall change ； acall show ；温度显示 ajmp mainread_tem: setb p3.3 lcall rst18b20 jnb f0,star2 mov a,#0cch acall write mov a,#044h acall write nopread_1: nop jnb p3.3,read_1 lcall rst18b20 mov a,#0cch lcall write mov a,#0beh acall write acall read ret write:mov r2,#08h ；对ds18b20字节写操作 clr cwrite1:clr p3.3 mov r3,#07hstop1:djnz r3,stop1 rrc a mov p3.3,c mov r3,#22 stop2:djnz r3,stop2 setb p3.3 nop djnz r2,write1 setb p3.3 ret read:mov r4,#02 ；对ds18b20双字节读操作 mov r1,#2ehread0:mov r2,#08read1:clr c setb p3.3 nop nop clr p3.3 nop nop setb p3.3 mov r3,#06 stop3:djnz r3,stop3 mov c,p3.3 rrc a mov r3,#22stop4:djnz r3,stop4 djnz r2,read1 mov r1,a inc r1 djnz r4,read0 setb p3.3 nop nop clr p3.3 mov r3,#80stop5:djnz r3,stop5 setb p3.3 ret rst18b20:setb p3.3nopclr p3.3mov r0,#200dsr1:nopdjnz r0,dsr1 setb p3.3mov r0,#0mov r1,#0dsr2:jnb p3.3,dsr21djnz r0,dsr2ljmp dsr4dsr21:jb p3.3,dsr3djnz r1,dsr21dsr3:setb f0ljmp dsr5dsr4:clr f0dsr5:setb p3.3retshow:mov a,31h mov p2,a setb p1.0 clr p1.0 mov a,32h orl a,#10h mov p2,a setb p1.1 clr p1.1mov a, 33hmov p2,asetb p1.2clr p1.2 mov a,34h mov p2,a setb p1.3 clr p1.3 mov a,35h mov p2,a setb p1.4 clr p1.4 retclarm: mov 35h,#00hmov a,2fhjnb acc.7,p_loop ；对读取温度进行正负判断mov 35h,#40h cpl aadd a,#1 ；对负温度进行绝对值转换 mov 2fh,a mov a,2eh cpl a add a,#1 mov 2eh,a clr a addc a,2eh mov 2eh,ap_loop:mov a,2fhswap aanl a,#0f0hmov r0,amov a,2ehswap aanl a,#0fhorl a,r0mov r5,35hcjne r5,#40h,l0 ；判断温度是否为负数ljmp l5 ；温度为负数则跳转至负温度大小判断l0:mov r5,39h ；正温度大小判断 cjne r5,#40h,c0 ；判断设置高温是否为负数setb p1.7 ；若高温为负数则直接高温告警ljmp l4c0:mov r1,a clr csubb a,37hjnc l1clr p1.7ljmp l2l1: setb p1.7l2: mov r5,39h cjne r5,#40h,c1 ；判断设置低温是否为负数clr p1.6 ；若为负数则没有低于最低温度，低温告警显示正常ljmp l4c1:mov a,r1mov r1,aclr csubb a,37hjc l3clr p1.6ljmp l4l3: setb p1.6l4: mov a,r1 lcall nobmov a,2ehanl a,#0fhlcall ltb2retl5: mov r5,39h ；负温度大小判断 cjne r5,#40h,c2 ；判断设置高温是否为负数，否则跳至c2ljmp l6 ；若高温设置为负数，则直接跳至负温度大小比较c2: clr p1.7 ；高温度设置为正，则没超过高温，高温告警正常mov r5,38hcjne r5,#40h,c3 ；判断低温设置是否为负