单片机数字温度计显示设计

1、郑州轻工业学院课程设计说明书题目：单片机数字温度计显示设计姓名:院（系）：专业班级：学 号：指导教师：成 绩：时间：2013年72月30日至2014年土月5日郑州轻工业学院课程设计任务书题目单片机数字温度计显示设计专业、班级学号姓名主要内容：1、采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测。2、用LCD直接显示温度值，微机系统作为数字温度计的控制系统。基本要求：1、用DS18B20芯片读取温度，检测的温度范围：0C120C,检测分辨率05C。2、用LCD1602芯片来显示温度值。3、拟定测试方案和设计步骤，根据性能指标，选好元件，设计硬件电路和软件代码。4、写出设计报告。主要参考资料：1、

2、单片机原理和使用设计，张毅刚、彭喜元编著，电子工业出版社2、新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略，郭天祥编著，电子工业出版 社完成期限：2014/1/2指导教师签名：课程负责人签名：目录1简介12数字温度传感器DS18B2Q 22. 1 DS18B20 概述22.2DS18B20测温过程33 1602字符型LCD简介44系统硬件电路和软件设计74.1系统硬件电路74. 2系统软件设计8心得体会：10参考文献：101简介温度是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一。过去温度检测系统设计中，大多采用模拟技术进行设计，这样就不可避免地遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题

3、；而其中任何一环节处理不当，就会造成整个系统性能的下降。随着半导体技术的高速发展，特别是大规模集成电路 设计技术的发展，数字化、微型化、集成化成为了传感器发展的主要方向。设计介绍了检测的温度显示得基本概念，单总线数字温度传感DS18B20及单片机AT89c51的特性、内部结构及工作原理，给出了DS18B20和单片机AT89c51接口的使用实例，以及由两者组成温度检测系统的方法， 并给出了对DS18B20进行各种操作的软件流程图及操作程序。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。本设计对温度的控制有方便、简单的特点，运用在现实生活及工业生产的 前景广泛。2数字温度传感器DS18B202

4、.1 DS18B20 概述由Dallas半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感 器，可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口 方便，传输距离远等特点。(1) 采用单总线的接口方式。和微处理器连接时，仅需要一条口线即可实现微处理器和DS18B20的双向通讯。(2) 测量温度范围宽。测量精度高DS18B20的测量范围为-55C+ 125C ;在1085 C范围内，精度为 0.5 C。(3)在使用中不需要任何外围元件。(4)持多点组网功能。多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。(

5、5)供电方式灵活。DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线 上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。(6)测量参数可配置。DS18B20的测量分辨率可通过程序设定912位。(7)负压特性。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。(8)掉电保护功能。DS18B20内部含有EEPROM,在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报 警温度的设定 值。DS18B20具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的 电压适用范围，适合于构建 自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。3.2 DS18B20存

6、储器及设置寄存器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。数据先写入RAM ,经校验后再传给E2RAM。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位 TL,第二个字节是温度的高八位THo第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、 七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节，可用来保证通信正确。主地址机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B

7、20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据 是否正确。分布如表2.1所示。 表2.1内部寄存分布寄存器内容温度的低八位数据0温度的高八位数据1高温阀值2低温阀值3保留4保留5计数剩余值6每度计数值7CRC校验8设置寄存器位于高速闪存的低5个字节，这个寄存器中的内容被用来确定温度的转换精度。寄存器各位的内容如表2.2下所示：BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0TMR1R011111表22DS18B20的设置寄存器各位内容该寄五位存器的低一直都是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

8、改动。R1和R0用来设置分辨率由表 2.3.6可知，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际使用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。本次设计中采用的为12位分辨率，即750Ms转换时间，如表2.2下所示：表2.3分辨率设置R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75 ms0110位187.5 ms1011位375 ms0012位750 ms2.2 DS18B20测温过程1-WIRE网络具有严谨的控制结构，一般通过双绞线和1-WIRE元件进行数据通信，它们通常被定义为漏极开路端点，主 /从式多点结构，而且一般都在主机端接上一个上拉电阻+5V电源。通常为了给1-WIRE设备提

9、供足够的电源，需要一个MOSFET管将1-WIRE总线上拉至+5V电源。1-WIRE网络通信协议是分时定义的，有严格的时隙概念。DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱，1-WIRE器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20的各种操作必须按协议进行。根据DS18B20的协议规定，微控制器控制DS18B20完成温度的转换必须经过以下4个步骤：(1)每次读写前对DS18B20进行复位初始化。复位要求主CPU将数据线下拉500us,然后释放，DS18B20收到信号后等待16us60us左右，然后发出60us240us的存在低脉冲，主CPU收到此信

10、号后表示复位成功。(2)发送一条ROM功能指令，如表2.4所示:表2.4 DS18B20的ROM指令集指令名称指令代码指令功能读ROM33H读DS18B20ROM中的序列号（即读64位地 址）ROM匹配（符合ROM ）55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上和编码相对应 DS18B20使之作出响应，用于多个 DS18B20时定位搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数 和识别64位ROM地址，为操作各器件作好 准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发 温度变换命令，该命令将针对所有在线 的 DS18B20警报搜索0ECH该指令

11、执行后，只有温度超过设定值上限或下 限的片子才做出响应（3 ）发送存储器指令，如表2.5所示:表2.5 DS18B20的存储器指令集指令名称指令代码指令功能读ROM33H读DS18B20ROM中的序列号（即读64位地址）ROM匹配（符合ROM ）55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上和编码相对应 DS18B20使之作出响应，用于多个 DS18B20时定位搜索ROM0F0H用于确定挂接在向一总线上DS18B20的个数 和识别64位ROM地址，为操作各器件作好 准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发 温度变换命令，该命令将针对所有在线的 DS18B

12、20警报搜索0ECH该指令执行后，只有温度超过设定值上限或下 限的片子才做出响应3 1602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD,目前常 用16*1, 16*2, 20*2和40*2行等的模块。1602LCD采用标准的14脚（无背光）或 16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13所示：引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表10-1

13、3 :引脚接口说明表第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低 电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可 以读忙信号，当RS为高电 平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D

14、7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表1014所示：序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数至UCGRA或DDRA)10要写的数据内容11从CGRA或DDRA读数11读出的数据内容

15、表10-14 :控制命令表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:控制整体显示的开和关，高电平表示开显示，低电平表示 关显示C:控制 光标的开和关，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

16、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& 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。和HD44780相兼容的芯片时序表如下：读状态输入RS=L R/W=H E=H输出DO- D7=犬态字写指令输入RS=L R/W=L DO- D7=f 令石马,E=S 脉冲输出无读

17、数据输入RS=H R/W=H E=H输出DO- D7=t 据写数据输入RS=H R/W=L DO- D7=数据，E=高脉冲输出无表1015 :基本操作时序表4系统硬件电路和软件设计4.1 系统硬件电路HTa.LITALZFO.O/ADOFO.1/AD1F0.2/AD2F0.3/AD3F0.4/AD4F0.5WD5F0.6/AD6FO.7/AD73SEN=A?1 0?1 131 2Uli 3砂431 5列fi刊7P2 .OfAS P2.1 (A9 P5.5/A10P2 3/A11 P2.1/A12 P2.5/A13 P2S/A14 P2.7/A15P3.CJRXD F3/JTKCP3.aiNtd

18、P3.aMT1P3 4.IT0 P3 &T1iP37AD图4.1硬件电路女口图4.1所示，其中P2.0、P2.K P2.1分别控制LCD的RS寄存器选择、RW读写控制和E使能，P1.7连接DS18B20的DQ数 据单总线，P3.0-P3.7连接LCD的DOD7。4.2 系统软件设计系统软件流程图:-换温点/ JASCII过H寸10 ms设跣帮j 丁 N”始显厅位S显示温度仿真运行结果:, U2- DS 亚 20 CTEXTVkHkN23LgLMO-6Lus 然 01234567RE DDDDDDDD心得体会：本次课程设计的是单片机数字温度计显示设计，通过上网查找LCD1602 和DS18B21n的资料和例程，结合书本中所学的单片机基础知识，完成了课程设