50基于单片机的数字温度计课程设计报告

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-1-目录1设计概述....................................................................................................................21.1设计目标和要求..............................................................................................21.2设计思路..........................................................................................................22系统方案及硬件设计................................................................................................32.1设计方案..........................................................................................................32.2方案的硬件总体方框图..................................................................................32.3温度传感器DS18B20测温原理....................................................................42.4硬件设计..........................................................................................................82.4.1主控制器ATmega16.............................................................................82.4.2复位电路................................................................................................82.4.3时钟振荡电............................................................................................82.4.4报警点调节电路....................................................................................92.4.5显示电路...............................................................................................103软件设计..................................................................................................................103.1系统分析.........................................................................................................103.2各子程序及其流程图设计............................................................................113.2.1初始化子程序......................................................................................113.2.2DS1820的读写字节子程序................................................................123.2.3温度读取及转换子程序......................................................................133.2.4计算温度子程序...................................................................................143.2.5温度显示子程序...................................................................................153.2.6报警子程序...........................................................................................164proteus软件仿真......................................................................................................184.1系统仿真设计................................................................................................184.2仿真结果分析.................................................................................................185系统原理图..............................................................................................................196心得体会..................................................................................................................20-2-1设计概述1.1设计目标和要求1.用所学的单片机知识设计制作数字温度计;2.测温范围是-20℃---70℃;3.误差小于0.5℃;4.所测的温度值可以由LCD数码管直接显示;5.可以任意设置上下限温度的报警功能;6.进一步熟悉proteus,protel,word软件的功能和使用方法;1.2设计思路首先确定我们所设计的是一个数字温度计,由单片机、温度传感器以及其他电路共同实现。根据所要实现的功能,先在proteus软件上仿真。根据所选用的硬件可以将整个软件设计分为若干子程序,有初始化、查询时间、发送指令、读取数据、显示温度等构成,可将以上子程序分别设计,实现各自的功能,再在子程序中调用,就可以实现预期的目标。在proteus软件里画出相应的电路图,将编写好的程序的编译后的文件下载到proteus电路图的单片机里,进行仿真,对温度传感器设置不同的参数,看是否达到了我们设计所要求的目标,如果不符合要求,需要检查程序算法和硬件连接是否有误。若仿真成功,就按照电路图焊接硬件。-3-2系统方案及硬件设计2.1设计方案采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS18B20和ATmega16单片机构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,也可直接与计算机连接。采用ATmega16单片机控制,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,而且体积小,硬件实现简单,安装方便。该系统利用ATmega16芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境温度,并可以根据需要设定上下限温度。该系统扩展性非常强。该测温系统电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单。2.2方案的硬件总体方框图基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器ATmega16,温度传感器采用的DS18B20,用四位数码管显示温度。图1-4-2.3温度传感器DS18B20测温原理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9-12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,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。(2)DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网测温;(3)无须外部器件,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;(4)可通过数据线供电,电压范围为3.0-5.5V;(5)零待机功耗;(6)温度以9或12位数字,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;(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;(10)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DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装,其引脚排列及内部结构框图如图2及图3以及图4的测温原理图如下所示:-5-图2引脚排列图3内部结构框图图4DS18B20测温原理图预置斜率累加器比较低温度系数振荡器计数器1温度寄存器Tx预置=0高温度系数振荡器-0计数器2T1加1停止T2-6-64位ROM的结构开始8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8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和TL,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RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图4所示。头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。第5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5所示。低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为0,用户不要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。TMR1R011111图5DS18B20的字节定义DS18B20的分辨率定义如表2-1所示表2-1分辨率设置表R0R1分辨率最大温度转移时间009位96.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms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-7-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。主机控制DS18B20完成温度转换过程是:每一次读写之前都要对DS18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