基于18B20的温度测量仪课程设计报告.doc
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1、目 录第一章 单片机原理及应用技术课程设计的目的意义21.1 设计目的21.2 课程在教学计划中的地位和作用2第二章 基于18B20的温度测量仪设计任务22.1 设计内容及要求22.2 课程设计的要求2 2.2.1 控制要求2 2.2.2 设计要求2第三章 系统的硬件设计与选型3 3.1 总体设计思想与选型33.2 硬件设计方案33.3 硬件设计系统原理图33.4 选型芯片及其各自功能说明5 3.4.1 89C51的引脚与功能简介5 3.4.2 DS18B20的引脚与功能简介8 3.4.3 74LS138的引脚与功能简介13 3.4.4 74LC573的引脚与功能简介153.4.5 数码管简介
2、15第四章 软件设计174.1 源程序说明17第五章 系统调试及使用说明205.1 系统使用说明205.2 系统调试25收获、体会26附录 系统源程序及实物图27第一章 单片机原理与技术应用课程设计的目的意义1.1 课程设计目的单片机原理及技术应用主要内容包括MCS-51单片机的内部结构、指令系统、汇编语言和C语言程序设计、并行接口和并行设备的扩展、中断系统结构与应用、定时器计数器原理与应用、串行接口与串行通信、模拟量接口以及单片机应用系统设计技术。 本课程设计目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力,是通过设计单片机检测系统,加深学生对单片机技术的了解,进一步掌握其程序设计
3、与硬件接口技术。 本课程的主要任务是运用所学单片机技术、单片机原理等方面的知识,设计出一台以89C51MCU为核心的单片机数据采集、通讯或测控系统,完成信息的采集、处理、输出及人机接口电路等部分的软、硬件设计。1.2 课程设计在教学计划中的地位和作用本课程是生物医学工程的一门主要专业课之一。以MCS-51系列的8位单片机为教学对象,介绍单片机的发展概况、原理及应用。 主要内容:单片机的基本概念,MCS-51系列单片机的结构,MCS-51系列单片机指令系统,程序设计基础,中断系统,MCS-51系列单片机内部定时器/计数器及其应用,串行接口,单片机应用系统扩展设计基础,模拟量输入输出接口技术,人机
4、接口技术,功率接口技术,单片机应用系统设计技术,单片机应用系统举例,新型单片机介绍等。 学生获得的知识和能力:单片机的基本结构和原理、指令系统、汇编语言程序设计、C51开发技术,简单的单片机应用系统的设计等。 单片机原理及应用课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上,通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用,使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识,同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。使学生增进对单片机的感
5、性认识,加深对单片机理论方面的理解,为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。第二章 基于18B20的温度测量仪设计任务2.1 设计内容 基于18B20的温度测量仪是以温度传感器DS18B20为关键的测温系统,测得的温度由三位数码管显示,精确到一度。2.2 课程设计要求掌握18B20温度传感器原理;三位数码管显示温度值。2.2.1 控制要求 设计技术参数,温度测量精确到一度。2.2.2 设计要求设计出硬件电路,说明工作原理,编写程序,调试、得到要求现象。第三章 系统硬件设计与选型3.1 总体设计思想与选型本次课程设计会用到的主要器件是51单片机和DS18B20温度传感器以及数码管,主要就是通
6、过温度传感器的检测,把实际测得的温度值转换成二进制,再传回单片机处理,然后通过数码管显示出温度值。其次是74LS138和74LCX573芯片,用来控制数码管显示。3.2硬件设计方案系统的硬件部分主要包括:电源、晶振、复位、单片机、数码管、DS18B20、74LS138和74LCX573。3.3 硬件设计系统原理图 硬件电路原理图反映了所用到的芯片的连接情况, 也可以清楚看到各硬件是如何连接的,具体请看图3.4 选型芯片及其各自功能说明3.4.1 芯片列表 依照设计思路,本次设计使用了如下芯片:1. 微处理器89C512. 温度传感器 DS18B203. 译码器 74LS1384. 集成芯片74
7、LC5733.4.2 89C51的引脚与功能简介MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机,它包含51和52两个子系列。单片机由于体积小、功耗低、易于产品化,面向控制,抗干扰能力强,适用温度范围宽,可以方便地实现和分布式控制等优点,因而被广泛地应用于各种控制系统和分布式系统中。89C51和MCS-51是完全兼容的,是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器。 其主要特点如下: 8位CPU。 工作频率最高为24M。
8、128B数据存储器。 4KB程序存储器。 程序存储器的寻址空间为64KB。 片外数据存储器的寻址空间为64KB。 128个用户位寻址空间。 21个字节特殊功能寄存器。 4个8位的并行I/O接口:P0、P1、P2、P3。 两个16位定时/计数器。 两个优先级别的5个中断源。 1个全双工的串行I/O接口,可多机通信。 111条指令,喊乘法指令和除法指令。 较强的位处理能力 。 采用单一+5V电源。对于89C52而言,不同之处在于:有256B的数据存储器、8K的程序存储器、全双工串行I/O接口、6个中断源、3个16位定时/计数器,工作频率可升直33Mhz。比51拥有更高的性能。图1-1是51单片机的
9、接口硬件分布图我们此次采用的是AM-51H学习板(如图1-2),板载的芯片是89C52芯片,拥有丰富功能模块及外接电路,如图的标注。I. 89C51单片机两种封装形式:(1) 双列直插(PDIP): 40引脚。 (2) 方形(PLCC)封装形式: 44引脚,有4条引脚是空脚(标为NC)。图3-2(a)为引脚排列图。图3-2(b)为逻辑符号图。 II. 89C51引脚功能:1. 电源引脚Vcc和Vss(1) Vcc :电源端,接+5V电源。(2) Vss :接地端。2. 外接晶体引脚XTALl和XTAL2(1) XTAL1:片内振荡电路的输入端; (2) XTAL2:片内振荡电路的输出端。3.
10、控制信号引脚 (1) RST / VPD:RST是复位信号输入端,高电平有效。出现两个机器周期以上的高电平时复位;图3-4 89C51单片机引脚排列及逻辑符号图 RST引脚的第二功能:备用电源VPD的输入端; 当主电源VCC发生故障,降低到规定值时,此引脚可接备用供电,由VPD向内部RAM提供备用供电,以保持片内RAM中的数据。 (2) ALE/PROG:地址锁存允许信号 访问外部存储器时,ALE信号的输出用于锁存低8位地址的控制信号。 信号频率为振荡器的1/6; ALE端可以驱动8个TTL负载; 对Flash存储器编程时,用于输入编程脉冲信号。(3) /PSEN:片外程序存储器读选通信号 低
11、电平有效,可驱动8个TTL负载。(4) /EA(VPP):片内、外程序存储器选择端 编程电压输入端; 当/EA端为高电平时,先访问片内EPROM; 当/EA端接地时,只访问片外EPROM; 在Flash存储器编程时,提供编程电压。 4. I / O引脚(1) P0口(P0.0P0.7): 第一功能:通用I/O口,用来输入/输出数据 第二功能:当CPU访问片外存储器时,分时提供低8位地址和高8位数据的复用总线。(2) P2口(P2.0P2.7): 第一功能:不扩展片外存储器时,作为通用I/O口。 第二功能:扩展片外存储器时,输出片外存储器的高8位地址。(3) P1口(P1.0P1.7): 第一功
12、能:通用I/O口。 第二功能:片内ROM编程或校验时,输入片内ROM的低8位地址。(4) P3口(P3.0P3.7): 第一功能:通用的I/O口。 第二功能:控制功能。III. 89C51的外部总线外部总线结构图如图3-5所示。图3-5 外部总线结构图(1) 地址总线(AB)。16位,寻址范围64KB。高8位(A15A8)由P2口输出,低8位(A7 A0)由P0口输出。(2) 数据总线(DB)。8位,由P0口提供。(3) 控制总线(CB)。由4条控制线和P3口的第二功能状态组成。 IV. 89C51的内部结构89C51单片机在一块芯片中集成了CPU、RAM、 ROM、定时器/计数器和I/O口等
13、基本功能部件。各功能部件由内部总线连接在一起。89C51基本结构见图3-6所示。图3-6 89C51单片机基本结构图CPU是单片机的核心部件,由运算器和控制器等部件组成。运算器的功能主要是进行算术运算和逻辑运算。由8位ALU单元,两个8位的暂存器,8位的累加器ACC、B寄存器,程序状态寄存器PSW等组成。控制器用于控制单片机各部分的运行,由程序计数器PC,指令寄存器、译码器及定时控制逻辑和数据指针DPTR组成。3.4.3 DS18B20温度传感器简介DS18B20是DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器芯片,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55+125,可编程为9-12
14、为A/D转换精度,测量分辨率可达0.0625,被测温度用16位补码方式串行输出;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少。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。(一)DS18B20的主要特性如下:1、 适应电压范围宽:3.0V-5.5V,在寄生电源方式可有数据线共电。2、 在使用中不需要任何外围元件。3、 独特的单线接口方式:DS18B20与微处理器连接时仅需要一条信号线既可实现微处理器与DS18B20的双向通信。4、 温度范围:
15、-55+125,在-10-+85时精度为0.5。5、 编程可实现分辨率为9-12位,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。6、 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度值转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。7、 支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温。8、 用户可自设定非易失性的报警上下限值。9、 负压特性:电源极性接反时,温度计不会因发热而烧坏,但不能正常工作。(二)DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器
16、。该装置信号线高的时候,内部电容器储存能量通由1线通信线路给片子供电,而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 DS18B20的电源也可以从外部3V-5 .5V的电压得到。DS18B20的外部机构图和内部结构图(如图1-3、1-4)图1-4 DS1820内部结构 图1-3 TQ-92封装及8脚SOIC封装(三)DS18B20温度值格式默认的12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0
17、.0625即可得到实际温度。 图1-5 DS18B20温度值格式表(四)DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口,必须在先完成ROM设定,否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一: 1 )读ROM, 2 )ROM匹配, 3 )搜索ROM, 4 )跳过ROM, 5 )报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号,可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件,同时,总线也可以知道总线上挂有有多少,什么样的设备。若指令成功地使DS18B20完成温度测量,数据存储在DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B
18、20内存中,并可以让阅读发出记忆功能的指挥,阅读内容的片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令,这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读,写都是从最低位开始。DS18B20有4个主要的数据部件:(1)光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面
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