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1、精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者： PanHongliang仅供个人学习基于 DS18B20 的温度系统. 试验目的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结.明白 DS1820 数字温度传感器特性.把握单片机基本功能的运用、简洁接口电路如键盘、LED 显示电路或 LCD 显示电路设计及其相应驱动软件的编制软、硬件系统的调试. 试验任务设计一个具有基于DS1820 数字温度传感器的温度检测及显示的系统。要求系统具有以下功能：. 两路温度检测。. 具有显示功能。. 具有用户输入功能。. 可通过输入补偿温度设定校准。. 试验原理原理简述：数字温度传感器
2、DS1820 把温度信息转换为数字格式。通过“1线协议 ”，单片机猎取指定传感器的数字温度信息，并显示到显示设备上。通过键盘，单片机可依据程序指令实现更灵敏的功能，如单点检测、轮转检测、越限检测等。基于DS1820 数字温度传感器的温度检测及显示的系统原理图如图1图 1 基于 DS1820 的温度检测系统框图. 硬件设计电路设计单片机基本系统电路：图 2 单片机基本系统电路原理图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电路说明：综合考虑系统使用到的单片机内部储备资源、系统处理信号的种类、处理数据的速度、系统的 I/O 口开销，以及系统的可扩展性能，本系统选用了ATMEL公司的 8 位低
3、功耗， 高性能 CMOS 单片机，芯片内集成有通用8 位中心处理器（兼容标准MCS -51 指令系统及80C51 引脚结构）和4K/8K Bytes ISP Flash 储备单元（可实现在系统编程）。复位电路采用上电复位加按键复位的方式。接受无源晶体供应正弦振荡信号为系统供应时钟，其硬件原理图如图 2 所示。温度检测电路：由于接受数字传感器，电路不用考虑A/D 转换，只需设计指定某个I/O口作为与数字传感器相连，电路原理图如图示。“1线协议 ”图 3 温度检测电路原理图电路说明：DS18B20 的数字温度输出通过“一线 ”总线（ 1-Wire 是被 MAXIM公司收购的 DALLAS 公司新拥
4、有的一种特殊的数字信号总线协议，它将特殊的电源线和信号线复合在一起，仅 使用一条口线。每个芯片唯独编码，支持联网寻址、零功耗等待等，是所需硬件连线最少的一种总线）这种特殊的方式，使多个DS18B20 便利的组建成传感器网络，为整个测量系统的建立和组合供应了更大可能性。DS18B20 可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。实行数据总线供电方式可以节省一根导线，但由此带来的缺点是完成温度测量的时间较长。而实行外部供电方式就多用一根导线，但测量速度较快。本设计接受一总线2 路温度测量使用外部供电，如图 3 所示。 键盘把握电路：图 4 键盘把握电路原理图电路说明：为了节省系统硬件
5、开销，设计方案中键盘模块没有接受ZLG7289 或者 ZLG7290 等专用的键盘把握芯片。使用一般的行列扫描键盘的优点是没有更多的外围电路，缺点是假如软件调试不当可能引起按键连击，为系统的运行带来不稳固。系统使用键盘电路为四行四列16 个按键的行列扫描式键盘，其电路原理图如图4 所示。从图中的硬件连接看来，键盘可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结接口并没有增加任何其他的附加驱动电路，而是直接和单片机的引脚相连。操作时直接用程序设置单片机相应的端口驱动按键。显示电路：图 5 LED 显示电路原理图电路说明：接受四位共阴极动态LED 显示单元。 LED 动态显示的基本做法在于分时轮番
6、选通数码管的公共端，使得各数码管轮番导通，在选通相应LED 后，即在显示字段上得到显示的字型码。这种方式不但能够提高数码管的发光效率，而且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而大大简化了硬件线路。动态扫描显示接口是单片机系统中应用最为广泛的一种显示方式。其接口电路是把全部显示器的 8 个笔画段 a dp 同名端并联在一起，而每一个显示器的公共极COM 是各自独立的受 I/O 把握的。 MPU 向字段输出口送出字型码时，全部显示器由于同名端并联连接收到相同的字型码，但究竟是哪个显示器亮，就取决于COM 端，而这一端是通过MPU 对I/O 编程把握的，所以就可以自行准备何时那一位显示器被点亮了。
7、这儿所说的动态就是在基于 COM 端选择，可编程的基础上，接受分时的方法轮番把握各个显示器的COM 端，使各个显示器轮番点亮。在轮番点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的约 1ms，由于人眼的视觉暂留现象及发光二极管的速度足够快，给人的视觉误差就是一组稳固的显示数据，假如做的足够好是不会有闪烁感。与液晶显示器相比，动态LED 显示单元具有软件编写简洁的优点。但是其功耗比LCD显示大，为了达到正确的显示成效，硬件连接必需考虑段和位驱动的电路的设计。其次LED 在显示刷新率，显示稳固性方面也不及LCD 显示。在如图 5 的本设计方案中，使用的是四位共阴极LED 显示器。典型的硬件设计是使
8、用74HC245 供应段 a dp 图中为 PB1 PB8 的驱动， 74LS139 供应位 COM1 COM4 图中为LED1 LED4 的驱动。使用双向总线驱动器74HC245 作为段驱动，由于HC 电路输出电阻较大，外部可直接驱动而不需要限流电阻。位驱动使用24 译码器，具有四个OC 门输出，输出低电平有效， 直接用来驱动四位公共阴极COM1 COM4 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结. 软件设计1). 软件设计工具及调试环境系统软件接受 C 语言开发，与汇编相比，使用C 语言开发单片机软件系统，具有程序的可读性、易爱护性和可移植性好，对硬件的把握才能强等特点。现代单片
9、机集成大容量的程序储备器确定程度上解决了部分C 编译器机器语言生成代码效率低的缺点，解决代码效率问题最重要的仍是得靠编译器性能得不断提高。KeilC51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。KeilC51 软件供应丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。另外重要的一点，通过查看编译后生成的汇编代码，我们就能体会到KeilC51 生成的目标代码效率特殊之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，简洁懂得。在开发大型软件时更能表达 高级语言的优势。 C51 中使用 C 语言编程与汇编语言编程相比，具有以下的优势。汇编语言虽然
10、有执行效率高的优点，但其可移植性和可读性差，以及本身就是一种编程效率低下 的低级语言，这些都使它的编程和爱护极不便利，从而导致整个系统的牢靠性也较差。而 使用 C 语言进行单片机应用系统的开发，有着汇编语言不行比拟的优势。当前较好的 C 语言编译系统的编译效率已经基本达到中高级程序开发人员的水平，特殊是用于开发较为复杂的单片机应用系统时更具优势。2). 主程序把握流程在软件的设计过程中，为了进一步提高软件的透亮度，作者将系统的一些功能菜单写成子程序的形式供主程序（操作系统）调用。此程序中主要包括系统开头状态等待，系统工作模式选择，多通道工作模式操作，单通道工作模式操作，通过键盘输入-9.99
11、+9.99 之间的误差数据，通过键盘查询和重置各通道的误差量。本文中详细给出了操作子程序中部分功能模块的流程图，这样有利于对系统工作的明白。图 6 给出了系统开头等待程序的流程图，图7 中给出了系统工作模式选择流程图，图8中给出了系统的主函数流程图。图 6 系统开头等待程序的流程图图 7 系统工作模式选择流程图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 8 系统的主函数流程图3） .温度检测流程DS18B20 子程序是结合它的用户使用资料编写，主要完成的是初始化DS18B20 ，从DS18B20 中读出一个字节的数据，向DS18B20 中写入一个字节的数据，配置DS18B20 包括警报
12、温度的上限和下限、温度转换的精度，读出Scrachpad 储备器中的九个字节的数据，读出 Rom 中的 64 位 Code 值，对读出的 Scrachpad 数据进行 CRC 校验，然后依据读出的数据得到测量出的十进制温度值。从 DS18B20 中读出九个字节数据的流程图如图 9 所示。图 9 从 DS18B20 中读数据的流程图DS18B20 数据的 CRC 校验。为明白决单总线串行传输数据可能引起的错误， DS18B20 内部具有产生 CRC 校验码电路，这样程序员可以通过对读出的数据进行 CRC 校验码，并用这个校验码和获得的数据的最终一个字节比较，如两者相同就证明数据传送没有错误，从而
13、验证通信过程中数据传输的正确性，使采集温度信号的牢靠性得到保证。本系统中 CRC 校验在程序中是通过查表来实现。CRC 校验数据表储存在程序代码中的一个一维数组中。CRC 检验的求法。 M 为一个 k 位长的信息帧。 P 为 n+1 位预先确定的用来生成校验码的二进制序列其最高位和最低位必需为1，DS18B20 中使用的序列为： P 1 0011 0001 。F 为位 FCS，即校验码序列。T 为 k位被传输的帧。由于F 是接在 M 信息帧之后的， 因此 T=M 2 n 2 n 为 2 的 n 次方中， M 2 相当于 M 左移位，后面添个零。设M 2 除以 P 的商和余数分别是Q 和 R，就
14、有 M 2 =PQ+R 即 M 2 /P=Q+R/P 如设 T=M 2 +R，就 T 定能被整除。由于按模2 的加减运算相当于异或运算，故有T/P=M2 +R/P=M2 /P+R/P =Q+R/P+R/P=Q 这样一来，校验码序列F 就是 M 2 除以 P 的余数 R。通过运算可以得到256 个用于 CRC 检验的数据。4). 键盘把握键盘处理子程序主要完成的是通过特定的设置按键端口的状态，并对端口状态进行检测，然后为按键设置特定的值，为主程序供应执行判决。需考虑多键按下和去抖动的问题。图 10 给出了键盘扫描的程序流程图。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 10 键盘扫描流程
15、图5). 显示把握：系统硬件选择的是四段共阴极LED 动态显示， LED 显示子程序主要是完成对设定的LED 段，并通过查七段码表，使它显示制定的图样。图11 中描述的是通过选定一段数码管，显示数据的程序流程图。图 11 LED 显示流程图6） .数据处理完成数据格式的转换、储存。设置误差值的补偿等数据操作。依据不同的应用要求定制，在此不作强制定义。. 摸索题1、LED 动态显示时显示的亮度与什么物理量有关？2、显示刷新率（单位时间内显示数据转变的次数）和显示稳固性（闪烁感越小）之间的关系？3、通过怎样的方法解决显示刷新率和显示稳固性之间的关系？4、你有什么好的硬件方案解决LED 显示的驱动（
16、增加流过LED 段的电流）问题，请给出电路图？5、LCD 显示和动态 LED 显示的区分？6、在单片机的 RAM 中， 30H 单元存放着一个无符号类型数据，请你通过编程得到这个数各位上的数字？假如是一个有符号数了？假如是一个压缩BCD 编码的数了？7、假如你使用的单片机系统没有在线编程调试器有程序烧写器 ，你有什么样的方法在软硬件联调时，以最快的速度找出问题出在那个的方？8、假如单片机的 GPIO 口线在硬件连接时已经连接到高电平或者低电平，在进行软件编程时，你可以把这个口线用软件进行置低或者置高吗？9、请你说说单片机和PC 机的相像和差别，并就工业运用中单片机和PC 机相比存在那些优势和不
17、足，并就这个谈谈单片机的生命力在哪儿？10、请结合 DS18B20 的用户资料，和相关的设计报告，说说单总线的通信协议？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is Pan Hongliangs personal ownership.用户可将本文的内容或服务用于个人学习、争论或观看，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相
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