單片機(jī)溫度采集顯示模塊

1、單片機(jī)溫度采集顯示模塊第1頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二回顧 1，LED點(diǎn)陣顯示屏的工作原理？2，LCD1602和LCD12864顯示屏的區(qū)別是什么？第2頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二本單元任務(wù)任務(wù)1 溫度測量儀設(shè)計(jì) 任務(wù)2 數(shù)字電壓表的制作任務(wù)3 波形發(fā)生器的制作 第3頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二任務(wù)1 溫度測量儀設(shè)計(jì) 任務(wù)描述：任務(wù)分析：在工業(yè)控制、測量系統(tǒng)過程中，環(huán)境溫度的測量和控制是極為普遍和重要的。設(shè)計(jì)一個(gè)溫度實(shí)時(shí)顯示的測量儀器，在機(jī)械、生物科研、食品加工、家電等各個(gè)領(lǐng)域都有其很好的利用價(jià)值。本任務(wù)要求廣

2、告屏系統(tǒng)具備溫度實(shí)時(shí)顯示功能，測量精度為1。 為使系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)溫度顯示功能，需安裝溫度傳感器電路。目前溫度傳感器正逐漸從模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)變，相應(yīng)的體積也在不斷減小。在體積非?？量痰膽T性器件中使用高精度、數(shù)字輸出型的溫度傳感器，MAXIM公司的DS18B20U最為符合要求。DS1820U是DS18B20系列產(chǎn)品中的一種。DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過“一線”總線方式，直接和單片機(jī)I/O相連，極大簡化電路設(shè)計(jì)，并可以使多個(gè)DS18B20U方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個(gè)測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。 第4頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二1. DS18B20介紹 （1）適

3、應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；（3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫；（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；（5）溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5；（6）可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫；（7）在9位分辨率時(shí)最多在93.75m

4、s內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。（8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 第5頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二2. DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 64位光刻ROM:光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼 溫度傳感器:DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測量配置寄存器及存儲(chǔ)器 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL TMR1R011111第6

5、頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二第7頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。 3. DS18B20通信指令 (表7-5 )第8頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二(1)初始化時(shí)序 第9頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二(2)寫時(shí)序 第10頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，

6、星期二(3)讀時(shí)序 第11頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二4. DS18B20典型應(yīng)用電路 DS18B20寄生電源供電方式 第12頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二DS18B20的外部電源供電方式 第13頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二5. DS18B20編程方法 主機(jī)控制多個(gè)寄生供電DB18B20編程步驟 步驟主機(jī)數(shù)據(jù)（LSB在先）說明1TXReset（復(fù)位）復(fù)位脈沖2RXPresence（應(yīng)答）應(yīng)答脈沖3TX55h發(fā)出”Match ROM”（符合ROM）命令4TX發(fā)出DS18B20地址5TX44h發(fā)出”Convert T

7、”（溫度變換）命令6TXI/O線至少保留2s高電平以便完成轉(zhuǎn)換7TXReset（復(fù)位）復(fù)位脈沖（480us960us）8RXPresence（應(yīng)答）應(yīng)答脈沖9TX55h發(fā)出”Match ROM”（符合ROM）命令10TX發(fā)出DS18B20地址11TXBEh發(fā)出”Read Scratchpad”（讀暫存存儲(chǔ)器）命令12RX（9個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)）讀暫存存儲(chǔ)器以及CRC，并把計(jì)算得出的CRC和讀出的CRC相比較。如兩者相符，主機(jī)繼續(xù)操作；如不符，重復(fù)此讀操作。13TXReset（復(fù)位）復(fù)位脈沖14RXPresence（應(yīng)答）應(yīng)答脈沖，操作完成。第14頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二

8、主機(jī)控制單個(gè)外部供電DB18B20編程步驟 步驟主機(jī)數(shù)據(jù)（LSB在先）說明1TXReset（復(fù)位）復(fù)位脈沖2RXPresence（應(yīng)答）應(yīng)答脈沖3TXCCh發(fā)出”Skip ROM”（跳過ROM）命令4TX44h發(fā)出”Convert T”（溫度變換）命令5RX讀”忙”標(biāo)志3次，直至數(shù)據(jù)為FFh（全為1）6TXReset（復(fù)位）復(fù)位脈沖7RXPresence（應(yīng)答）應(yīng)答脈沖8TXCCh發(fā)出”Skip ROM”（符合ROM）命令9TXBEh發(fā)出”Read Scratchpad”（讀暫存存儲(chǔ)器）命令10RX（9個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)）讀暫存存儲(chǔ)器以及CRC，并把計(jì)算得出的CRC和讀出的CRC相比較。如兩者相符，數(shù)

9、據(jù)有效，主機(jī)保存溫度值。11TXReset（復(fù)位）復(fù)位脈沖12RXPresence（應(yīng)答）應(yīng)答脈沖，操作完成。第15頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二1. Proteus電路設(shè)計(jì) 2. Keil C51程序設(shè)計(jì) 3. Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)實(shí)施第16頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二硬件電路圖第17頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二（1）程序流程主程序包括溫度采集和顯示兩部分，溫度采集DS18B20編程過程參考表7-9所示，數(shù)碼管顯示的編程方法亦可查閱單元4的講解。 第18頁，共51頁，2022年，5月20日

10、，2點(diǎn)54分，星期二運(yùn)行Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 【課堂思考】請(qǐng)改用液晶屏1602實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度的顯示。第19頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二任務(wù)2利用adc0809制作數(shù)字電壓表 任務(wù)描述：任務(wù)分析：在某些產(chǎn)品上，如數(shù)字電壓表、數(shù)字血壓計(jì)等，需要將電壓、電流等模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示。本任務(wù)要求實(shí)時(shí)采集0-5V可連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并顯示在數(shù)碼管上。 目前一般運(yùn)用A/D集成電路完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)處理。ADC0809集成芯片是8位8路的A/D轉(zhuǎn)換器，滿足本

11、設(shè)計(jì)要求。第20頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二1. A/D轉(zhuǎn)換基本性能指標(biāo) 分辨率(Resolution)：指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來表示。如：12位A/D轉(zhuǎn)換器，滿刻度為10vA/D能分辨電壓變化的最小值為：10v/212=0.0024v=2.4mv 第21頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二轉(zhuǎn)換時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率 (Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成

12、，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per Second）。 第22頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二量化誤差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。 第23頁，共51頁，2022年，5

13、月20日，2點(diǎn)54分，星期二2, ADC0809介紹 ADC0809主要特性和性能指標(biāo)：8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s單個(gè)5V電源供電 模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。工作溫度范圍為-4085攝氏度 低功耗，約15mW。 第24頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二ADC0809芯片封裝：28引腳，雙列直插式 第25頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二通道地址選擇 C B A被選擇的通道0 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0IN0IN1IN2IN3IN4IN

14、5IN6IN7第26頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二工作時(shí)序 第27頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 第28頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)

15、54分，星期二第29頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二1. Proteus電路設(shè)計(jì) 2. Keil C51程序設(shè)計(jì) 3. Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)實(shí)施第30頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二硬件電路圖本設(shè)計(jì)包括顯示部分和電壓采集轉(zhuǎn)換兩部分電路設(shè)計(jì)，其中顯示采用數(shù)碼管，電路連接原理見單元4，電壓采集轉(zhuǎn)換選用ADC0808，ADC0808是ADC0809的縮減版，方便仿真。由于電壓測量信號(hào)輸入IN0，可將通道選通端A、B、C直接接地，數(shù)據(jù)接P1口，另外ADC0808的數(shù)據(jù)低位為OUT8，因此和P1口相連時(shí)正好相反，CLOCK管腳選擇Pr

16、oteus激勵(lì)庫中的500K時(shí)鐘模型觸發(fā)，其余OE、START、EOC管腳用P3.0、P3.1、P3.2控制。 第31頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二第32頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二（1）程序流程主程序?qū)崿F(xiàn)變量初始化、定時(shí)器初始化、啟動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換并讀取轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)。定時(shí)器1中斷程序完成數(shù)碼管掃描顯示任務(wù)。 第33頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)：while(1)ST=0;ST=1;ST=0; /ST:啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)while(EOC=0); /EOC=1跳出等待OE=1; /允許輸出到單片機(jī)getdata=P1

17、; /P1=0809的輸入，數(shù)據(jù)送到getdata中OE=0; /不允許輸出getdata=getdata*0.0196*100; /數(shù)據(jù)處理：8位對(duì)應(yīng)5V，1位對(duì)應(yīng)0.0196v，再放大100倍disp0=getdata/100; /百位對(duì)應(yīng)個(gè)位disp1=(getdata%100)/10; /十位對(duì)應(yīng)小數(shù)點(diǎn)1位disp2=(getdata%100)%10; /個(gè)位對(duì)應(yīng)小數(shù)點(diǎn)2位 第34頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二運(yùn)行Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 第35頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二任務(wù)3利用DAC0832制作波形發(fā)生器 任務(wù)描述

18、：任務(wù)分析：在某些應(yīng)用，如波形發(fā)生器或示波器需要生成各式頻率的各種波形。，它們的工作原理是通過D/A轉(zhuǎn)換，即將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。本任務(wù)要求制作簡易波形發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波。 D/A轉(zhuǎn)換經(jīng)常應(yīng)用在機(jī)電一體化電子控制系統(tǒng)中，生成滿足系統(tǒng)需要的各種開環(huán)和閉環(huán)控制信號(hào)。DAC0832是一款常用的D/A轉(zhuǎn)換器，本設(shè)計(jì)將選用它實(shí)現(xiàn)簡易波形發(fā)生器的制作。 第36頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二1. D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832 DAC0832芯片是一種具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC，它能直接與MCS-51單片機(jī)接口，其主要特性參數(shù)如下：分辨率為8位；電流穩(wěn)定

19、時(shí)間1us;可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程和下調(diào)整其線性度；單一電源供電（5V15V范圍內(nèi)都可以正常工作）；低功耗，200mW 第37頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二DAC0832芯片為20引腳，雙列直插式封裝 第38頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二DI07：數(shù)據(jù)輸入線；ILE：數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，高電平有效/CS ：片選/WR1：輸入寄存器的寫選通信號(hào)輸入鎖存器的鎖存信號(hào)LE1由ILE|、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生。當(dāng)ILE為高電平、CS為低電平、WR1為輸入負(fù)脈沖時(shí)，在LE1產(chǎn)生正脈沖；LE1為高電平時(shí)，輸入鎖存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線的

20、狀態(tài)變化，LE1的負(fù)跳變將數(shù)據(jù)線上的信息鎖入輸入寄存器。 /XFER：數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，低電平有效。/WR2：DAC寄存器寫選通信號(hào)VREF：基準(zhǔn)電源輸入引腳。Rfb： 反饋信號(hào)輸入引腳。Iout1、Iout2：電流輸出引腳。電流IOu T1與IOuT2的和為常數(shù)IOuT2、IOuT1隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。 Vcc：電源輸入引腳。AGND： 模擬信號(hào)地。DGND： 數(shù)字地。 第39頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二2. DAC 0832與單片機(jī)的連接 直通方式輸入寄存器和DAC寄存器共用一個(gè)地址，同時(shí)選通輸出；/WR1和/WR2同時(shí)進(jìn)行，并且不與CPU相接，它的特點(diǎn)是

21、轉(zhuǎn)換速度快。 第40頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二單緩沖方式 輸入寄存器和DAC寄存器共用一個(gè)地址，同時(shí)選通輸出，輸入數(shù)據(jù)在控制信號(hào)作用下，直接進(jìn)入DAC寄存器中；/WR1和/WR2同時(shí)進(jìn)行，并且與CPU的/WR相連，如圖7-25所示，CPU對(duì)0832執(zhí)行一次寫操作，將數(shù)據(jù)直接寫入DAC寄存器中。它適用于只有一路模擬信號(hào)輸出或幾路模擬信號(hào)非同步輸出。 第41頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二雙緩沖器方式輸入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，可分別選通用同時(shí)輸出多路模擬信號(hào)。它適用于同時(shí)輸出幾路模擬信號(hào)的場合，可構(gòu)成多個(gè)0832同步輸出電路。

22、第42頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二1. Proteus電路設(shè)計(jì) 2. Keil C51程序設(shè)計(jì) 3. Proteus-Keil聯(lián)合調(diào)試仿真 任務(wù)實(shí)施第43頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二波形發(fā)生器與單片機(jī)連接電路 DAC0832采用直通方式和單片機(jī)相連，參考電壓管腳VREF接2.5V電壓源，即8位0FFh控制輸出電壓范圍是0-2.5V，IOUT1、IOUT2管腳接比較器后的輸出用Proteus模型庫中的示波器A通道進(jìn)行測量 第44頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二第45頁，共51頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)54分，星期二（1）程序流程波形發(fā)生器關(guān)鍵程序是編寫輸出各種