1—Wire数字温度的测量及LCD显示,课程设计论文.doc

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1、1Wire数字温度的测量及LCD显示目录1、引言. 22、方案设计及工作原理 . 2 2.1 方案设计及论证 . 2 2.2 工作原理 . 3 2.2.1DS18B20工作原理. 3 2.2.2 LCD工作原理 . 53、各功能模块设计和仿真. 8 3.1 DS18B20温度传感器电路 . 8 3.2时钟及显示控制电路. 113.3LCD显示的实现电路. 124、结果分析和调试. 135、体会. 146、参考文献. 147、附录. 15 7.1仿真图. 15 7.2实物图. 16 7.3 DS18B20控制程序及LED数码管显示程序代码. 16 7.4时钟控制程序. 21 7.5 LCD显示驱

2、动程序 . 23 11Wire数字温度的测量及LCD显示摘要：根据我们所学过的电子技术、EDA术、电子测量和计算机技术等知识设计具有一定功能和规模的数字信号处理、电子设备系统项目。完成该项目的方案设计、硬件电路设计、应用软件系统设计及系统调试。主要是利用EDA/SOPC实验开发工具，设计DS18B20测量LCD显示和其它控制系统，并进行演示。关键词：EDA，温度传感器，ds18b20，时序，lcd1602一、引言：随着人们生活水平的不断提高, EDA技术无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、

3、生活、提供更好的更方便的设施就需要从EDA技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，该设计控制器使用EDA技术，测温传感器使用DS18B20，用LCD实现温度显示,能准确达到以上要求。 随着时代的进步和发展，EDA技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于EDA技术的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。二、方案设计及工作原理：1、方案设计论证： 方案一：用温度传感器测量温度，使

4、用51单片机作为主芯片控制及显示。在电路设计中，温度测量大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，使用89C51单片机处理传输的信号进行控制及显示，就可以满足设计要求。方案二: 基于FPGA温度测量及显示，使用EP1C12实验开发板以实现所要求的温度测量及显示功能。EP1C12实验开发板，其EDA开发平台上自带DS18B20温度传感器和LCD1602显示和LED数码管显示，使用QuartusII软件和VHDL语言编程即可实现设计所要求功能。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路在开发板上实现比较简单

5、，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2、工作原理：1、DS18B20工作原理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912位的数字值读数方式。 TO92封装的DS18B20的引脚排列见下图，其引脚功能描述见表1。 （底视图） 图1 DS18B20表1DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必

6、须接地。DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。 I/OC64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd 图2 DS18B20内部结构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。温度报警触发器和，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，

7、结构如图3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节和的拷贝，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3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，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。图3 DS18B20字节定义由表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

8、衡考虑。表1 DS18B20温度转换时间表 高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2是一部分温度值对应的二进制

9、温度数据。DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。若TH或TTL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计

10、数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出

11、用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。2、LCD工作原理LCD 显示模块是一种既简便又省电的方法。文字型 LCD 显示模块已被广泛的应用于事务机、电子仪表及相关高级产品上。常见文字型LCD 模块有16字x1行、16字x2行、20字x1行、20字x2行、20字x4行等多种规格可供选择。 EDA开发平台配置了文字型 LCD 模块，其内部是由 LCD 显示器、LCD 驱动器、LCD 控制器三部份所组成如图4所示 。