数字温度控制器的设计与制作

2020/2/21项目8数字温度控制器的设计与制作掌握单总线数字温度传感器的使用掌握液晶显示器的使用掌握温度报警器及数字温度控制器的设计本章要点:2020/2/228.1任务1认识单总线1-wire，即单线总线，又叫单总线。它是美国的达拉斯半导体公司（DALLASSEMICONDUCTOR）近年来推出的一项特有的技术。该技术采用单根信号线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。1.单总线数字温度传感器DS18B20DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器，可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理，在一条总线上可挂接多个DS18B20芯片。单总线通常要求外接一个约为4.7kΩ的上拉电阻，当总线闲置时，其状态为高电平。DS18B20数字温度传感器可提供9～12位温度读数。读取或写入DS18B20的信息仅需一根总线，总线本身可以向所有挂接的DS18B20芯片提供电源，而不需额外的电源。由于DS18B20这一特点，非常适合于温度检测系统。（1）DS18B20的优点采用单总线的接口方式。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的双向通信。每个器件上都有独一无二的序列号。测量温度范围宽，测量精度高。在使用中不需要任何外围元件即可实现测温。内部有温度上、下限告警设置。支持多点组网功能。供电方式灵活。测量参数可配置。负压特性。掉电保护功能。体积小、适用电压宽、更经济。（2）DS18B20芯片结构DS18B20外形和引脚图如8-1所示，各引脚功能如表8-1所示：图8-1DS18B20外形和引脚配置图表8-1DS18B20引脚功能DS18B20内部结构如图8-2所示。图8-2DS18B20内部结构图光刻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。第一个八位为单总线器件识别码(DS18B20为28h)，接下来48位是器件的惟一系列码，最后八位是前56位的CRC校验码。每个DS18B20的序列号都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。2.传感器的读写时序由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。包括初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。（1）初始化时序DS18B20初始化时序如图8-3所示。图8-3DS18B20初始化时序图（2）对DS18B20的写和读操作时序DS18B20的读和写操作时序分别如图8-4、8-5所示。图8-4DS18B20读操作时序图图8-5DS18B20写操作时序图3.传感器的操作使用DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，如果出现序列混乱，1-WIRE器件将不响应主机，因此读写时序很重要。根据DS18B20的协议规定，微控制器控制DS18B20完成温度的转换必须经过以下几个步骤：（１）每次读写前对DS18B20进行复位初始化。复位要求主CPU将数据线下拉500us，然后释放，DS18B20收到信号后等待16us~60us左右，然后发出60us~240us的存在低脉冲，主CPU收到此信号后表示复位成功。（２）发送一条ROM指令DS18B20的ROM指令集如表8-2所示：表8-2DS18B20的ROM指令集（３）发送存储器指令DS18B20的存储器指令集如表8-3所示：表8-3DS18B20的存储器指令集DS18B20进行一次温度转换的具体操作如下：1）主机先作个复位操作2）主机再写跳过ROM的操作（CCH）命令3）然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“0、0、1、1、0、0、1、1”。整个操作的总线状态如下图8-6所示。图8-6DS18B20进行一次温度转换的状态图读取RAM内的温度数据的具体操作如下：1）主机发出复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。2）主机发出跳过对ROM操作的命令（CCH）。3）主机发出读取RAM的命令（BEH），随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图8-7所示。图8-7DS18B20读取RAM内的温度数据的状态图第二步跳过对ROM操作的命令是在总线上只有一个器件时，为节省时间而简化的操作，若总线上不止一个器件，那么跳过ROM操作命令将会使几器件同时响应，这样就会出现数据冲突。2020/2/2168.2任务2认识液晶显示器液晶显示器是日常生活中常见的输出设备，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。1.1602LCD液晶模块(1)1602LCD液晶显示模块结构1602LCD液晶显示模块的管脚配置图如图8-9所示:图8-91602LCD液晶模块管脚配置图引脚功能如表8-4所示。表8-41602LCD液晶模块管脚功能(2)1602LCD液晶显示模块控制指令LCD1602有11个控制指令，如表8-5所示：表8-51602LCD液晶模块控制指令集2.液晶模块读写操作时序(1)写时序写时序图如图8-10所示：图8-101602LCD液晶模块写时序图(2)读时序读时序图如图8-11所示：图8-111602LCD液晶模块读时序图从图8-10和图8-11可以看出，1602液晶的读写操作时序可总结成表8-8所示。表8-81602LCD液晶模块读写时序控制接口基本操作时序如下：读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H输出：D0~D7=状态字写指令：输入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：无读数据：输入：RS=H，RW=H，E=H输出：D0~D7=数据写数据：输入：RS=H，RW=L，D0~D7=数据，E=高脉冲输出：无（3）RAM地址映射图控制器内部带有80×8位（80字节）的RAM缓冲区，对应关系如图8-12所示：图8-121602LCD液晶RAM地址映射图（4）液晶操作步骤1）初始化设置显示模式设置显示开/关及光标设置2）数据控制控制器内部有一个数据地址指针，用户可用它们来访问内部的全部80字节RAM。数据指针设置读数据写数据其他设置液晶初始化子程序：液晶初始化子程序通常包含以下内容：液晶显示使能端E清零（因为上电默认是高电平，所以开始要清零，为E产生高脉冲做准备）显示模式设置：com(0x38);38是以2行16字的5*7的点阵方式显示显示开关：com(0x0f);0f是开显示，且开光标闪烁；0e开显示，且开光标，光标不闪烁；0c开显示显示模式设置：com(0x06);06地址指针自动加1，光标加1，字符不动清屏：com(0x01);01显示清屏，数据指针也清屏初始化子程序参考如下：voidinit(){lcde=0;//使能端E清零write_com(0x38);//显示模式设置write_com(0x0f);//开显示，显示光标，光标闪烁write_com(0x06);//当写一个字符后，地址指针自动加1，且光标加1，字符不动write_com(0x01);//清屏write_com(0x80);//设置数据指针}写命令子函数：参考程序如下：voidwrite_com(unsignedcharcom){lcdrs=0;//RS清零，代表指令操作D0~D7=com;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0;//产生高脉冲}参考程序如下：voidwrite_data(unsignedchardata1){lcdrs=1;//RS置1，代表数据操作D0~D7=data1;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0;//产生高脉冲}写数据子函数：3.液晶显示模块应用实例【实例8-1】如图8-13所示电路图，要求编程实现LCD1602液晶显示模块两行分别居中显示“HELLOWORLD!”和”WELCOME!”，并且光标能够闪烁，整屏字符能够左移显示。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016L73%RV11k图8-13实例1电路图分析：Proteus中LCD1602液晶显示元件名称是LM016L（在元件查找里面可以找到），这个元件接法与LCD1602相同。参考程序如下：#includereg51.hunsignedcharcodetab[]=HELLO,WORLD!;unsignedcharcodetab1[]=WELCOME!;sbitlcdrs=P2^0;sbitlcde=P2^1;unsignedchari;voiddelay(unsignedintz){unsignedintx,y;for(x=z;x0;x--)for(y=125;y0;y--);}voidwrite_com(unsignedcharcom){lcdrs=0;P3=com;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0;}voidwrite_data(unsignedchardata1){lcdrs=1;P3=data1;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0;}voidinit(){lcde=0;//使能端E清零write_com(0x38);//显示模式设置write_com(0x0f);//开显示，显示光标，光标闪烁write_com(0x06);//当写一个字符后，地址指针自动加1，且光标加1，字符不动write_com(0x01);//清屏write_com(0x80);//设置数据指针}voidmain(){init();write_com(0x80+0x12);//设置数据指针for(i=0;i12;i++){write_data(tab[i]);delay(20);}write_com(0x80+0x54);//设置数据指针for(i=0;i8;i++){write_data(tab1[i]);delay(20);}for(i=0;i16;i++){write_com(0x1c);//整屏左移，LM016L与LCD1602实物的左右移相反delay(200);}while(1);}XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534