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课程三、任务一

zyx123

菜鸟

2024-05-20 21:21:13 打赏

只看楼主 1楼

一.实验任务

用DS18B20实现环境温度的采集，并输出到数码管进行显示，当监测到的温度超过设定温度时用蜂鸣器进行报警。

二.硬件设计和原理

接线图：

蜂鸣器的硬件设计原理

蜂鸣器通常可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，无源蜂鸣器需要输出类似方波的波形来控制蜂鸣器发生，而有源蜂鸣器通上电源即可发出声音，具体的原理如下图：

我们这里用的蜂鸣器就是有源蜂鸣器，其相关的控制电路原理如下图所示：

这里用到的蜂鸣器原理是右侧的低电平触发，也即当控制蜂鸣器的引脚PA15设置为低电平时，蜂鸣器发出声音，当控制蜂鸣器的引脚PA15设置为高电平的时候蜂鸣器不发生，关闭。因此在初始化配置蜂鸣器的引脚的时候，为了初始化之后蜂鸣器不发声，需要把控制蜂鸣器的引脚PA15初始化设置为高电平。当需要控制蜂鸣器发声的时候，只需要设置控制引脚为低电平即可。硬件的连接接线如下图所示：

板载温度传感器的硬件设计原理：
温度传感器有数字量的也有模拟量的，模拟量的又分负温度系数的和正温度系数的，所谓的正负就是温度和电阻的关系，负温度系数是当温度升高的时候传感器的电阻值是变小的，正温度系数是当温度升高的时候传感器的电阻值是变大的，通常用到的有PT100和PT1000。详情如下图所示：
进行温度采集设计电路设计的时候，通常有两种：一种是电压源，一种是电流源，通常用到的是电压源，当采用电压源的时候电路也有两种，一种是温度传感器接到电压源的一端，一种是温度传感器接到地的一端，后一种偏多。具体如下图所示：
在这里我们可以使用开发板上温度传感器进行温度的开发验证测试，相关硬件介绍如下图所示：

板载温度采集的设计原理为温度变化转化为阻值变化，然后转化为电压变化，根据电压电阻的比例关系，可以计算出温度传感器上的电压V=VCC*R126/(R125+R126)，具体的硬件原理如下图所示

根据温度采集的电压和温度传感器的温度电阻曲线，以及曲线的计算公式可以计算出对应的温度值，具体的计算详情如下图所示：

对于温度传感器DS18B20模块的硬件设计原理，相关的模块硬件连接接线如下图所示：

三.软件开发设计实现

1.配置syscfg参数2.重要源代码

（1）基础代码：蜂鸣器、数码管配置和相关参数。

#define DS18B20_DQ_IN_Read() DL_GPIO_readPins(PORT_TempSensor_PORT,PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN)  
#define delay_us 32  
#define NUM_MAXLENGTH 8  
uint8_t Num_List[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x8C,0xBF,0xC6,0xA1,0x86,0xFF,0xbf};//数码管数字  
volatile float temp=0.0;  
uint8_t Reserved_points=4;  
uint8_t temp_level[]={28,29};

（2）配置温度传感器。

void DS18B20_OneWireRisingEdge_Config(GPIO_Regs* PORTx,uint32_t PINx,uint32_t t1,uint32_t t2){  
        DL_GPIO_clearPins(PORTx, PINx);  
        delay_cycles(delay_us*t1);  
        DL_GPIO_setPins(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN);  
        delay_cycles(delay_us*t2);  
}  

void DS18B20_DQ_IN()
{
        DL_GPIO_disableOutput(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN);  
        DL_GPIO_initDigitalInput(PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_IOMUX);  
        DL_GPIO_setPins(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN);  
        DL_GPIO_enableOutput(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN);  
}  
 
void DS18B20_DQ_OUT()
{        
        DL_GPIO_disableOutput(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN);  
        DL_GPIO_initDigitalOutput(PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_IOMUX);  
        DL_GPIO_setPins(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN);  
        DL_GPIO_enableOutput(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN);  
}  
 
void DS18B20_RESET()
{  
        DS18B20_DQ_OUT();  
        DS18B20_OneWireRisingEdge_Config(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN,750,60);  
}  

uint8_t DS18B20_CHECK()
{  
        uint8_t counters=0;  
        DS18B20_DQ_IN();  
        while(DS18B20_DQ_IN_Read()&&counters<200){  
            counters++;  
            delay_cycles(delay_us*1);  
        }  
        if(counters>100)        
            return 1;  
        else  
            counters=0;  
        while(!(DS18B20_DQ_IN_Read())&&counters<240){  
            counters++;  
            delay_cycles(delay_us*1);  
        }  
 
        if(counters>240)      
            return 2;  
        else  
            return 0;        
}  

void DS18B20_WRITE_Byte(uint8_t data)
{  
        uint8_t byte=data;  
        DS18B20_DQ_OUT();  
        for(uint8_t i=1;i<=8;i++){  
            if(byte&0x01){  
                DS18B20_OneWireRisingEdge_Config(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN,2,60);  
            }  
            else{  
                DS18B20_OneWireRisingEdge_Config(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN,60,2);  
            }  
            byte=byte>>1;  
        }  
}  

uint8_t DS18B20_READ_Bit()
{  
        uint8_t bit;  
        DS18B20_DQ_OUT();  
        DS18B20_OneWireRisingEdge_Config(PORT_TempSensor_PORT, PORT_TempSensor_PIN_TempSensor_PIN,2,5);  
        DS18B20_DQ_IN();  
        delay_cycles(delay_us*12);  
        if(DS18B20_DQ_IN_Read())  
            bit=1;  
        else  
            bit=0;  
        delay_cycles(delay_us*50);  
        return bit;  
}  

uint8_t DS18B20_READ_Byte()
{  
        uint8_t bit=0;  
        uint8_t byte=0;  
        for(uint8_t i=1;i<=8;i++){  
            bit=DS18B20_READ_Bit();  
            byte|=bit<<(i-1);  
        }  
        return byte;  
}  

void DS18B20_START(void){  
        DS18B20_RESET();  
        DS18B20_CHECK();  
        DS18B20_WRITE_Byte(0xcc);  
        DS18B20_WRITE_Byte(0x44);  
        DS18B20_RESET();  
        DS18B20_CHECK();  
        DS18B20_WRITE_Byte(0xcc);  
        DS18B20_WRITE_Byte(0xbe);  
}  

uint8_t DS18B20_INIT(void)
{  
        DS18B20_RESET();  
        return DS18B20_CHECK();  
}  

float DS18B20_GetTemp(void)
{  
        float temp_value=0.0;  
        uint8_t temp_msb,temp_lsb=0;  
        uint16_t temp=0;  
 
        DS18B20_START();              
        temp_lsb=DS18B20_READ_Byte();  
        temp_msb=DS18B20_READ_Byte();  
        temp=(temp_msb<<8)+temp_lsb;  
        if((temp&0xF800)==0xF800)
        {  
            temp=(~temp)+1;            
            temp_value=temp*(-0.0625);  
        }  
        else  
            temp_value=temp*0.0625;  
        return temp_value;  
}

（3）配置数码管输出

void HC595_CLKRisingEdge_Config(GPIO_Regs* PORTx,uint32_t PINx,uint32_t t1,uint32_t t2)
{  
        DL_GPIO_clearPins(PORTx, PINx);  
        delay_cycles(delay_us*t1);  
        DL_GPIO_setPins(PORTx, PINx);  
        delay_cycles(delay_us*t2);  
}  

void LED_Segment_WriteByte(uint8_t byte)
{  
    for(uint8_t i=1;i<=8;i++){  
        if(byte&0x80){  
            DL_GPIO_setPins(PORT_HC595_PORT,PORT_HC595_PIN_HC595_DIO_PIN);  
        }  
        else  
        {  
            DL_GPIO_clearPins(PORT_HC595_PORT,PORT_HC595_PIN_HC595_DIO_PIN);  
        }  
        HC595_CLKRisingEdge_Config(PORT_HC595_PORT,PORT_HC595_PIN_HC595_SCLK_PIN,2,2);  
        byte<<=1;  
    }  
}  

void LED_Segment_Display_Num_One(uint8_t Num_one,uint8_t index)
{  
    LED_Segment_WriteByte(Num_List[Num_one]);  
    LED_Segment_WriteByte(1<<index);  
    HC595_CLKRisingEdge_Config(PORT_HC595_PORT,PORT_HC595_PIN_HC595_RCLK_PIN,2,2);  
}  

void LED_Segment_Display_point(uint8_t Num_one,uint8_t index)
{
    LED_Segment_WriteByte(Num_one);  
    LED_Segment_WriteByte(1<<index);  
    HC595_CLKRisingEdge_Config(PORT_HC595_PORT,PORT_HC595_PIN_HC595_RCLK_PIN,2,2);  
}  

void Num_LED_Segment_Process(uint32_t Num)
{  
    uint8_t num_lsb=0;  
    uint8_t i;  
    for(i=0;i<NUM_MAXLENGTH;i++)  
    {  
        num_lsb=Num%10;  
        Num/=10;  
        LED_Segment_Display_Num_One(num_lsb,i);  
        if(Num==0)break;  
    }  
}  

void Num_LED_Segment_Process_Float(float Num,uint8_t Reserved_points)
{
        int Num_int=Num*pow(10,Reserved_points+1);  
        if(Num_int%10>=5)
            Num_int=Num_int/10+1;  
        else  
            Num_int=Num_int/10;  
        if(Reserved_points==0)  
            Num_LED_Segment_Process(Num_int);  
        else  
        {  
            Num_LED_Segment_Process(Num_int);  
            LED_Segment_Display_point(0x7f,Reserved_points);  
            LED_Segment_Display_point(0xff,Reserved_points);  
            LED_Segment_Display_point(0xff,Reserved_points);  
        }  
}

（4）配置数码管显示定时器，配置报错

void TIMER_0_INST_IRQHandler(void)  
{  
    Num_LED_Segment_Process_Float(temp,Reserved_points);  
    Num_LED_Segment_Process_Float(temp,Reserved_points);  
    Num_LED_Segment_Process_Float(temp,Reserved_points);  
    Num_LED_Segment_Process_Float(temp,Reserved_points);  

}  
 
void TIMER_1_INST_IRQHandler(void)  
{  
    if(DS18B20_INIT()==0){  
        temp=DS18B20_GetTemp();  
        if(temp<temp_level[0]){  
            DL_GPIO_setPins(PORT_BEEP_PORT,PORT_BEEP_PIN__BEEP_PIN);  
        }  
        else if(temp>=temp_level[0]&&temp<temp_level[1]){  
            DL_GPIO_togglePins(PORT_BEEP_PORT,PORT_BEEP_PIN__BEEP_PIN);  
        }  
        else {  
            DL_GPIO_clearPins(PORT_BEEP_PORT,PORT_BEEP_PIN__BEEP_PIN);  
        }  
    }  
    else{  
        temp=0.1000;  
        DL_GPIO_setPins(PORT_BEEP_PORT,PORT_BEEP_PIN__BEEP_PIN);  
        delay_cycles(delay_us*1000);
        DL_GPIO_togglePins(PORT_LED_Red_PORT,PORT_LED_Red_PIN_LED_Red_PIN);  
    }  
}

（5）主函数输出

int main(void)  
{  
        SYSCFG_DL_init();  
 
        NVIC_SetPriority(TIMER_0_INST_INT_IRQN, 2);  
        NVIC_EnableIRQ(TIMER_0_INST_INT_IRQN);  
        DL_TimerG_startCounter(TIMER_0_INST);
        NVIC_SetPriority(TIMER_1_INST_INT_IRQN, 0);  
        NVIC_EnableIRQ(TIMER_1_INST_INT_IRQN);  
        DL_TimerG_startCounter(TIMER_1_INST);  
 
        while (1)
        {  
            delay_cycles(delay_us*500);  
        }  
}

四、展示效果

由于操作不当，在之前造成了热敏电阻烧坏，现只能展示温度传感器出错时报错情况。（红灯亮起）

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