單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 數(shù)字溫度計(jì)課程設(shè)計(jì)

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1、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 評(píng)語： 考勤10分 守紀(jì)10分 過程30分 設(shè)計(jì)報(bào)告30分 答辯20分 總成績(jī)（100分） 專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣1101 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 2014 年 1 月 17 日 1 設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)。 2 設(shè)計(jì)方案 2.1設(shè)計(jì)目的 單片機(jī)是單片微

2、型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，其具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，故可以廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子。 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確等特點(diǎn)，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫要求較高的場(chǎng)所，該設(shè)計(jì)主要使用的元件有單片機(jī)AT89C52，測(cè)溫傳感器使用DS18B20和LCD1602液晶顯示器。 2.2 性能指標(biāo) (1) 基本范圍-50℃-110℃； (2) 精度為0.5℃； (3) 液晶LCD顯示； (4) 可以設(shè)定溫度的上下限以及報(bào)警功能。 3 數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 數(shù)字溫度計(jì)硬件框圖 數(shù)字

3、溫度計(jì)系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)的硬件框圖 3.2 AT89C52單片機(jī) AT89C52單片機(jī)引腳配置圖，如圖2所示。 圖2 AT89C52引腳配置圖 3.3 外圍電路 AT89C52的時(shí)序就是CPU在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序。選擇了內(nèi)部時(shí)鐘方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。外接晶振時(shí)，C1和C2值通常選擇為30PF左右。C1和C2對(duì)頻率有微調(diào)作用。晶體的頻率范圍可在1.2～12MHZ之間選擇。 AT89C52的復(fù)位電路是按鍵電平復(fù)位電

4、路，相當(dāng)于按復(fù)位鍵后復(fù)位端通過電阻與Vcc電源接通。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 顯示電路采用LCD1602液晶顯示器顯示。 故障狀態(tài)指示電路采用發(fā)光二級(jí)管以及蜂鳴器對(duì)運(yùn)行方式進(jìn)行指示，可清楚看到系統(tǒng)的故障狀態(tài)。 測(cè)溫傳感器DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值,采用三線制和單片機(jī)相連,少了外部的硬件電路,具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 3.4 總設(shè)計(jì)圖 數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)的硬件總設(shè)計(jì)圖如圖3所示。 圖3 總設(shè)計(jì)圖 4 數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)整體流程 整個(gè)系統(tǒng)的

5、功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，從軟件的功能不同，可以分為兩類：主程序和子程序。 主程序是整個(gè)軟件的核心，專門用來協(xié)調(diào)各個(gè)執(zhí)行模塊和操作者的聯(lián)系。 子程序是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的工作的，如讀溫度子程序、轉(zhuǎn)換溫度子程序、計(jì)算溫度子程序等。 各執(zhí)行模塊規(guī)劃好以后，就可以規(guī)劃監(jiān)控軟件了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的主程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的條件，合理安排監(jiān)控軟件和執(zhí)行軟件之間的調(diào)度關(guān)系。 4.1 總體流程圖 數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)總體流程圖如圖4所示。 圖4 主流序流程圖 4.2 子程序流程圖 數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)子程序主要包含：讀溫度子程序、轉(zhuǎn)換溫度子程序、計(jì)算溫度子程序

6、。 （1）讀溫度子程序流程圖 讀溫度子程序流程圖如圖5所示。 圖5 讀溫度子程序流程圖 （2）轉(zhuǎn)換溫度子程序流程圖 轉(zhuǎn)換溫度子程序流程圖如圖6所示。 圖6 轉(zhuǎn)換溫度子程序流程圖 （3）計(jì)算溫度子程序流程圖 計(jì)算溫度子程序流程圖如圖7所示。 圖7 計(jì)算溫度子程序流程圖 5 仿真結(jié)果 (1) 正常溫度顯示 溫度計(jì)正常溫度顯示如圖8所示。 圖8 正常溫度顯示 (2) 報(bào)警溫度顯示 溫度計(jì)報(bào)警溫度顯示如圖9所示。 圖9 報(bào)警溫度顯示 6 總結(jié) 通過這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，不僅讓我加深了解了單片機(jī)課本上所學(xué)的知識(shí)，更通過自己的動(dòng)手設(shè)計(jì)，將課

7、本知識(shí)與動(dòng)手操作能力相結(jié)合，讓我對(duì)單片機(jī)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)更進(jìn)一步。 在此次的課程設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了很多的東西。經(jīng)過自己努力，基本上完成了設(shè)計(jì)要求的內(nèi)容，在系統(tǒng)可行性分析、原理圖設(shè)計(jì)等方面都作了許多實(shí)際工作，取得了一些結(jié)果，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了許多不足。對(duì)于本次的課程設(shè)計(jì)還有很大提升空間，目前僅完成的是基本功能實(shí)現(xiàn)，還有很多的擴(kuò)展功能可以提升。 參考文獻(xiàn) 1. 王思明. 單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2012. 2. 李廣弟. 單片機(jī)基礎(chǔ)[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 1994. 3. 艾德才. pentium/80486實(shí)用匯編語言程序設(shè)計(jì)[M]. 北京:清華

8、大學(xué)出版社, 1997. 附錄 源程序 //使用1602LCD顯示DS18B20轉(zhuǎn)換的溫度值 #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit RS = P3^0; //數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L) sbit LCDEN = P3^2; //使能端 sbit deng=P1^

9、6; //超過溫度限制指示燈 sbit beep=P1^7; //超過溫度限制報(bào)警器 uchar high=30; //最高溫度 uchar low=10; //最低溫度 unsigned char r; void delayUs() //短延時(shí) { _nop_(); } void delayMs(uint a) //長(zhǎng)延時(shí) { uint i, j; for(i = a; i > 0; i--) for(j = 100; j > 0; j--);

10、 } //第一行開始地址為0x80, 第二行開始地址為0xc0; //寫命令:RS=0, RW=0; void writeComm(uchar comm) { RS = 0; P2 = comm; LCDEN = 1; delayUs(); LCDEN = 0; delayMs(1); } //寫數(shù)據(jù):RS=1, RW=00 void writeData(uchar dat) { RS = 1; P2 = dat; LCDEN = 1;

11、 delayUs(); LCDEN = 0; delayMs(1); } //初始化函數(shù) //顯示模式, 固定指令為00111000=0x38, 16*2顯示, 5*7點(diǎn)陣,8位數(shù)據(jù)接口 //顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置00001100=0x0c //指令1: 00001DCB : D:開顯示/關(guān)顯示(H/L); C:顯示光標(biāo)/不顯示(H/L), B:光標(biāo)閃爍/不閃爍(H/L) //指令2: 000001NS : //N=1, 當(dāng)讀/寫一個(gè)字符后地址指針加1, 且光標(biāo)也加1; N=0則相反 //S=1, 當(dāng)寫一個(gè)字符, 整屏顯示左移

12、(N=1)或右移(N=0), 但光標(biāo)不移動(dòng); S=0, 整屏不移動(dòng) void init() { writeComm(0x38); //顯示模式 writeComm(0x0c); //開顯示, 關(guān)光標(biāo) writeComm(0x06); //寫字符后地址加1, 光標(biāo)加1 writeComm(0x01); //清屏 } void writeString(uchar * str, uchar length) { uchar i; for(i = 0; i < length; i++) {

13、 writeData(str[i]); } } /*****************************DS18B20*******************************/ sbit ds = P3^7; //初始化DS18B20 //讓DS18B20一段相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間低電平, 然后一段相對(duì)非常短時(shí)間高電平, 即可啟動(dòng) void dsInit() { //對(duì)于11.0592MHz時(shí)鐘, unsigned int型的i, 作一個(gè)i++操作的時(shí)間大于為8us unsigned int i; ds

14、 = 0; i = 100; //拉低約800us, 符合協(xié)議要求的480us以上 while(i>0) i--; ds = 1; //產(chǎn)生一個(gè)上升沿, 進(jìn)入等待應(yīng)答狀態(tài) i = 4; while(i>0) i--; } void dsWait() { unsigned int i; while(ds); while(~ds); //檢測(cè)到應(yīng)答脈沖 i = 4; while(i > 0) i--; } //向DS18B20讀取一位數(shù)

15、據(jù) //讀一位, 讓DS18B20一小周期低電平, 然后兩小周期高電平, //之后DS18B20則會(huì)輸出持續(xù)一段時(shí)間的一位數(shù)據(jù) bit readBit() { unsigned int i; bit b; ds = 0; i++; //延時(shí)約8us, 符合協(xié)議要求至少保持1us ds = 1; i++; i++; //延時(shí)約16us, 符合協(xié)議要求的至少延時(shí)15us以上 b = ds; i = 8; while(i>0) i--; //延時(shí)約64us, 符合讀時(shí)隙不低于60us要求

16、 return b; } //讀取一字節(jié)數(shù)據(jù), 通過調(diào)用readBit()來實(shí)現(xiàn) unsigned char readByte() { unsigned int i; unsigned char j, dat; dat = 0; for(i=0; i<8; i++) { j = readBit(); //最先讀出的是最低位數(shù)據(jù) dat = (j << 7) | (dat >> 1); } return dat; } //向DS18B20寫入一字節(jié)數(shù)

17、據(jù) void writeByte(unsigned char dat) { unsigned int i; unsigned char j; bit b; for(j = 0; j < 8; j++) { b = dat & 0x01; dat >>= 1;//寫"1", 將DQ拉低15us后, 在15us~60us內(nèi)將DQ拉高, 即完成寫1 if(b) { ds = 0; i++; i++; //拉低約16u

18、s, 符號(hào)要求15~60us內(nèi) ds = 1; i = 8; while(i>0) i--; //延時(shí)約64us, 符合寫時(shí)隙不低于60us要求 } else //寫"0", 將DQ拉低60us~120us { ds = 0; i = 8; while(i>0) i--; //拉低約64us, 符號(hào)要求 ds = 1; i++; i++; //整個(gè)寫0時(shí)隙過程已經(jīng)超過60

19、us, 這里就不用像寫1那樣, 再延時(shí)64us了 } } } //向DS18B20發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令 void sendChangeCmd() { dsInit(); //初始化DS18B20, 無論什么命令, 首先都要發(fā)起初始化 dsWait(); //等待DS18B20應(yīng)答 delayMs(1); //延時(shí)1ms, 因?yàn)镈S18B20會(huì)拉低DQ 60~240us作為應(yīng)答信號(hào) writeByte(0xcc); //寫入跳過序列號(hào)命令字 Skip Rom writeByte(0x44); //寫入

20、溫度轉(zhuǎn)換命令字 Convert T } //向DS18B20發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令 void sendReadCmd() { dsInit(); dsWait(); delayMs(1); writeByte(0xcc); //寫入跳過序列號(hào)命令字 Skip Rom writeByte(0xbe); //寫入讀取數(shù)據(jù)令字 Read Scratchpad } //獲取當(dāng)前溫度值 int getTmpValue() { unsigned int tmpvalue; int value; //存放溫度數(shù)值

21、float t; unsigned char low, high; sendReadCmd(); //連續(xù)讀取兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) low = readByte(); high = readByte(); //將高低兩個(gè)字節(jié)合成一個(gè)整形變量 //計(jì)算機(jī)中對(duì)于負(fù)數(shù)是利用補(bǔ)碼來表示的 //若是負(fù)值, 讀取出來的數(shù)值是用補(bǔ)碼表示的, 可直接賦值給int型的value tmpvalue = high; tmpvalue <<= 8; tmpvalue |= low; value = tmp

22、value; //使用DS18B20的默認(rèn)分辨率12位, 精確度為0.0625度, 即讀回?cái)?shù)據(jù)的最低位代表0.0625度 t = value * 0.0625; //將它放大10倍, 使顯示時(shí)可顯示小數(shù)點(diǎn)后一位, 并對(duì)小數(shù)點(diǎn)后第二位進(jìn)行4舍5入 //如t=11.0625, 進(jìn)行計(jì)數(shù)后, 得到value = 111, 即11.1 度 //如t=-11.0625, 進(jìn)行計(jì)數(shù)后, 得到value = -111, 即-11.1 度 value = t * 10 + (value > 0 ? 0.5 : -0.5); //大于0加0.5, 小于

23、0減0.5 return value; } //顯示溫度 void display(int v) { unsigned char count; unsigned char datas[] = {0, 0, 0, 0}; unsigned int tmp = abs(v); datas[0] = tmp / 1000; datas[1] = tmp % 1000 / 100; datas[2] = tmp % 100 / 10; datas[3] = tmp % 10; r= tmp/10;

24、 writeComm(0xc0+3); if(v < 0) { writeString("- ", 2); } else { writeString("+ ", 2); } if(datas[0] != 0) { writeData('0'+datas[0]); } for(count = 1; count != 4; count++) { writeData('0'+datas[count]);

25、 if(count == 2) { writeData('.'); } } } /******************************報(bào)警*******************************/ void BEEP()//報(bào)警 {if((r>=high&&r<129)||r

26、*********DS18B20*******************************/ void main() { uchar table[] = "Now Temperature "; delayMs(1); sendChangeCmd(); init(); writeComm(0x80); writeString(table, 16); while(1) { delayMs(1000); //溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間需要750ms以上 writeComm(0xc0); display(getTmpValue()); sendChangeCmd(); BEEP(); } }