單片機課程設(shè)計報告 數(shù)字溫度計

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1、 河南理工大學 單片機課程設(shè)計報告 數(shù)字溫度計 姓 名： 崔學營 王從金 學 號：310608020515 310608020519 專業(yè)班級： 自動化06-5 指導老師： 　　　 所在學院：電氣工程與自動化學院 2009年 6月 14日 摘要 隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個基于89S51單片機的測溫系統(tǒng)，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，

2、重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，特別是數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)采集過程。對各部分的電路也一一進行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報警溫度，它使用起來相當方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89C51結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞： 單片機 DS18B20 溫度

3、傳感器 數(shù)字溫度計 AT89S52 目錄 1 概述 4 1.1 課程設(shè)計的意義 4 1.2 設(shè)計的任務(wù)和要求 4 2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 5 2.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證 5 2.1.1方案一 5 2.1.2 方案二 5 2.2系統(tǒng)總體設(shè)計 6 2.3系統(tǒng)模塊 7 2.3.1 主控制器 7 2.3.2 顯示電路 8 2.3.3溫度傳感器 8 2.3.4報警溫度調(diào)整按鍵 9 3系統(tǒng)軟件算法分析 10 3.1主程序流程圖 10 3.2讀出溫度子程序 10 3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程

4、序 11 3.4 計算溫度子程序 11 3.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 11 3.6按鍵掃描處理子程序 12 4 實驗仿真 13 5 總結(jié)與體會 14 查考文獻 15 附1 源程序代碼 16 1 概述 1.1 課程設(shè)計的意義 本次課程設(shè)計是在我們學過單片機后的一次實習，可增加我們的動手能力。特別是對單片機的系統(tǒng)設(shè)計有很大幫助。本課程設(shè)計由兩個人共同完成，在鍛煉了自己的同時也增強了自己的團隊意識和團隊合作精神。 1.2 設(shè)計的任務(wù)和要求 1、基本范圍-50℃-110℃ 2、精度誤差小于0.5℃ 3、LED數(shù)碼直讀顯示 4、可以任意設(shè)定溫度的上下限報警功能　

5、 2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 2.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證 2.1.1方案一 由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應(yīng)值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。 2.1.2 方案二 進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容

6、易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設(shè)計要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費用較低，可靠性高，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 2.2系統(tǒng)總體設(shè)計 溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機AT89S51，溫度傳感器采用DS18B20，用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。 AT89S51 LED顯示 DS18B20 溫 度 傳 感 器 單片機復位 時鐘振蕩 報警溫度調(diào)整鍵 蜂鳴器，指示燈 圖2.2—1

7、　總體設(shè)計方框圖 圖2.2—2系統(tǒng)仿真圖 2.3系統(tǒng)模塊 系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。 2.3.1 主控制器 單片機AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 晶振采用12MHZ。復位電路采用上電加按鈕復位。 圖2.3.1—1晶振電路 圖2.3.1—2復位電路 2.3.2 顯示電路 顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管，P0口由上拉電阻提高驅(qū)動能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動。P2口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動態(tài)掃

8、描的方式顯示。 圖2.3.2 數(shù)碼管顯示電路 2.3.3溫度傳感器 DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下： 1、獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 2、多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能 3、無須外部器件； 4、可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ； 5、零待機功耗； 6、溫度以９或１２位數(shù)字； 7、用戶可定義報警設(shè)置； 8、報警搜索

9、命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 9、負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。 當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的

10、。 圖2.3.3 溫度傳感器與單片機的連接 2.3.4報警溫度調(diào)整按鍵 本系統(tǒng)設(shè)計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設(shè)置報警溫度和當前溫度，另外兩個分別用于設(shè)置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。 圖2.3.4 按鍵電路 3系統(tǒng)軟件算法分析 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序，按鍵掃描處理子程序等。 3.1主程序流程圖 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖3.1所示

11、。 初始化 讀取溫度 SET鍵是否按下 讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 N Y 調(diào)用顯示子程序 設(shè)置報警溫度 圖3.1 主程序流程圖 3.2讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3.2示 3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 發(fā)DS18B20復位命令 發(fā)跳過ROM

12、命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖3.3所示 Y 發(fā)DS18B20復位命令 發(fā)跳過ROM命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作，CRC校驗 9字節(jié)完？ CRC校驗正？確？ 移入溫度暫存器 結(jié)束　 N N Y 圖3.3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖

13、 圖3.2 讀溫度流程圖 3.4 計算溫度子程序 計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖3.4所示。 3.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當標志位位為1時將符號顯示位移入第一位。程序流程圖如圖3.5。 開始 溫度零下? 溫度值取補碼置“1”標志 計算小數(shù)位溫度BCD值 計算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束 置“0”標志 N Y 溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器 分離顯示溫度 N Y 標

14、志位為1？ Y 最高位顯示“—” 最高為顯示分理出的數(shù)據(jù) 結(jié)束 圖3.4　計算溫度流程圖 　　 圖3.5　顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖 3.6按鍵掃描處理子程序 按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標志位，當標志位為1時，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當前溫度。如下圖3.6示。 SET鍵按下 ADD鍵是否按下 DEC鍵是否按下 顯示切換標志位是否為“0” 調(diào)用顯示子程序 報警溫度加1 報警溫度減1 Y N Y N Y N 圖3.

15、6 按鍵掃描處理子程序 4 實驗仿真 進入protuse后，連接好電路，并將程序下載進去。將DS18B20的改為0.1，數(shù)碼管顯示溫度與傳感器的溫度相同。 圖4—1 溫度顯示仿真 當按下SET鍵一次時，進入溫度報警上線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置的溫度報警上線，按ADD或DEC分別對報警溫度進行加一或減一。 當再次按下SET鍵時，進入溫度報警下線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置的溫度報警下線，按ADD或DEC分別對報警溫度進行加一或減一。 圖4—2 溫度調(diào)試仿真 當?shù)谌伟聪耂ET鍵時，退出溫度報警線設(shè)置。顯示當前溫度。 5 總結(jié)與體會 通過這次對數(shù)字溫度計的設(shè)計與制作，

16、讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字溫度計的原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。 通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際操作才會有深刻理解。 在焊接過程中我曾將溫度傳感器的電源、地焊反啦，導致溫度傳感器急劇發(fā)熱，后經(jīng)觀察和查詢資料才得以改正。 從這次的課程設(shè)計中，我真真正

17、正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。 查考文獻 【1】馬忠梅，張凱，等. 單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(第四版) 北京航空航天大學出版社 【2】薛慶軍，張秀娟，等.單片機原理實驗教程 北京航天航空大學出版社 【3】廖常初.現(xiàn)場總線概述［J］.電工技術(shù)，1999. 附1 源程序代碼 //DS18B20的讀寫程序,數(shù)據(jù)腳P2.7 // //溫度傳感器18B20匯編程

18、序,采用器件默認的12位轉(zhuǎn)化 // //最大轉(zhuǎn)化時間750微秒,顯示溫度-55到+125度,顯示精度 // //為0.1度，顯示采用4位LED共陽顯示測溫值 // //P0口為段碼輸入,P34~P37為位選 // /***************************************************/ #include "reg51.h" #include "intrins.h" //_nop_();延時函數(shù)用 #define dm P0 //段碼

19、輸出口 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DQ=P2^7; //溫度輸入口 sbit w0=P2^0; //數(shù)碼管4 sbit w1=P2^1; //數(shù)碼管3 sbit w2=P2^2; //數(shù)碼管2 sbit w3=P2^3; //數(shù)碼管1 sbit beep=P1^7; //蜂鳴器和指示燈 sbit set=P2^6; //溫度設(shè)置切換鍵 sbit add=P2^4; //溫度加 sbit dec=P2^5

20、; //溫度減 int temp1=0; //顯示當前溫度和設(shè)置溫度的標志位為0時顯示當前溫度 uint h; uint temp; uchar r; uchar high=35,low=20; uchar sign; uchar q=0; uchar tt=0; uchar scale; //**************溫度小數(shù)部分用查表法***********// uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08

21、,0x08,0x09,0x09}; //小數(shù)斷碼表 uchar code table_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40}; //共陰LED段碼表 "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-" uchar table_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}; //個位帶小數(shù)點的斷碼表 uchar d

22、ata temp_data[2]={0x00,0x00}; //讀出溫度暫放 uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //顯示單元數(shù)據(jù)，共4個數(shù)據(jù)和一個運算暫用 /*****************11us延時函數(shù)*************************/ void delay(uint t) { for (;t>0;t--); } void scan() { int j; for(j=0;j<4;j++) { switch (j) {

23、 case 0: dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//xiaoshu case 1: dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//gewei case 2: dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//shiwei case 3: dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//baiwei // else{dm=table_dm[b3];w3=0;dela

24、y(50);w3=1;} } } } //***************DS18B20復位函數(shù)************************/ ow_reset(void) { char presence=1; while(presence) { while(presence) { DQ=1;_nop_();_nop_();//從高拉倒低 DQ=0; delay(50); //550 us DQ=1;

25、 delay(6); //66 us presence=DQ; //presence=0 復位成功,繼續(xù)下一步 } delay(45); //延時500 us presence=~DQ; } DQ=1; //拉高電平 } /****************DS18B20寫命令函數(shù)************************/ //向1-WIRE 總線上寫1個字節(jié) void write_byte(u

26、char val) { uchar i; for(i=8;i>0;i--) { DQ=1;_nop_();_nop_(); //從高拉倒低 DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //5 us DQ=val&0x01; //最低位移出 delay(6); //66 us val=val/2; //右

27、移1位 } DQ=1; delay(1); } /****************DS18B20讀1字節(jié)函數(shù)************************/ //從總線上取1個字節(jié) uchar read_byte(void) { uchar i; uchar value=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=1;_nop_();_nop_(); value>>=1; DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4 us DQ=1;_nop_();_nop_();_

28、nop_();_nop_(); //4 us if(DQ)value|=0x80; delay(6); //66 us } DQ=1; return(value); } /*****************讀出溫度函數(shù)************************/ read_temp() { ow_reset(); //總線復位 delay(200); write_byte(0xcc); //發(fā)命令

29、 write_byte(0x44); //發(fā)轉(zhuǎn)換命令 ow_reset(); delay(1); write_byte(0xcc); //發(fā)命令 write_byte(0xbe); temp_data[0]=read_byte(); //讀溫度值的第字節(jié) temp_data[1]=read_byte(); //讀溫度值的高字節(jié) temp=temp_data[1]; temp<<=8; t

30、emp=temp|temp_data[0]; // 兩字節(jié)合成一個整型變量。 return temp; //返回溫度值 } /****************溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)************************/ //二進制高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一字節(jié),這個 //字節(jié)的二進制轉(zhuǎn)換為十進制后,就是溫度值的百、十、個位值,而剩 //下的低字節(jié)的低半字節(jié)轉(zhuǎn)化成十進制后,就是溫度值的小數(shù)部分 /********************************************************/ work

31、_temp(uint tem) { uchar n=0; if(tem>6348) // 溫度值正負判斷 {tem=65536-tem;n=1;} // 負溫度求補碼,標志位置1 display[4]=tem&0x0f; // 取小數(shù)部分的值 display[0]=ditab[display[4]]; // 存入小數(shù)部分顯示值 display[4]=tem>>4; // 取中間八位,即整數(shù)部分的值 display[3]=disp

32、lay[4]/100; // 取百位數(shù)據(jù)暫存 display[1]=display[4]%100; // 取后兩位數(shù)據(jù)暫存 display[2]=display[1]/10; // 取十位數(shù)據(jù)暫存 display[1]=display[1]%10; //個位數(shù)據(jù) r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100; /////符號位顯示判斷///// if(!display[3]) { display[3]=0x0a; //最高位為0時不顯示 if(

33、!display[2]) { display[2]=0x0a; //次高位為0時不顯示 } } if(n){display[3]=0x0b;} //負溫度時最高位顯示"-" } void BEEP() { if((r>=high&&r<129)||r128

34、) { horl=256-horl;n=1; } display[3]=horl/100; display[3]=display[3]&0x0f; display[2]=horl%100/10; display[1]=horl%10; display[0]=0; if(!display[3]) { display[3]=0x0a; //最高位為0時不顯示 if(!display[2]) { display[2]=0x0a; //次高位為0時不顯示 } } i

35、f(n) { display[3]=0x0b; //負溫度時最高位顯示"-" } } //*********按鍵查詢程序**************// void keyscan() { int temp1; //最高溫度和最低溫度標志位 if(set==0) { while(1) { delay(500);//消抖 if(set==0) { temp1++; while(!set) scan(); } if(temp1==1) {

36、 xianshi(high); scan(); if(add==0) { while(!add) scan(); high+=1; } if(dec==0) { while(!dec) scan(); high-=1; } } if(temp1==2) { xianshi(low); if(add==0) { while(!add) scan();

37、 low+=1; } if(dec==0) { while(!dec) scan(); low-=1; } scan(); } if(temp1>=3) { temp1=0; break; } } } } /****************主函數(shù)************************/ void main() { dm=0x00; //初始化端口 w0=0; w1

38、=0; w2=0; w3=0; for(h=0;h<4;h++) //開機顯示"0000" { display[h]=0; } ow_reset(); //開機先轉(zhuǎn)換一次 write_byte(0xcc); //Skip ROM write_byte(0x44); //發(fā)轉(zhuǎn)換命令 for(h=0;h<100;h++) //開機顯示"0000" { scan(); } while(1) { if (temp1==0) { work_temp(read_temp()); //處理溫度數(shù)據(jù) BEEP(); scan(); //顯示溫度值 keyscan(); } else keyscan(); } } //***********************結(jié)束**************************//