單片機課程設(shè)計-簡單實用的小型數(shù)字溫度計.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除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，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。在學習了單片機的的基本原理的基礎(chǔ)上進行設(shè)計的，綜合利用所學單片機知識完成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計并仿真實現(xiàn)，從而加深對單片機軟硬件知識的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗；進一步熟悉和掌握單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本方法和步驟。本設(shè)計的目標是單片機和溫度傳感器及其相關(guān)實現(xiàn)溫度的測量和數(shù)字顯示，測量精度小于0.5C，可以設(shè)置溫度的上下限，超出測溫范圍可以有蜂鳴器報警。本設(shè)計是一款簡單實用的小型數(shù)字溫度計，本次數(shù)字溫度計的設(shè)計共分為六部分，主控制器，LED顯示部分，傳感器部分，復(fù)位部分，時鐘電路，報警電路。主控制器即單片機部分，用于存儲程序和控制電路；LED顯示部分是指四位共陰極數(shù)碼管，用來顯示溫度；傳感器部分，即溫度傳感器，用來采集溫度，進行溫度轉(zhuǎn)換；復(fù)位部分，即復(fù)位電路。測量的總過程是，傳感器采集到外部環(huán)境的溫度，并進行轉(zhuǎn)換后傳到單片機，經(jīng)過單片機處理判斷后將溫度傳遞到數(shù)碼管顯示。本設(shè)計能完成的溫度測量范圍是+35C+40.5C。超出此范圍報警部分就會發(fā)出警告。本設(shè)計設(shè)計理念是應(yīng)用于小雞的孵化，在小雞孵化室內(nèi)，最適孵化溫度為+35C+40C，在超出此范圍時，就會發(fā)出報警，并及時提醒工作人員將室溫調(diào)整致適合溫度。關(guān)鍵詞： 單片機 DS18B20 溫度傳感器 數(shù)字溫度計 AT89S52目錄1 概述31.1 課程設(shè)計的目的和意義31.2 設(shè)計的任務(wù)和要求32 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)置42.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證42.1.1方案一42.1.2 方案二42.2系統(tǒng)總體設(shè)計42.3系統(tǒng)模塊52.3.1 主控制器52.3.2 顯示電路62.3.3溫度傳感器72.3.4報警溫度調(diào)整按鍵83軟件設(shè)計103.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計103.2程序設(shè)計103.2.1 主程序103.2.3二進制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序113.2.4 計算溫度子程序123.2.5溫度數(shù)據(jù)顯示子程序124 實驗仿真135 課程設(shè)計體會17參考文獻17附1 源程序代碼18附2 系統(tǒng)原理圖301 概述1.1 課程設(shè)計的目的和意義本次課程設(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。通過課程設(shè)計使我進一步熟悉了單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握了單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和步驟；通過利用MCS-51單片機，理解單片機在自動化裝置中的作用以及掌握單片機的編程調(diào)試方法；通過設(shè)計一個簡單的實際應(yīng)用輸入控制及顯示系統(tǒng)，掌握protues和keil以及各種仿真軟件的使用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、默認報警范圍35-40.52 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)置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。AT89S51LED顯示DS18B20溫 度 傳 感 器單片機復(fù)位蜂鳴器，指示燈示燈報警溫度調(diào)整鍵時鐘振蕩圖2.21總體設(shè)計方框圖圖2.22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(fù)位電路采用上電加按鈕復(fù)位。圖2.3.11晶振電路圖2.3.12復(fù)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)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3.05.5； 5、零待機功耗； 6、溫度以或位數(shù)字； 7、用戶可定義報警設(shè)置； 8、報警搜索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； DS18B02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。 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軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本次課程設(shè)計采用的是protues軟件仿真，用Keil軟件進行編譯。Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。 軟件部分由主程序，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)刷新子程序等。 開始 初始化 調(diào)顯示子程序 得出溫度總子程序 返回 圖3-1 主程序流程3.2程序設(shè)計 3.2.1 主程序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。 3.2.2 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所示發(fā)DS18B20復(fù)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NNYY 圖3-2 讀出溫度子程序流程 3.2.3二進制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序 二進制轉(zhuǎn)換BCD碼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。二進制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序流程圖，如圖3-3發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束 圖3-3二進制轉(zhuǎn)換BCD碼流程圖 3.2.4 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。開始溫度零下?NY溫度值取補碼置“-”標志置“+”標志計算小數(shù)位溫度BCD值 計算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束圖3-4 測量溫度流程圖 3.2.5溫度數(shù)據(jù)顯示子程序 顯示數(shù)據(jù)子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，查表送段碼至LED，開位碼顯示，采用動態(tài)掃描方式。數(shù)碼管顯示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41 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42 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。實驗結(jié)果實物圖：電路板背面飛線圖：室溫測試結(jié)果：5 課程設(shè)計體會 通過這次對數(shù)字溫度計的設(shè)計與制作，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。參考文獻1 康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分(第五版).高等教育出版社.2006.103-1082余發(fā)山.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).中國礦業(yè)大學出版社，2003.31-323 51單片機學習網(wǎng) /TEST/XL1000/xl1000623.htm4 康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分(第五版).高等教育出版社.2006.103-108附1 源程序代碼/*程序名稱：DS18B20溫度測量、報警系統(tǒng)簡要說明：DS18B20溫度計，溫度測量范圍099.9攝氏度 可設(shè)置上限報警溫度、下限報警溫度 即高于上限值或者低于下限值時蜂鳴器報警 默認上限報警溫度為40.5、默認下限報警溫度為35 報警值可設(shè)置范圍：最低上限報警值等于當前下限報警值 最高下限報警值等于當前上限報警值將下限報警值調(diào)為0時為關(guān)閉下限報警功能特別加入防抖動的中斷延時程序 編 寫：JiangX.net最后更新：09/04/16晚于寢室*/#include #include DS18B20.h #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義#define SET P3_1 /定義調(diào)整鍵#define DEC P3_2 /定義減少鍵#define ADD P3_3 /定義增加鍵#define BEEP P3_7 /定義蜂鳴器bit shanshuo_st; /閃爍間隔標志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標志sbit DIAN = P07; /小數(shù)點uchar x=0; /計數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標志signed char shangxian=40.5; /上限報警溫度，默認值為40.5signed char xiaxian=35; /下限報警溫度，默認值為35uchar code LEDData=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00;unsigned int ReadTemperature(void);voiddelay1(ucharz)uintx,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*延時子程序*/void Delay(uint num) while( -num );/*初始化定時器0*/void InitTimer(void) TMOD=0x1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; /50ms（晶振12M）/*定時器0中斷服務(wù)程序*/void timer0(void) interrupt 1 using 0 TH0=0x3c; TL0=0xb0; x+;/*外部中斷0服務(wù)程序*/void int0(void) interrupt 0using 1 EX0=0; /關(guān)外部中斷0 if(DEC=0&set_st=1) delay1(10);if(DEC=0&set_st=1) shangxian-; if(shangxianxiaxian)shangxian=xiaxian; else if(DEC=0&set_st=2) delay1(10);if(DEC=0&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian99)shangxian=99; else if(ADD=0&set_st=2) delay1(10);if(ADD=0&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxianshangxian)xiaxian=shangxian; /*讀取溫度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=ReadTemperature()-5; /獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差 a=c/100; /計算得到十位數(shù)字 b=c/10-a*10; /計算得到個位數(shù)字 m=c/10; /計算得到整數(shù)位 n=c-a*100-b*10; /計算得到小數(shù)位 if(m99)m=99;n=9; /設(shè)置溫度顯示上限 /*顯示開機初始化等待畫面*/Disp_init() P0 = 0x40; /顯示- P1= 0xf7; Delay(200); P1 = 0xfb; Delay(200); P1 = 0xfd; Delay(200); P1 = 0xfe; Delay(200); 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