數(shù)字溫度計設(shè)計報告

1、課程名稱： 電子系統(tǒng)課程設(shè)計 題 目： 數(shù)字溫度計 學 院： 信息工程 系： 電子信息工程 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電子113 學 號： 61002111869 學生姓名： 周 游 起訖日期： 2014.12.8-2014.12.19 指導教師： 王艷慶 職稱： 副教授 系分管主任： 王玉皞 審核日期： 1 緒論隨著時代的發(fā)展，控制智能化，儀器小型化，功耗微量化得到廣泛關(guān)注。單片機控制系統(tǒng)無疑在這些忙面起到了舉足輕重的作用。單片機的應用系統(tǒng)設(shè)計業(yè)已成為新的技術(shù)熱點，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子。隨著人們生活水平的提高，人們對各種測量器具的智能化、多功能化提出了更高的要求，而電子技

2、術(shù)的飛速發(fā)展使得單片機在各種測量產(chǎn)品領(lǐng)域中的應用越來越廣泛。把以單片機為核心，開發(fā)出來的各種測量及控制系統(tǒng)作為測量產(chǎn)品的主要部分，使各種測量產(chǎn)品更具智能化、擁有更多功能、便于人們操作和使用，更具時代感，這是測量產(chǎn)品的發(fā)展方向和趨勢所在。這就要求我們的生產(chǎn)具有自動控制系統(tǒng)，自動控制主要是由計算機的離線控制和在線控制來實現(xiàn)的，離線應用包括利用計算機實現(xiàn)對控制系統(tǒng)總體的分析、設(shè)計、仿真及建模等工作；在線應用就是以計算機代替常規(guī)的模擬或數(shù)字控制電路使控制系統(tǒng)“軟化”，使計算機位于其中，并成為控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)及信號處理系統(tǒng)的一個組成部分，這類控制由于計算機要身處其中，因此對計算機有體積小、功耗低、價格

3、低廉以及控制功能強有很高的要求，為滿足這些要求，應當使用單片機。單片機在電子產(chǎn)品中應用的廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制，但那些溫度檢測與控制電路通常較復雜，成本也高，本設(shè)計提供了一種低成本的利用單片機多余IO口實現(xiàn)的溫度檢測電路，該電路非常簡單，且易于實現(xiàn)，并且適用于幾乎所有類型的單片機。溫度作為一個重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一，所以溫度測量技術(shù)和測量儀器的研究是一個重要的課題。隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)伸入到各個領(lǐng)域，基于單片機數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，其輸出溫度采用數(shù)字顯示。本次設(shè)計目是利用51單片機

4、及溫度傳感器設(shè)計一個溫度采集系統(tǒng)，通過學過的單片機和數(shù)字電路及面向?qū)ο缶幊痰日n程的知識設(shè)計。要求的功能是能通過溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)在液晶屏顯示，采集的溫度達一定的精度。二設(shè)計目的1.理解掌握MCS-51系列單片機的功能和實際應用。2.掌握仿真開發(fā)軟件的使用。3.掌握數(shù)字式溫度計電路的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。三設(shè)計要求 1.以MCS-51系列單片機為核心器件，組成一個數(shù)字式溫度計。2.采用數(shù)字式溫度傳感器為檢測器件，進行單點溫度檢測，檢測精度為0.53.溫度顯示采用4位LED數(shù)碼管顯示，三位整數(shù)，一位小數(shù)。4.具有鍵盤輸入上下限功能，超過上下限溫度時，進行聲音報警。四設(shè)計思路1根據(jù)設(shè)計要求,選擇A

5、T89C52單片機為核心器件。2.溫度檢測器件采用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。與單片機的接口為P3.6引腳。3.鍵盤采用獨立式按鍵，由三個按鍵組成，分別是：設(shè)置鍵（SET）,加一建（+1），確認鍵（RET）。SET鍵（上下限溫度設(shè)置鍵）：當該鍵按下時，進入上下限溫度設(shè)置功能。通過P3.1引腳接入。+1鍵（加一調(diào)整鍵）：在輸入上下限溫度時，該鍵按下一次，被調(diào)整位加一。通過P3.2引腳接入。RET鍵（確認鍵）:當該鍵按下時，指向下一個要調(diào)整的位。通過P3.3引腳接入。4.聲音報警蜂鳴器通過P1.7引腳接入。 硬件電路設(shè)計總體框圖為圖4.1：3位LED顯示器LED顯示器驅(qū)動電路單片機按鍵輸入電路

6、時鐘電路復位電路溫度檢測蜂鳴器電路 圖4.1五、系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能1.主控制器 單片機AT89S52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，使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用。 AT89S52在仿真軟件中的圖像如下 2.顯示電路 顯示電路采用四位共陽LED數(shù)碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。 LED數(shù)碼管在仿真軟件中如圖 3.溫度傳感器 DS18B20是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫

7、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： 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊 簡單的多點分布應用 無需外部器件 可通過數(shù)據(jù)線供電 零待機功耗 測溫范圍-55+125，以0.5遞增。華氏器件-67+2570F，以0.90F 遞增 溫度以9 位數(shù)字量讀出 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms（典型值） 用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置 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。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和

8、TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖 3.3.1所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DS18B20的測溫原理如圖所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)

9、振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55 所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器 1的預置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖5.3.3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值

10、，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖5.3.3 在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值Cs和每度計數(shù)值CD。考慮到DS1820

11、測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進位界限的關(guān)系，實際溫度Ts可用下式計算： 表1.部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110

12、FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H 六系統(tǒng)整體硬件電路根據(jù)設(shè)計要求與設(shè)計思路，硬件電路設(shè)計框圖如圖6.1所示，在仿真軟件Proteus上完成。其中LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)溫度顯示，由四個PNP型晶體管Q2，Q3，Q4，Q5和八個電阻組成，基極與單片機的P1.0，P1.1,P1.2連接。DS18B20的數(shù)據(jù)I/O端與單片機P3.6引腳連接。外部晶振為12MHz。蜂鳴器通過Q1放大后與引腳P1.7相連。如圖七系統(tǒng)程序設(shè)計數(shù)字式溫度計的應用程序主要包括主程序，溫度檢測程序，溫度轉(zhuǎn)換程序， LED顯示程序

13、等。系統(tǒng)的主程序主要用來初始化一些系統(tǒng)參數(shù)，對DS18B20的配置數(shù)據(jù)進行一系列的設(shè)定。溫度檢測程序是對DS18B20的狀態(tài)不斷地查詢，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，讀取當前的溫度值后，進行溫度轉(zhuǎn)化程序，對溫度符號處理和溫度值的BCD碼處理，進行溫度值正負的判定，將其段碼送至顯示緩沖區(qū)，以備定時掃描服務程序處理。LED顯示程序主要對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高顯示位為0時，將符號顯示位移入下一位?？偝绦虺绦虼a見附錄一開始 顯示緩沖區(qū)初始化 復位DS18B20 發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令延時復位DS18B20發(fā)跳過ROM命令發(fā)

14、讀存儲器命令讀溫度數(shù)據(jù)溫度符號判定將溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼更新顯示緩沖區(qū)八仿真 1.Proteus仿真結(jié)果軟件方面，在Proteus編譯下進行，源程序編譯及仿真調(diào)試。九設(shè)計心得體會本次課設(shè)對我來說是一次難得的經(jīng)歷，首先是第一次接觸了仿真軟件Proteus，在使用時經(jīng)歷了很多次失敗，因為這款軟件與以前使用的各種軟件有很多不同，使用時不停出錯，接線時由于元件放置不合理而接的雜亂無章；輸入源程序時還較為順利，顯示結(jié)果比較滿意。其次是程序設(shè)計，我們在參考別人成功先例的基礎(chǔ)上根據(jù)自己設(shè)計的需要編制程序，其中歷經(jīng)不少曲折，最后我的收獲是，編程一定要細心，針對每一個細節(jié)，稍有疏忽，程序就不能正常工作。在這次的實

15、踐與學習中，盡管期間困難重重，但我還是從中學習了不少新的知識與技能和解決困難的方法，也終于體驗到了經(jīng)歷困難到最終獲得成功的那種無以言表的喜悅之情，總之，本次課設(shè)是我收獲最多的一次，也希望自己在以后的各項研究活動中能堅持這種精神。附錄一 源程序#include #include intrins.h /_nop_();延時函數(shù)用#define dm P0 /段碼輸出口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P27; /溫度輸入口sbit w0=P20; /數(shù)碼管4sbit w1=P21; /數(shù)碼管3sbit w2=P2

16、2; /數(shù)碼管2sbit w3=P23; /數(shù)碼管1sbit beep=P17; /蜂鳴器和指示燈sbit set=P26; /溫度設(shè)置切換鍵sbit add=P24; /溫度加sbit dec=P25; /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 ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0

17、x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;/小數(shù)斷碼表uchar code table_dm12=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 data temp_data2=0x00,0x00; /讀出溫度暫放uchar data

18、display5=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 (;t0;t-);void scan()int j;for(j=0;j0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_(); /從高拉倒低DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /5 usDQ=val&0x01; /最低位移出delay(6); /66 usval=val/2; /右移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)uch

19、ar read_byte(void)uchar i;uchar value=0;for(i=8;i0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 usDQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 usif(DQ)value|=0x80;delay(6); /66 usDQ=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write_b

20、yte(0x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令ow_reset();delay(1);write_byte(0xcc); /發(fā)命令write_byte(0xbe);temp_data0=read_byte(); /讀溫度值的第字節(jié)temp_data1=read_byte(); /讀溫度值的高字節(jié)temp=temp_data1;temp6348) / 溫度值正負判斷tem=65536-tem;n=1; / 負溫度求補碼,標志位置1display4=tem&0x0f; / 取小數(shù)部分的值display0=ditabdisplay4; / 存入小數(shù)部分顯示值display4=tem4; / 取中間八位,即整數(shù)部

21、分的值display3=display4/100; / 取百位數(shù)據(jù)暫存display1=display4%100; / 取后兩位數(shù)據(jù)暫存display2=display1/10; / 取十位數(shù)據(jù)暫存display1=display1%10; /個位數(shù)據(jù)r=display1+display2*10+display3*100;/符號位顯示判斷/if(!display3)display3=0x0a; /最高位為0 時不顯示if(!display2)display2=0x0a; /次高位為0 時不顯示if(n)display3=0x0b; /負溫度時最高位顯示-void BEEP()if(r=high&r129)|r128)horl=256-horl;n=1;display3=horl/100;display3=display3&0x0f;display2=horl%100/10;display1=horl%10;display0=0;if(!display3)display3=0x0a; /最高位為0 時不顯示if(!display2)display2=0x0a; /次高位為0 時不顯示if(n)display3=0x0b; /負溫度時最高位顯示-/*按鍵查詢程序*/void keysca