基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)

1、. 硬件 課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課 題： 數(shù)字溫度計(jì)班 級(jí)： 作 者： 學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師： 課設(shè)評(píng)價(jià)：課設(shè)成績：.目錄一需求分析1二概要設(shè)計(jì)1三硬件電路設(shè)計(jì)3四系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5五軟件仿真8六實(shí)際連接與調(diào)試9七本次課設(shè)的收獲與感受11附錄（程序源代碼）12一 需求分析功能要求： 測(cè)量環(huán)境溫度，采用接觸式溫度傳感器測(cè)量，用數(shù)碼管顯示溫度值。 設(shè)計(jì)要求：（一）功能要求 (1) 由4位數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。 (2) 具備報(bào)警，報(bào)警門限通過鍵盤設(shè)置。 (3) 精度為0.5。（二）畫出參考的電路原理圖（三）畫出主程序及子程序流程圖、畫出MCS51內(nèi)部RAM分配圖，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟忉?。（四）寫出?shí)現(xiàn)的程序及實(shí)現(xiàn)過程。并

2、進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟忉屨f明。二 概要設(shè)計(jì)（一）方案選擇 由于本設(shè)計(jì)是測(cè)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(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)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(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。（二）系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)可分為以下七個(gè)模塊：（1） 控制器：采用單片機(jī)STC89C52對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

3、（2） 溫度采集：采用DS18B20直接向控制器傳輸12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)；（3） 溫度顯示：采用了4個(gè)LED共陰極七段數(shù)碼管顯示實(shí)際溫度值；（4） 門限設(shè)置：主要實(shí)現(xiàn)模式切換及上下門限溫度的調(diào)節(jié)；（5） 報(bào)警裝置：采用發(fā)光二極管進(jìn)行報(bào)警，低于低門限或高于高門限均使其發(fā)光；（6） 復(fù)位電路：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位；（7） 時(shí)鐘振蕩模塊：為整個(gè)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)鐘周期。（三）重要器件及其相關(guān)參數(shù)（1）單片機(jī)STC89C52P0.0P0.7：通用I/O引腳或數(shù)據(jù)低8位地址總線復(fù)用地址；P1.0P1.7：通用I/O引腳；P2.0P2.7：通用I/O引腳或高8位地址總線復(fù)用地址；P3.0P3.7：通用I/O引腳或

4、第二功能引腳（RxD、TxD、INT0、INT1、T0、T1、WR、RD）；XTAL1、XTAL2：外接晶振輸入端；RST/Vpd：復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳；Vcc：接+5V電源；Vss：地端。（2）DS18B20(a)通過單線總線端口訪問 DS1820 的協(xié)議如下： 初始化 ROM 操作命令 存儲(chǔ)器操作命令 執(zhí)行/數(shù)據(jù)DS1820 需要嚴(yán)格的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括幾種單線信號(hào)類型：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫0、寫1、讀0 和讀1。所有這些信號(hào)，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。和 DS1820 間的任何通訊都需要以初始化序列開始，初始化序列見圖11。一個(gè)復(fù)位脈沖跟著一個(gè)存

5、在脈沖表明DS1820 已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（適當(dāng)?shù)腞OM 命令和存儲(chǔ)器操作命令）(b)當(dāng)總線上只有一個(gè)器件時(shí)，DS18B20讀溫度的流程為：復(fù)位 發(fā)0CCH SKIP ROM命令 發(fā)44H開始轉(zhuǎn)換命令 延時(shí) 復(fù)位 發(fā)0CCHSKIP ROM命令 發(fā)0BEH讀存儲(chǔ)器命令 連續(xù)讀出兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（即溫度） 結(jié)束。 Convert T 44h這條命令啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后DS1820 保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而DS1820 又忙于做時(shí)間轉(zhuǎn)換的話，DS1820 將在總線上輸出“0”，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出“1”。如果使用寄生電源

6、，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動(dòng)強(qiáng)上拉，并保持500ms。 Read Scratchpad BEh這個(gè)命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié)0 開始，一直進(jìn)行下去，直到第9（字節(jié)8，CRC）字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。(c)DS18b20 用12 位存貯溫值度最高位為符號(hào)位，下圖為18b20 的溫度存儲(chǔ)方式，負(fù)溫度S=1 正溫度S=0LSB：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0232221202-12-22-32-4MSB：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SSSSS272625三硬件電路設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)采用了老師提供的單片

7、機(jī)系統(tǒng)，所以整體的硬件電路設(shè)計(jì)需要在已知的硬件條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)。(一)下圖為已有的單片機(jī)系統(tǒng)部分電路圖分析：(1)由上圖可知，時(shí)鐘振蕩電路，復(fù)位電路均以在原系統(tǒng)中正確連接。(2)數(shù)字溫度計(jì)所需的顯示電路電路中，原系統(tǒng)將段碼輸出連在P2接口中，但由圖可知，該圖中的六個(gè)數(shù)碼管中的小數(shù)點(diǎn)均無法點(diǎn)亮，原因在于圖中并未對(duì)其進(jìn)行連接，也無引腳供外界連接。而六個(gè)數(shù)碼管的位選端口連在P1接口上。本次課程設(shè)計(jì)中，我們選擇使用P1.0P1.3上所連接的四個(gè)數(shù)碼管。(3)通過軟件測(cè)試驗(yàn)證，原系統(tǒng)中的數(shù)碼管為共陰極，且原系統(tǒng)中位選信號(hào)是通過一個(gè)反向器之后才輸入數(shù)碼管。(4)原系統(tǒng)中P0端口未使用，所以可以用排線引出，連

8、接我們所需要補(bǔ)充的電路，包括DS18B20總線輸入電路、門限設(shè)置電路以及報(bào)警電路。(二) 溫度采集電路、門限設(shè)置電路及報(bào)警電路(其余電路省略)圖中：（1）門限中的三個(gè)按鍵，分別為模式切換按鍵、加按鍵、減按鍵；（2）報(bào)警電路中，超過高門限或者低于低門限時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，其余時(shí)刻均熄滅；（3）DS18B20溫度采集電路中，需要注意的是DQ上需要一個(gè)上拉電阻，一般為4.7K左右。四系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（一）讀取數(shù)據(jù)的流程圖DSl8820的主要數(shù)據(jù)元件有：64位激光Lasered ROM，溫度靈敏元件和非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。DSBl820可以從單總線獲取電源，當(dāng)信號(hào)線為高電平時(shí)，將能量貯存在內(nèi)部

9、電容器中；當(dāng)單信號(hào)線為低電平時(shí)，將該電源斷開，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳?電容)電源為止。此外，還可外接5 V電源，給DSl8820供電。DSl8820的供電方式靈活，利用外接電源還可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。下圖讀取數(shù)據(jù)流程圖。開始DS18B20的初始化啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度寄存器跳過讀序列號(hào)的操作跳過讀序列號(hào)的操作DS18B20的初始化RET將LSB與MSB值合并為temptemp（二）溫度數(shù)據(jù)處理程序的流程圖讀出溫度數(shù)據(jù)后，temp的低四位為溫度的小數(shù)部分，可以精確到0.0625，temp的中間8位為溫度的整數(shù)部分，temp的高四位全部為1表示負(fù)數(shù)，全為0表示正數(shù)。所以先將數(shù)據(jù)提取出

10、來，分為三個(gè)部分：小數(shù)部分、整數(shù)部分和符號(hào)部分。小數(shù)部分進(jìn)行顯示時(shí)要使用另外的查詢表，與整數(shù)顯示查詢表有所不同。因?yàn)楸敬握n程設(shè)計(jì)只要求測(cè)試的溫度范圍為070，所以符號(hào)位S必為0，軟件設(shè)計(jì)中則默認(rèn)所測(cè)數(shù)據(jù)為正，從而不設(shè)符號(hào)位判定。開始取小數(shù)部分，并暫存其顯示值取整數(shù)部分，并計(jì)算百位、十位、個(gè)位，并暫存顯示值判斷百位是否為0為0百位賦值0x0a，即該數(shù)碼管熄滅判斷十位是否為0 為0十位數(shù)碼管熄滅RET（三）模式切換流程圖使用模式值st來標(biāo)記不同模式，st=1時(shí)，表示在正常溫度模式，st=2，表示在高門限模式，st=3表示在低門限模式，每次按下一次模式切換鍵，st+1，待其加至4時(shí)，將該值返回至1。

11、從而形成了模式鍵不斷按下，三種模式循環(huán)切換的情況。防抖在這里是十分關(guān)鍵的。因?yàn)榇颂幍陌存I是按下然后又返回為按了一次。所以按下時(shí)，則進(jìn)入程序，為了防止機(jī)械抖動(dòng)等不確定情況，延時(shí)恰當(dāng)?shù)囊欢螘r(shí)間后再次檢測(cè)是否確實(shí)按下。若確實(shí)按下，則對(duì)模式進(jìn)行切換。切換后，延時(shí)等待按鍵返回高位，返回高位后，再次延時(shí)消除抖動(dòng)，再次檢驗(yàn)，確定按鍵返回高位后，退出程序。開始模式鍵是否按下延時(shí)消抖模式值st在13間切換延時(shí)等待按鍵返回延時(shí)消抖RET五軟件仿真 電路圖連接：嚴(yán)格按照硬件設(shè)計(jì)中已有的單片機(jī)系統(tǒng)的連接方式和自己補(bǔ)充的電路的連接方式進(jìn)行仿真，要最貼近實(shí)際電路，才能更準(zhǔn)確的得到仿真結(jié)果。系統(tǒng)電路圖 高門限下數(shù)碼管顯示

12、低門限下數(shù)碼管顯示 正常模式下數(shù)碼管顯六實(shí)際連接與調(diào)試（一）仿真成功后，在實(shí)際操作中，電路圖的連接應(yīng)該嚴(yán)格按照仿真電路進(jìn)行。 問題：在最開始實(shí)驗(yàn)中，我將DS18B20的DQ連接在P1.4，且仿真成功。但是在實(shí)際連接中，我將DQ連接在了P0.4端口，但實(shí)際電路中無任何數(shù)據(jù)顯示。再次仿真，將DQ接至P0.4，仿真不成功。后查閱P0、P1、P2以及P3口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)，除P0外另外三口均接有上拉電阻，而P0則無。所以P0在作為通用I/O接口使用時(shí)，必須外接上拉電阻，其余端口則不需要。所以，為方便起見，實(shí)際中，將DQ按照最初仿真設(shè)計(jì)，接至P1.4。（二）原系統(tǒng)所擁有資料太少，數(shù)碼管類型未知。 因只查

13、閱到原系統(tǒng)的部分電路圖，且無詳細(xì)說明，所以為證明在網(wǎng)上搜索到的電路圖的正確性以及確定數(shù)碼管的類型。先編寫一個(gè)簡單的數(shù)字顯示程序。最開始，我并沒有意識(shí)到原系統(tǒng)中的片選信號(hào)接有反向器，在測(cè)試程序中，無論使用共陰還是共陽數(shù)字查詢表，數(shù)碼管均顯示8888，后發(fā)現(xiàn)問題將所有片選數(shù)值取反，再次進(jìn)行測(cè)試，確定數(shù)碼管為共陰極。同時(shí)，在測(cè)試過程中，發(fā)現(xiàn)原系統(tǒng)的小數(shù)點(diǎn)是無法點(diǎn)亮的。（三）關(guān)于位選在最開始的測(cè)試數(shù)碼管類型中，我只測(cè)試了一位數(shù)碼管，使其顯示數(shù)值1，但測(cè)試成功后，6位數(shù)碼管均顯示為1。在測(cè)試過程中，我并未注意這個(gè)問題。測(cè)試結(jié)束后，進(jìn)行整體聯(lián)調(diào)。但數(shù)碼管始終無正確顯示。當(dāng)時(shí)，我首先著手于尋找軟件程序中是否

14、有錯(cuò)誤。所以人為將temp設(shè)定為一個(gè)固定值，先確定數(shù)據(jù)處理程序和數(shù)據(jù)顯示程序無誤。然而數(shù)碼管無法正常顯示我預(yù)先設(shè)定的值，后經(jīng)過反復(fù)改動(dòng)，發(fā)現(xiàn)，在位選過程中，必須在選中一位數(shù)碼管的過程中同時(shí)將其余所有的數(shù)碼管關(guān)閉，否則將產(chǎn)生混亂。若逐一設(shè)定S1=1；S2=0；S3=0；S4=0未免太過麻煩，所以設(shè)定一個(gè)數(shù)組，分別賦值0x08,0x04,0x02,0x01。片選時(shí)按照規(guī)則將上值賦給，則一舉多得。（四）DQ數(shù)據(jù)采集 上述問題均解決后，再次進(jìn)行調(diào)試，數(shù)碼管顯示25592。這個(gè)值非常特殊，且第5個(gè)數(shù)碼管，在程序中所有地方均是將其熄滅的，為何此處會(huì)亮呢？顯然采集的數(shù)據(jù)是有很大問題的，因?yàn)楹苊黠@2559中，

15、9為小數(shù)部分，將2559換為二進(jìn)制則為1111 1111 1111。這就說明電路并沒有采集到溫度數(shù)據(jù)，原因一：DQ上接有上拉電阻，在輸出正常溫度數(shù)據(jù)外始終為高電平，所以此處很可能并沒有采集到正常輸出溫度數(shù)據(jù)；原因二：室溫不可能為25592。 但是當(dāng)時(shí)，我并沒有對(duì)器件是否損壞產(chǎn)生懷疑。原因在于，大部分時(shí)候數(shù)碼管顯示的是12791，且兩邊的1很亮且基本無閃爍，279則在不斷閃爍，頻率很快，造成了27.9為數(shù)碼管要顯示的溫度的錯(cuò)覺，且27.9是與當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的溫度非常接近的。同時(shí)，在我不斷的對(duì)程序中DS18B20的初始化時(shí)等部分的時(shí)序進(jìn)行調(diào)整時(shí)，279的閃爍頻率發(fā)生變化，兩個(gè)1并無變化。在經(jīng)歷了無法顯

16、示正常溫度的挫敗后，我仔細(xì)查閱了DS18B20的數(shù)據(jù)手冊(cè)，確定了在其初始化過程中，DQ電平應(yīng)該如何變化且應(yīng)當(dāng)延時(shí)多少。同時(shí)也確定了DS8B20的在12位分辨率情況下數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間為500ms750ms，所以在發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后需要給其充分的時(shí)間來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在經(jīng)歷了上述種種之后，我基本確定了程序中時(shí)序的正確性。再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室，數(shù)碼管始終顯示的為850，第5位數(shù)碼管無故亮起的情況消失了（到現(xiàn)在我都不清楚它當(dāng)時(shí)為什么會(huì)亮）。上網(wǎng)搜索資料，總結(jié)原因有二。一是程序時(shí)序存在問題；二是DS18B20損壞了。為排除第二個(gè)狀況，我與同學(xué)更換了器件，數(shù)碼管上顯示出了令人欣喜的289！但是，仍然存在的問題

17、和解決過程是（1）為保證充分的延時(shí)，導(dǎo)致數(shù)碼管中數(shù)字不斷閃爍，看起來非常不舒服。后通過改進(jìn)程序，使程序采集一次數(shù)據(jù)，卻多次掃描顯示溫度數(shù)值。以此法使其不再閃爍。但是實(shí)際上，這種方法是不完美的，完美的狀況應(yīng)當(dāng)是多次采集數(shù)據(jù)，掃描顯示多次采集值的平均值。但限于時(shí)間緊迫和后者的復(fù)雜度，只能采用前者的方法了。 程序如下：case 1: work_temp(read_temp();/采集處理溫度數(shù)值for(i=0;i0;t-); _nop_();/*顯示掃描函數(shù)*/void scan() char k;for(k=0;k4;k+) /4位LED掃描控制discan=scan_conk; /位選disda

18、ta=dis_7displayk; /數(shù)據(jù)顯示if (k=1)dian=1; /小數(shù)點(diǎn)顯示delay(200);/*DS18B20復(fù)位函數(shù)*/ow_reset(void)duqu=0;delay(60);/拉低480960usduqu =1;delay(10); /等待1560usif(duqu=0)delay(30);duqu=1;/*DS18B20寫命令函數(shù)*/向1-WIRE 總線上寫1個(gè)字節(jié)void write_byte(uchar val) uchar i; for(i=0;i=1;duqu=1; /*DS18B20讀1字節(jié)函數(shù)*/從總線上取1個(gè)字節(jié)uchar read_byte(vo

19、id)uchar i;uchar value=0;for(i=8;i0;i-)duqu=0; value=1;duqu=1;delay(1);if(duqu=1)value|=0x80;delay(5);duqu=1; return value;/*讀出溫度函數(shù)*/uint read_temp()ow_reset(); /總線復(fù)位write_byte(0xcc); /發(fā)命令write_byte(0x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令 delay(200);delay(200);ow_reset(); write_byte(0xcc); /發(fā)命令write_byte(0xbe); delay(200); d

20、elay(200);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;temp4; / 取中間八位,即整數(shù)部分的值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;r=display1+display2*10+display3*100;if(!display3) /符號(hào)位顯示判斷 display3=0

21、x0a; /百位為0時(shí)數(shù)碼管熄滅 if(!display2) display2=0x0a; /十位為0時(shí)數(shù)碼管熄滅 /*二極管報(bào)警函數(shù)*/void BEEP()if(r=high|rhigh)pp=low;low=high;high=pp; while(!key02);delay(400);while(!key02); /*門限值減1*/void key3() while(key03=0)delay(400);if(key03=0) if(st=3)low=low-1;if(st=2)high=high-1;if(lowhigh)pp=low;low=high;high=pp; while(!key03);delay(400);while(!key03); /*上限溫度顯示*/void high1() uchar k; display0=high%10;d