單片機課程設(shè)計——數(shù)字溫度計

1、單片機課程設(shè)計報告數(shù)字溫度計2009 年6月 15日摘要隨著電子技術(shù)的進步和發(fā)展，單片機的應(yīng)用已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研等各個領(lǐng)域，其技術(shù)日趨成熟和完善。本設(shè)計是一個基于at89s52單片機，采用“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器ds18b20的測溫系統(tǒng)。采用wave6000集成調(diào)試軟件編寫匯編程序?qū)崿F(xiàn)溫度的轉(zhuǎn)化、數(shù)值計算以及數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度功能，并且可以通過按鍵設(shè)置高低溫報警溫度，對應(yīng)配置報警器和報警指示燈。數(shù)碼管顯示采取動態(tài)掃描的方法，簡化了硬件電路；溫度調(diào)整運用中斷處理，保證了報警溫度調(diào)整的實時性。本設(shè)計可以方便快捷的實現(xiàn)溫度的采集和顯示，具有精度高、測溫范圍寬、體積小、功耗低等優(yōu)點，適

2、用于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以作為溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的擴展電路。ds18b20與at89s52結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(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：一線總線 動態(tài)掃描 中斷處理 報警溫度目錄1 概述31.1 設(shè)計目的與意義31.2 設(shè)計任務(wù)及要求32 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計42.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證：42.1.1 方案一42.1.2 方案二42.1.3 方案三42.2 選用方案的設(shè)計思路42.2.1 主控芯片52.2.2 顯示電路52.2.3 報警溫度調(diào)整電路52.2.4 報警電路52.2.

3、5 溫度傳感器52.3 ds18b20溫度傳感器與單片機的接口電路62.4 系統(tǒng)整體硬件電路73 軟件設(shè)計93.1主程序93.2讀溫度子程序103.3報警溫度調(diào)整子程序113.4 顯示子程序124 實驗仿真134.1 溫度顯示134.2 報警溫度調(diào)節(jié)155 課程設(shè)計體會17參考文獻17附件1： 源程序代碼18附件2： 系統(tǒng)原理圖271 概述隨著電子技術(shù)水平的不斷提高,單片機在日常生活中的應(yīng)用也越來越廣泛，它所給人類帶來的方便也是有目共睹的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子。隨著人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人的生活、工作以及科研提供更為方便的設(shè)施還需要從單片機技術(shù)和更優(yōu)越的溫度傳感器入手，一

4、切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 我們設(shè)計的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)直觀、方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確等優(yōu)點，其輸出溫度采用數(shù)碼管顯示。主要應(yīng)用于對測溫精度和測溫范圍要求比較高的場所，也可在科研實驗室使用。該設(shè)計主控芯片使用at89s52單片機，測溫傳感器使用“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器ds18b20，使用4位共陰極led數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式,實現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達到以上要求。1.1 設(shè)計目的與意義綜合利用所學(xué)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)所要求的功能，從而加深對單片機軟硬件知識的理解和對相關(guān)傳感器的原理和使用方法的掌握，獲得進一步的應(yīng)用實踐經(jīng)驗，為走出校門從

5、事單片機應(yīng)用的相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。該設(shè)計同時也是我們對所學(xué)理論知識進行的檢測和驗證，理論與實踐相結(jié)合，探索知識的真理殿堂，不拘泥于課本，培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問題并獨立解決問題的能力。1.2 設(shè)計任務(wù)及要求 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）擴展功能 5）可以任意設(shè)定上下限報警溫度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，可以使用熱敏電阻等器件利用其感溫效應(yīng)，在把隨溫度變化的電壓或電流采集過來進行a/d轉(zhuǎn)換之后，再利用單片機進行數(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

6、電路，感溫電路比較麻煩，而且熱敏電阻的線性度不高，測量精度。2.1.2 方案二 直接使用數(shù)字溫度傳感器來測溫，可以使用“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器ds18b20。此傳感器可以直接讀取被測溫度值，只需進行簡單轉(zhuǎn)換，就可以得到所測環(huán)境的溫度值。顯示電路采用串口移位靜態(tài)顯示方式，采用串入并出移位芯片74ls164和數(shù)碼管來實現(xiàn)溫度的顯示。2.1.3 方案三 也是直接使用數(shù)字溫度傳感器ds18b20來測溫，但顯示電路采用動態(tài)掃描的方式來實現(xiàn)，電路簡單，容易實現(xiàn)，節(jié)約成本。 比較以上三種方案，很容易看出，采用方案三，硬件電路比較簡單，軟件設(shè)計也不難，是為最佳選擇，故采用方案三。2.2 選用方案的設(shè)計思路

7、 數(shù)字溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖2-1所示，主控芯片采at89s52，溫度傳感器采用ds18b20，用4位led數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示，報警溫度調(diào)整采用獨立按鍵，報警電路由蜂鳴器和報警指示燈組成。 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.2.1 主控芯片 at89s52價格便宜、體積小，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計，4個io端口和2個外部中斷完全能滿足本設(shè)計的需要。2.2.2 顯示電路顯示電路采用4位共陰led數(shù)碼管，從p0口輸出段碼，接470上拉電阻，用p2口的p2.4-p2.7腳來輸出數(shù)碼管動態(tài)掃描位選信號。2.2.3 報警溫度調(diào)整電路采用獨立鍵盤，分別用外部中斷0和1來調(diào)整高溫報警溫度和

8、低溫報警溫度，在中斷中查詢加減按鍵的動作來調(diào)整溫度，進入中斷后，清ea，然后將與中斷1即p3.3腳相連的按鍵作為確定鍵使用。2.2.4 報警電路采用蜂鳴器來發(fā)出報警聲音，超高亮發(fā)光二極管作為報警指示燈，由于at89s52的驅(qū)動能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管驅(qū)動，報警燈外接上拉電阻，單片機用灌電流方式點亮它，可獲得較高的亮度！2.2.5 溫度傳感器 ds18b20溫度傳感器是美國dallas半導(dǎo)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，它可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的分辨率的設(shè)定。ds18b20的性能特點如下： 零待機功耗；溫度以9或12位數(shù)字；用戶可

9、定義報警設(shè)置；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5v；獨特的單線接口，僅需要一個端口引腳進行通信；多個ds18b20可以并聯(lián)在一條線上，輕松實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)組建；報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件。 ds18b20內(nèi)部高速暫存ram為8字節(jié)的存儲器，前2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)th和tl的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20溫度轉(zhuǎn)換得時間比較長，而且分辨率越高，所需要得溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。具體得分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度得溫度數(shù)值所需時間如表2-1所示。我們的設(shè)計采用12位

10、精度，因此對18b20操作時要對時序根據(jù)表2-1來調(diào)整。當(dāng)ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)中。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低8位在先，高8位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號位s0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)符號位s1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表2-1 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時間表r1r0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時間00993.750110187.510113751112750另外，由于d

11、s18b20單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化ds18b20（發(fā)復(fù)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)。1、初始化：單總線的所有處理均從初始化開始。初始化過程是主機通過向作為從機的ds18b20芯片發(fā)一個具有一定時間寬度的初始化脈沖實現(xiàn)的。初始化后，才可進行讀寫操作。2 、rom操作命令：總線主機檢測到ds18b20的存在 便可以發(fā)出rom操作命令。rom操作命令如表2-2所示：表2-2 rom操作命令指令代碼read rom（讀rom）33hmatch rom（匹配rom）55hskip

12、rom(跳過rom)cchsearch rom(搜索rom)f0halarm search(告警搜索)ech3、存儲器操作：存儲器操作命令如表2-3所示：4、時序：主機使用時間隙(time slots)來讀寫ds18b20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。2.3 ds18b20溫度傳感器與單片機的接口電路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。本設(shè)計采用第一種供電方式，為保證在有效的ds18b20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可在信號線與電源線之間接上拉電阻，接口電路如圖2-2所示。表2-3 存儲區(qū)操作命

13、令指令代碼write scratchpad(寫暫存存儲器)4ehread scratchpad(讀暫存存儲器)behcopy scratchpad(復(fù)制暫存存儲器)48hconvert temperature(溫度變換)44hrecall eprom(重新調(diào)用)b8hread power supply(讀電源)b4h圖2-2 ds18b20與單片機的接口電路2.4 系統(tǒng)整體硬件電路系統(tǒng)整體硬件電路包括：傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警溫度調(diào)整電路和報警電路，如圖2-3所示。圖中有4個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警溫度，蜂鳴器可以在被測溫度超出上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲

14、音，同時報警指示燈超高亮發(fā)光二極管將被點亮。圖中畫出來的是上電復(fù)位電路，實際電路將采用按健加上電復(fù)位電路，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復(fù)位，這樣就不用重啟單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位。顯示電路采用動態(tài)掃描方式，這樣不僅使用單片機端口較少，而且外圍電路也比較簡單。圖2-3 系統(tǒng)整體硬件電路3 軟件設(shè)計系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀溫度子程序，報警溫度調(diào)整子程序和顯示子程序。3.1主程序主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理ds18b20測量的當(dāng)前溫度值，其程序流程如圖3-1所示。圖3-1 主程序流程圖3.2讀溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出溫度轉(zhuǎn)換之后ram中的前2個字節(jié)中暫

15、存的溫度值，其程序流程圖如圖3-2所示。 圖3-2 讀溫度流程圖3.3報警溫度調(diào)整子程序報警溫度調(diào)整子程序主要是對按鍵的處理，具體流程如圖3-3所示。 圖3-3 報警溫度調(diào)整流程圖3.4 顯示子程序顯示子程序要先判斷要顯示的是18b20采集到的溫度值還是報警溫度值，再計算出溫度值的百位(若溫度值大于99c)、十位和個位并掃描顯示，如圖3-4。 圖3-4 顯示流程圖4 實驗仿真4.1 溫度顯示 由于18b20的測溫范圍是-55125c，所以當(dāng)溫度為負值時，第一位數(shù)碼管用來顯示溫度的負號，如圖4-1所示。圖4-1 當(dāng)溫度值的十位數(shù)字為0時，不顯示，如圖4-2所示。圖4-2 溫度值為正且小于100c

16、時，第一位數(shù)碼管也是用來顯示符號，為正時不顯示，如圖4-3。圖4-3當(dāng)溫度值大于等于100c時，第一位數(shù)碼管用來顯示溫度的百位數(shù)字，如圖4-4。圖4-44.2 報警溫度調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)高溫報警溫度時，先按下高溫調(diào)節(jié)按鍵，進入高溫調(diào)節(jié)模式，此時4位數(shù)碼管的第一位當(dāng)報警溫度小于100c時不顯示，大于等于100c時顯示百位數(shù)字，第二位顯示報警溫度的十位數(shù)字，第三位顯示報警溫度的個位，第四位顯示“h” ，表示處于高溫報警溫度調(diào)節(jié)狀態(tài)。按下加一鍵后報警溫度值會加一并且數(shù)碼管閃亮一次顯示更新的高溫報警溫度值，按下減一鍵時執(zhí)行同樣操作。直到按下確定鍵，才退出設(shè)定狀態(tài)。高溫報警溫度調(diào)節(jié)狀態(tài)如圖4-5所示。調(diào)節(jié)低溫報警

17、溫度時，先按下低溫調(diào)節(jié)按鍵，進入低溫調(diào)節(jié)模式，數(shù)碼管顯示和高溫調(diào)節(jié)時相似，只是第四位顯示“l(fā)” ，表示處于低溫報警溫度調(diào)節(jié)狀態(tài)。按鍵操作也和高溫調(diào)節(jié)時相同。低溫報警溫度調(diào)節(jié)狀態(tài)如圖4-6所示。在此值得一提的是低溫調(diào)節(jié)按鍵和確認鍵是復(fù)用的，也就是說如果按下低溫調(diào)節(jié)按鍵后再按一次，就會直接退出低溫設(shè)定狀態(tài)。另外低溫調(diào)節(jié)按鍵還具有關(guān)報警電路的功能，當(dāng)所測溫度值超出上下限報警溫度時，蜂鳴器響同時報警指示燈亮，此時連續(xù)按下2次確認鍵即可關(guān)掉報警，再連續(xù)按下2次確認鍵就又進入了報警狀態(tài)。圖4-5 高溫報警溫度調(diào)節(jié)圖4-6 低溫報警溫度調(diào)節(jié)5 課程設(shè)計體會經(jīng)過將近三周的學(xué)習(xí)與實踐，終于成功的完成了我的數(shù)字溫

18、度計的設(shè)計，它的各方面的性能基本上都已達到課程設(shè)計要求。 在本次設(shè)計過程中，我發(fā)現(xiàn)了很多的問題，而這些問題是在只學(xué)習(xí)課本知識時所不能遇到的，比如說由于at89s52的端口驅(qū)動能力較弱，用p0口送段碼時要接上拉電阻，數(shù)碼管的位選端理論上采用三極管驅(qū)動才能使數(shù)碼管的亮度比較可觀，可是在實際操作中，接上三極管驅(qū)動后出現(xiàn)了亮度不均勻的現(xiàn)象，而且很容受到干擾，去掉三極管驅(qū)動電路之后，顯示正常，而且亮度也能滿足要求，這就是理論與實踐的差別。我在大量搜集資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合向同學(xué)和老師請教的策略，把遇到的問題都一一解決了，這使我增長了不少知識。尤其在用匯編語言編寫單片機程序方面，我終于邁出了堅實的一步。從這次

19、的課程設(shè)計中，我真真切切的體會到了理論與實踐的差距，所以在以后的學(xué)習(xí)中，我會更加注意理論聯(lián)系實際，多親自動手操作。把我所學(xué)的理論知識運用到實踐當(dāng)中去，在實踐中檢驗理論知識，以此來加深對其的理解和掌握。這是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。參考文獻1 余發(fā)山，王福忠，單片機原理及應(yīng)用技術(shù)，徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008，2 王為青，邱文勛，51單片機應(yīng)用開發(fā)案例精選，北京：人民郵電出版社，2007.8，145-1583 ds18b20 pdf：/3798244604584675附件1： 源程序代碼;溫度檢測temper_l equ 29h ;溫度低8

20、位temper_h equ 28h ;溫度高8位flag0 equ 35h ;溫度調(diào)整狀態(tài)標(biāo)志flag1 equ 36h ;是否檢測到18b20標(biāo)志位flag2 equ 37h ;報警標(biāo)志位flag3 equ 38h ;高低溫調(diào)整標(biāo)志位flag4 equ 39h ;閃爍標(biāo)志位f_bit equ 20h ;符號位a_bit equ 21h ;數(shù)碼管個位b_bit equ 22h ;數(shù)碼管十位x_bit equ 23h ;小數(shù)位h_tem equ 24h ;高溫報警l_tem equ 25h ;低溫報警dq bit p2.2 ;18b20數(shù)據(jù)線 org 0000h ljmp main org 00

21、03h ljmp key_h org 0013h ljmp key_l org 0050hmain: mov sp,#57h mov tcon,#00h ;定義中斷方式 setb ex0 setb ex1 setb ea mov 24h,#35 ;送高溫報警初值 mov 25h,#15 ;送低溫報警初值 clr flag2main0: lcall get_temper ;讀轉(zhuǎn)換溫度 mov a,28h anl a,#0f0h jz zheng ;判斷符號位 clr c mov a,29h cpl a inc a mov 29h,a mov a,28h cpl a jnc aaa inc aaa

22、a: mov 28h,a mov f_bit,#10 ajmp bbbzheng: mov f_bit,#11bbb: mov a,29h anl a,#0fh mov dptr,#numtab2 ;查表求得小數(shù)位值 movc a,a+dptr mov x_bit,a mov a,29h mov c,40h rrc a mov c,41h rrc a mov c,42h rrc a mov c,43h rrc a jb flag2,above ;若報警標(biāo)志位為1，關(guān)報警 cjne a,24h,bud ;若報警標(biāo)志位為0，則判斷是否bud: jc below ;報警 setb p2.0 clr

23、p2.1 ajmp dddbelow: cjne a,25h,bud0bud0: jnc above setb p2.0 clr p2.1 ajmp dddabove: clr p2.0 setb p2.1ddd: mov 29h,a clr flag0 lcall display ;調(diào)用顯示子程序 ajmp main0 ;循環(huán)處理;ds18b20復(fù)位初始化init_18b20: setb dq nop clr dq mov r1,#3tsr1: mov r0,#107 djnz r0,$ djnz r1,tsr1 setb dq nop nop nop mov r0,#25tsr2: jnb

24、 dq,tsr3 djnz r0,tsr2 ljmp tsr4tsr3: setb flag1 ljmp tsr5tsr4: clr flag1 ljmp tsr7tsr5: mov r0,#117tsr6: djnz r0,tsr6tsr7: setb dq ret;讀出轉(zhuǎn)換后的溫度get_temper: setb dq lcall init_18b20 jb flag1,tss2 clr dq rettss2: mov a,#0cch lcall write_18b20 mov a,#44h lcall write_18b20 lcall display lcall init_18b20

25、mov a,#0cch lcall write_18b20 mov a,#0beh lcall write_18b20 lcall read_18b20 ret;寫ds18b20write_18b20: mov r2,#8 clr cwr1: clr dq mov r3,#5 djnz r3,$ rrc a mov dq,c mov r3,#21 djnz r3,$ setb dq nop djnz r2,wr1 setb dq ret;讀18b20的子程序read_18b20: mov r4,#2 mov r1,#29hre00: mov r2,#8re01: clr c setb dq n

26、op nop clr dq nop nop nop setb dq mov r3,#8re10: djnz r3,re10 mov c,dq mov r3,#21re20: djnz r3,re20 rrc a djnz r2,re01 mov r1,a dec r1 djnz r4,re00 ret;報警溫度調(diào)整子程序key_h: acall d5ms jb p3.2,over push acc push psw setb rs0 clr ea setb flag0 ;置位溫度調(diào)整標(biāo)志位 setb flag3 ;置位高溫報警調(diào)整標(biāo)志位 mov a,24h mov 30h,akey_ch: j

27、b p3.4,jj_h acall d20ms jb p3.4,jj_h inc 24h mov a,24h mov 30h,a acall displayjj_h: jb p3.5,qd_h acall d20ms jb p3.5,qd_h dec 24h mov a,24h mov 30h,a acall displayqd_h: jb p3.3,key_ch acall d5ms jb p3.3,key_ch clr flag0 ;即將退出調(diào)整，清零調(diào)整狀態(tài)位 clr rs0 pop psw pop acc setb eaover: retikey_l: acall d20ms jb p

28、3.3,over0 push acc push psw setb rs0 setb flag0 ;置位溫度調(diào)整標(biāo)志位 cpl flag2 ;對報警標(biāo)志位取反 clr flag3 ;清零高溫報警調(diào)整標(biāo)志位 clr ea mov a,25h mov 30h,akey_cl: jb p3.4,jj_l acall d20ms jb p3.4,jj_l inc 25h mov a,25h mov 30h,a acall displayjj_l: jb p3.5,qd_l acall d20ms jb p3.5,qd_l dec 25h mov a,25h mov 30h,a acall display

29、qd_l: jb p3.3,key_cl acall d20ms jb p3.3,key_cl clr flag0 ;即將退出調(diào)整，清零調(diào)整狀態(tài)位 clr rs0 pop psw pop acc setb eaover0: reti;顯示子程序display: jb flag0,jian ;調(diào)整狀態(tài)位為1，報警溫度送顯示處理 mov a,29h ;否則處理溫度傳感器讀取的溫度值 ajmp temjian: mov a,30htem: cjne a,#100,nx ;若溫度=100，符號位用來顯示百位nx: jc nnn mov b,#100 div ab mov f_bit,a mov 29h,b mov a,29h ajmp mmnnn: jnb flag0,mm mov f_bit,#11 ;若符號位值為0，不顯示