單片機課程設計基于單片機的數(shù)字溫度計設計

1、湖南鐵路科技職業(yè)技術學院單片機課程設計說明書 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院單片機課程設計選題名稱： 基于單片機的數(shù)字溫度計設計 系 （院）： 機械工程系（東院） 專 業(yè)： 機電一體化 班 級： 3092班 姓 名： 指導老師： 錄目1 項目設計綜述2 1.1項目設計概述.2 1.2項目設計要求.2 1.3項目程設計方案.22 系統(tǒng)設計.4 2.1 圖框設計方案.4 2.2ds18b20簡介.4 2.2.1單片機at89s52簡介.43硬件設計.6 3.1電路圖原理.6 3.2ds18b20與單片機接口的設計.6 3.3顯示電路圖接口.7 3.4其他外圍電路.84 軟件設計.11 4.1 程序設計流

2、程圖.11 4.2程序清單.12 5 系統(tǒng)仿真及調試.17 5.1.硬件調試.17 5.2軟件調試 .17總結.18參考文獻.191項目設計綜述1.1項目設計概述在生活和生產中，經常要用到一些測溫設備。但是傳統(tǒng)的測溫設備具有制作成本高、硬件電路和軟件設計復雜等缺點?；赼t89s52單片機的數(shù)字溫度計具有制作簡單、成本低、讀數(shù)方便、測溫范圍廣和測溫準確等優(yōu)點，應用前景廣闊。1.2項目設計要求基于at89s52單片機的數(shù)字溫度計設計要求如下： 溫度值用4位led數(shù)碼管顯示 測溫范圍為30100，且測量誤差不得大于0.5 成品的體積、質量盡可能小。1.3項目設計方案大多單片機接口輸入的信號是數(shù)字信

3、號，或有帶ad轉換的高端單片機也可以輸入模擬信號。由單片機獲取非電信號的溫度信息，必須通過溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度測量雖多以熱敏電阻作為溫度傳感器。但是，熱敏電阻的可靠性較差、測量溫度精度較低，而且還需經ad轉換成數(shù)字信號后才能由單片機進行處理。因此，使用數(shù)字溫度傳感器ds18b20了簡化硬件設計、方便單片機讀取數(shù)據、節(jié)約成本。 2 系統(tǒng)設計2.1 圖框設計根據設計要求分析，基于at89s52單片機的數(shù)字溫度計由at89s52單片機控制器、電源、顯示電路、溫度傳感器、復位電路和時鐘電路組成，系統(tǒng)圖框如圖21所示。電源給整個電路供電，顯示電路顯示溫度值，時鐘電路為at89s52提供時鐘頻率。傳感器

4、采用美國dallas半導體公司生產的一種智能溫度傳感器ds18b20，其測溫范圍為-50125，最高分辨率可達0.0625，可完全符合設計要求。2.2ds18b20簡介本公司最新推出ts-18b20數(shù)字溫度傳感器，該產品采用美國dallas公司生產的 ds18b20可組網數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。 1: 技術性能描述 1.1 獨特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。 1.2 測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率0.5。 1.3 支持多

5、點組網功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 1.4 工作電源: 35v/dc 1.5 在使用中不需要任何外圍元件 1.6 測量結果以912位數(shù)字量方式串行傳送 1.7 不銹鋼保護管直徑 6 1.8 適用于dn1525, dn40dn250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫 1.9 標準安裝螺紋 m10x1, m12x1.5, g1/2”任選 1.10 pvc電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。 2：應用范圍 2.1 該產品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，

6、電纜線槽等測溫和控制領域 2.2 軸瓦，缸體，紡機，空調，等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。 2.3 汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 2.5 供熱/制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制 2.3單片機at89s52簡介at89s52具有如下特點：40個引腳，8k bytes flash 片內程序儲存器，256 bytes的隨機存取數(shù)據存儲器（ram），32個外部雙向輸入輸出（i0）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內時鐘振蕩器。此外，at89s52設計和配置了振蕩頻率可為并通過軟件設置省電模

7、式?？臻e模式，暫停工作，而定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電式凍結振蕩器而保存的數(shù)據，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有、和等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。主要功能特性：兼容mcs51指令系統(tǒng) 可反復擦寫（1000次）isp flash rom32個雙向io口 4.55.5v工作電壓3個16位可編程定時計數(shù)器 時鐘頻率033mhz全雙工作uart穿行中斷口線256bit內部ram2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗（wdt）電路 軟件設置空閑和省電功能靈活的isp字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據寄存器指針3硬件設計3.2 ds

8、18b20與單片機接口的設計ds18b20最大的特點是單總線數(shù)據傳輸方式，ds18b20的數(shù)據io均由同條線來完成。ds18b20的電源供電方式有2種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時，vdd和gnd均接地，他在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用，原理是當1w ire總線的信號線dq為高電平，竊取電信號能量給ds18b20供電，同時一部分能量雖給內部電容充電，當dq為低電平時釋放能量為ds18b20供電。但寄生電源方式需要強上拉電路，軟件控制變得復雜（特別是在完成溫度轉換和拷貝數(shù)據到e2prom時），同時芯片的性能也有所降低。外部電源供電方式是ds18b20最佳的工作方式

9、，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設計采用外部供電方式。如下圖所示：3.3顯示電路接口本設計顯示電路采用4位共陰極led數(shù)碼管來顯示測量得到的溫度值。led數(shù)碼管能在低電壓工作，而且體積小、重量輕、使用壽命長，因此本次設計選用此數(shù)碼管作為顯示器件。一個led數(shù)碼管只能顯示一位的字符，如果字符位數(shù)不止一位，可以用幾個數(shù)碼管組成，但要控制多位的顯示電路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要顯示的字符是什么，控制電路應將字符的七段碼通過輸出口連接到led的ag的引腳，是某些段點亮，某些段處于熄滅狀態(tài)。字位控制是指控制在多位顯示器中，

10、哪幾位發(fā)光或那幾位不發(fā)光，字位控制則需要通過字位碼作用于led數(shù)碼管的公共引腳，是某一位或某幾位的數(shù)碼管可以發(fā)光。數(shù)碼光顯示電路分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示方式時指每一個數(shù)碼管的字段控制是獨立的，每一個數(shù)碼管都需要配置一個8位輸出口來輸出該字位的七段碼。應此需要顯示多位時需要多個輸出口，通常片內并口不夠用，需要在片外擴展。動態(tài)顯示又稱為掃描顯示方式，也就是在某一時刻只能讓一個字位處于選通狀態(tài)，其他字位一律斷開，同時在字段線上發(fā)出該位要顯示的字段碼，這樣在某一時刻某一位數(shù)碼管就會被點亮，并顯示出相應的字符。下一刻該改變所顯示的字位和字段碼，點亮另一個數(shù)碼管，顯示另一個字符。繞后一次掃描輪流

11、點亮其他數(shù)碼管，只要掃描速度快，利用人眼的視覺殘留效應，會使人感覺到幾位數(shù)碼管都在穩(wěn)定的顯示。本次試驗用74lso4非門作驅動。如圖所示3.4其他外圍電路復位電路：在單片機的rst引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內部就執(zhí)行復位操作。實際應用中，復位操作有兩種形式：一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有效的復位。上電復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。上點瞬間rst引腳獲得高電平，隨著電容的充電，rst引腳的高電平逐漸下降。只要rst引腳保持兩個機器周期的高電平單片機就可以進行復位操作。本設計用的上電與接鍵均有效的復位。電路圖如下：時鐘電路：單片機的時鐘信號通常有兩種方式生產：

12、一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。本設計采用內部時鐘方式，在單片機內部有一振蕩電路，只要在單片機的xtal1和xtal2腳外接石英晶體（簡稱晶振），就構成了自己震蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號。圖中電容器的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pf，典型值為30pf.j晶振cys的振蕩頻率范圍在1.212mhz和6mhz.本設計采用12mhz晶振，電容值為30pf。在電路總體設計中，先從片內程序儲存器取指還是從內部程序儲存器取指的選擇信號。當eavpp接高電平時，先從片內程序存儲器讀取指令，讀完4kb后，自動改為片外取指。 若eavpp接低電平，則所有指令均從片外程序存儲器讀取。ale

13、腳用于輸出允許地址所存信號。psen腳用于外部程序存儲器選通信號，在對外部程序存儲器取指操作時此引腳置低電平有效。在執(zhí)行片內程序存儲器取指時pesn腳無效。本設計無片外程序儲存區(qū)擴展，所以將eavpp接高電平，ale及psen腳懸空。4軟件設計4.1程序設計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測量的當前溫度值，溫度測量值每1s進行一次。這樣可以在1s之內測量一被測溫度，其程序流程如圖4-1所示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)據的改寫，其流程圖如圖42所示。溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，

14、采用12位分辨率時轉換時間約為750ms，在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。計算溫度子程序ram中讀取值進行bcd碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，顯示數(shù)據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據進行刷新操作，當最高顯示位0時將符號顯示位移入下一位。4.2程序清單#include reg51.h#include intrins.h /延時函數(shù)用#define disdata p1 /段碼輸出口#define discan p3 /掃描口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dq=p37; /溫度輸

15、入口sbit din=p17; /led小數(shù)點控制uint h;uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;/溫度小數(shù)部分用查表法uchar code dis_712=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf;/* 共陽led段碼表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 - */ uchar code scan_con4=0xfe,0xfd,0xfb,0xf

16、7; / 列掃描控制字uchar data temp_data2=0x00,0x00; / 讀出溫度暫放uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/顯示單元數(shù)據,共4個數(shù)據,一個運算暫存用void delay(uint t)/11微秒延時函數(shù)for(;t0;t-);scan()/顯示掃描函數(shù)char k; for(k=0;k0; i-) /dq=1;_nop_();_nop_(); dq = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usdq = val&0x01; /最低位移出delay(6); /

17、66usval=val/2; /右移一位dq = 1;delay(1); uchar read_byte(void)/從總線上讀取一個字節(jié)uchar i;uchar value = 0;for (i=8;i0;i-)dq=1;_nop_();_nop_();value=1;dq = 0; /_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4usdq = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us if(dq)value|=0x80;delay(6); /66usdq=1;return(value);read_temp()/讀出溫度函數(shù)ow

18、_reset(); /總線復位write_byte(0xcc); / 發(fā)skip rom命令write_byte(0xbe); / 發(fā)讀命令temp_data0=read_byte(); /溫度低8位temp_data1=read_byte(); /溫度高8位ow_reset();write_byte(0xcc); / skip romwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉換命令work_temp()/溫度數(shù)據處理函數(shù)uchar n=0; /if(temp_data1127) temp_data1=(256-temp_data1);temp_data0=(256-temp_data0);

19、n=1;/負溫度求補碼display4=temp_data0&0x0f;display0=ditabdisplay4;display4=(temp_data0&0xf0)4)|(temp_data1&0x0f)4);/display3=display4/100;display1=display4%100;display2=display1/10;display1=display1%10;if(!display3)display3=0x0a;if(!display2)display2=0x0a;/最高位為0時都不顯示if(n)display3=0x0b;/負溫度時最高位顯示-main()/主函數(shù)

20、disdata=0xff; /初始化端口discan=0xff;for(h=0;h4;h+)displayh=8;/開機顯示8888ow_reset(); / 開機先轉換一次write_byte(0xcc); / skip romwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉換命令for(h=0;h500;h+) scan(); /開機顯示88882秒while(1) read_temp(); /讀出18b20溫度數(shù)據 work_temp(); /處理溫度數(shù)據 for(h=0;h500;h+) scan(); /顯示溫度值2秒 5系統(tǒng)設計仿真及調試5.1硬件調試先排除硬件電路故障，包括設計性錯誤

21、和工藝性故障，一般原則先靜態(tài)后動態(tài)。利用萬用表或測試儀器，檢查電路中的各器件及引腳是否連接正確，是否有短路故障。先要將單片機at89s52芯片取下，對電路板進行通電檢查，通過觀察看是否有異常，然后用萬用表測試個電源電壓，若這些都沒問題，則接上仿真機進行聯(lián)機調試觀察各接線口線路是否正常。5.2軟件調試軟件調試是利用仿真工具進行再線仿真調試，我們用kell軟件調試，處發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤外，還可以發(fā)現(xiàn)硬件上的問題?？偨Y經過將近兩周的單片機課程設計，終于完成了我的數(shù)字溫度計的設計，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底說，還是高興的，畢竟這次設計把實物都做了出來，高興之余不得不深思??！在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設計但這次設計真的讓我長進了很多，單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有有巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺得寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，在列控制