單片機課程設(shè)計基于proteus仿真軟件的數(shù)字溫度計的設(shè)計

1、單片機課程設(shè)計設(shè)計題目基于proteus仿真軟件的數(shù)字溫度計的設(shè)計專業(yè)名稱班級學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師設(shè)計時間2009.12.282010.01.03目錄實驗條件及任務(wù)要求1.設(shè)計實驗條件32.設(shè)計任務(wù)及要求3設(shè)計報告內(nèi)容1. 緒論緒論32. 總體設(shè)計方案2.1 數(shù)字溫度計的設(shè)計方案論證32.2 方案二的總體設(shè)計框圖32.3 主控器及部分電路分析42.4 系統(tǒng)整體硬件電路93. 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 主程序103.2 讀出溫度子程序103.3 計算溫度子程序124. 總結(jié)體會總結(jié)體會145. 參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)目錄14附錄：實驗完整程序15實驗條件及任務(wù)要求1.設(shè)計實驗條件keil c和proteus仿真

2、軟件2.設(shè)計任務(wù)及要求2.1總體功能設(shè)計2.2硬件電路設(shè)計2.3軟件設(shè)計2.4工作總結(jié)設(shè)計題目：基于proteus仿真軟件的數(shù)字溫度計設(shè)計1 緒論隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計所介紹的數(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，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用單片機at8

3、9c51，測溫傳感器使用ds18b20，用lm016l液晶模塊顯示輸出,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。2 總體設(shè)計方案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(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進(jìn)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，感溫電路比較麻煩。2.1.2 方案二 進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以

4、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，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。2.2方案二的總體設(shè)計框圖溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機at89c51，溫度傳感器采用ds18b20，用lm016l液晶顯示模塊傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。圖1.總體模塊設(shè)計2.3主控器及部分電路分析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。2.3.2 顯示電路lm016l 液晶模塊采用hd44780 控制器。hd44780 具有簡單而功能較強的

5、指令集，可以實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能。lm016l 與單片機mcu（microcontroller unit）通訊可采用8 位或者4 位并行傳輸兩種方式。hd44780 控制器由兩個8 位寄存器、指令寄存器（ir）和數(shù)據(jù)寄存器（dr）、忙標(biāo)志（bf）、顯示數(shù)據(jù)ram（ddram）、字符發(fā)生器rom（cgrom）、字符發(fā)生器ram（cgram）、地址計數(shù)器（ac）。ir 用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出；dr 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入ddram和cgram，或者暫存從ddram和cgram 讀出的數(shù)據(jù)。bf 為1 時，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。ddram

6、 用來存儲顯示的字符，能存儲80 個字符碼。cgrom 由8 位字符碼生成5*7 點陣字符160 種和5*10 點陣字符32 種，8 位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系，可以查看參考文獻(xiàn)3中的表4。cgram 是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64 字節(jié)?？梢宰远x8 個5*7 點陣字符或者4 個5*10 點陣字符。ac 可以存儲ddram 和cgram的地址，如果地址碼隨指令寫入ir，則ir 自動把地址碼裝入ac，同時選擇ddram 或者cgram 單元。lm016l 液晶模塊的引腳功能見表1。表1.lm016l引腳功能管腳號名稱電平功能描述1vss0v2vdd5.0v3vee4rsh/lh：數(shù)

7、據(jù)線上為數(shù)據(jù)信號；l：數(shù)據(jù)線上為指令信號5rwh/lh：讀數(shù)據(jù)模式；l：寫數(shù)據(jù)模式6eh/l使能信號端714d0d7h/l數(shù)據(jù)線lm016l電路接法如圖2：圖2.lm016l接法電路lm016l在使用前必須經(jīng)過初始化，初始化程序如下：void lcdint()wrc(0x38);/寫指令38h：顯示模式設(shè)置wrc(0x01);/寫指令01h：顯示清屏wrc(0x06);/寫指令06h：顯示光標(biāo)移動設(shè)置wrc(0x0c);/寫指令0ch：顯示開及光標(biāo)設(shè)置void wrc(unsigned char wcon)busy();reg0=wcon;2.3.3溫度傳感器ds18b20溫度傳感器是美國da

8、llas半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)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：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；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；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機功耗；溫度以或位數(shù)字；用戶可定義報警設(shè)置；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；負(fù)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； ds18b20采用腳pr35封裝或腳soic封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖

9、3示：c64 位rom和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器th低溫觸發(fā)器tl配置寄存器8位crc發(fā)生器vdd i/o圖3. ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位rom的結(jié)構(gòu)開始位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后位是前面56位的crc檢驗碼，這也是多個ds18b20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器和，可通過軟件寫入戶報警上下限。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存和一個非易失性的可電擦除的eeram。高速暫存ram的結(jié)構(gòu)為字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖4所示。頭個字節(jié)包含測得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新

10、。第個字節(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工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖4所示。低位一直為，是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式，ds18b20出廠時該位被設(shè)置為，用戶要去改動，r1和0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度 lsb溫度 msbth用戶字節(jié)1tl用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留crc圖4. ds18b20字節(jié)定義由表2可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存的第、字節(jié)保留未

11、用，表現(xiàn)為全邏輯。第字節(jié)讀出前面所有字節(jié)的crc碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。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(kuò)展的二進(jìn)制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第、字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號位時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補碼變成原碼，再計算十進(jìn)制數(shù)值。表3是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表2.ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時間表 r1r0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms00993

12、.750110187.510113751112750ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與ram中的th、t字節(jié)內(nèi)容作比較。若th或ttl，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只ds18b20同時測量溫度并進(jìn)行報警搜索。在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（crc）。主機rom的前56位來計算crc值，并和存入ds18b20的crc值作比較，以判斷主機收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。ds18b20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(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；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振

13、蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)進(jìn)而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器、溫度寄存器中，計數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器的預(yù)置值減到時，溫度寄存器的值將加，減法計數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是

14、所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。表3一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)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 01

15、01 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h另外，由于ds18b20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(jìn)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)。其初始化程序如下：void init_ds18b20(void)unsigned char x=0;dq=1;/dq復(fù)位delay(8);/稍做延時 dq=0;/單片機將dq拉低 delay(80);/精確延時，大于480usdq=1;/

16、拉高總線 delay(14);x=dq;/稍做延時后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗 delay(20);void delay(unsigned int i)/延時函數(shù) while(i-);2.3.4 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，一種是寄生電源供電方式。另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，如圖5 所示:圖5.ds18b20的電路接法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，顯示器控制電路，溫度顯示電路，單片機主板電路等，如圖6所示。首先，通過ds18b20溫度傳

17、感器收集外部溫度，并在芯片內(nèi)部轉(zhuǎn)化成8位2進(jìn)制碼，傳送至at89c51的p3.3口。在at89c52的內(nèi)部轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制碼，通過單片機的數(shù)據(jù)/地址線（p0.0p0.7）傳送給lm016l的數(shù)據(jù)輸入和74ls373的數(shù)據(jù)輸入口。當(dāng)要對液晶顯示器進(jìn)行操作時，wr和rd通過與非門和74ls373共同作用，確定液晶顯示器讀寫指令和讀寫數(shù)據(jù)。從而在lm016l液晶模塊上顯示出外部的溫度。圖6.整體電路3系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，初始化子程序，顯示數(shù)據(jù)子程序等。3.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理ds18b20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度

18、測量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，程序段如下void main()lcdint();/初始化液晶 wrc(0x80);wrc(0xc0);while(1)readtemperature();/讀溫度tempprocess();/溫度轉(zhuǎn)換wrc(0x80);/寫指令wrn(word1);/寫數(shù)據(jù)wrc(0xc0);/寫指令wrn(word2);/寫數(shù)據(jù)3.2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(jìn)行crc校驗，校驗有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序段如下：void readtemperature(void)init_ds18b20();wr

19、iteonechar(0xcc);/跳過讀序號列號的操作 writeonechar(0x44);/啟動溫度轉(zhuǎn)換init_ds18b20();writeonechar(0xcc);/ 跳過讀序號列號的操作 writeonechar(0xbe);/讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器），前兩個就是溫度 readdata0=readonechar();readdata1=readonechar();unsigned char readonechar(void)/讀一個字節(jié) unsigned char i=0;unsigned char dat=0;for(i=8;i0;i-) dq=0; dat=1;

20、 dq=1; if(dq) dat|=0x80; delay(4);return(dat);void writeonechar(unsigned char dat)/寫一個字節(jié) unsigned char i=0;for(i=8;i0;i-)dq=0;dq=dat&0x01;delay(5);dq=1;dat=1;delay(4);3.3 計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)am中讀取值進(jìn)行bcd碼的轉(zhuǎn)換運算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖10所示。其子程序如下： 開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標(biāo)志計算整數(shù)位溫度bcd值 計算小數(shù)位溫度bcd值 結(jié)束置“+”標(biāo)志ny 圖10計算溫度流程

21、圖 具體程序如下：void tempprocess()/溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的bcd碼unsigned int t;float tt;unsigned char temp;if(readdata1&0x80)!=0) /判斷最高為是否為1，為1則為負(fù)數(shù)word13=-;t=readdata1;t=4;word14=t/100+48;word15=(t/10)%10)+48;word16=t%10+48; temp=readdata0;temp=temp-1;temp=temp;temp=temp&0x0f;tt=temp*0.0625;word17=.;word18=(unsigned cha

22、r) (tt*10);word19=(unsigned char)(tt*100-word18*10);word18+=48;word19+=48;word110=0xdf;word111=c;elseword13=+;t=readdata1;t=4;word14=t/100+48;word15=(t/10)%10)+48;word16=t%10+48;temp=readdata0;temp=temp&0x0f;tt=temp*0.0625;word17=.;word18=(unsigned char) (tt*10);word19=(unsigned char)(tt*100-word18*

23、10);word18+=48;word19+=48;word110=0xdf;word111=c;4總結(jié)體會我們小組一共4個人，人多，分工就顯得很重要，在我們的集體的討論之下，我得到了收集資料的任務(wù)。因此一回來我就去圖書館查閱的大量的單片機和數(shù)字芯片的資料，之后又在網(wǎng)上搜索了大量的有關(guān)資料。由于資料比較分散，所以整理有用的資料就顯得很重要，有些東西實在是不懂我就把資料帶回來請教同學(xué)，讓我受益匪淺。這次課程設(shè)計使伙鞏固了課本所學(xué)的知識，真正實現(xiàn)了學(xué)以致用的目的。更重要的一點是，我學(xué)會了團(tuán)隊精神，經(jīng)過我們四個人的團(tuán)結(jié)拼搏，最后完成了此次課程設(shè)計的要求。同時也使我對單片機更感興趣了，這點我覺得很重要

24、，因為興趣是最好的老師，相信在以后的單片機相關(guān)的學(xué)習(xí)中會表現(xiàn)的更好。5.參考文獻(xiàn)1馬淑華、王鳳文等單片機原理與接口技術(shù)北京：北京郵電大學(xué)出版社 20052李學(xué)禮 基于proteus的8051單片機實例教程北京：電子工業(yè)出版社20033譚浩強 c語言程序設(shè)計 北京：清華大學(xué)出版社20064閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社1998附錄：完整實驗程序#include#include#includeunsigned char readdata2;sbit dq=p33;#define reg0 xbyte0x0000#define reg1 xbyte0x0001#define reg2

25、xbyte0x0002unsigned char bdata busyflag;unsigned char dat;unsigned char word116=t=;code unsigned char word216=by 50711;sbit busyflag_7=busyflag7;/延時函數(shù) void delay(unsigned int i)while(i-);/初始化函數(shù) void init_ds18b20(void)unsigned char x=0;dq=1;/dq復(fù)位delay(8);/稍做延時 dq=0;/單片機將dq拉低 delay(80);/精確延時，大于480usdq

26、=1;/拉高總線 delay(14);x=dq;/稍做延時后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗 delay(20);/讀一個字節(jié) unsigned char readonechar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat=0;for(i=8;i0;i-) dq=0; dat=1; dq=1; if(dq) dat|=0x80; delay(4); return(dat);/寫一個字節(jié) void writeonechar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for(i=8;i0;i-)dq=0;dq=dat&

27、0x01;delay(5);dq=1;dat=1;delay(4);/讀取溫度 void readtemperature(void)init_ds18b20();writeonechar(0xcc);/跳過讀序號列號的操作 writeonechar(0x44);/啟動溫度轉(zhuǎn)換init_ds18b20();writeonechar(0xcc);/ 跳過讀序號列號的操作 writeonechar(0xbe);/讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器），前兩個就是溫度 readdata0=readonechar();readdata1=readonechar();void tempprocess()/溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的bcd碼 unsigned int t;float tt;unsigned char temp;if(readdata1&0x80)!=0) /判斷最高為是否為1，為1則為負(fù)數(shù) word13=-;t=readdata1;t=4;word14=t/100+48;word15=(t/10)%10)+48;word16=t%10+48;temp=readdata0;temp=temp-1;temp=temp;temp=temp&0x0f;t