單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-簡(jiǎn)單實(shí)用的小型數(shù)字溫度計(jì)

1、摘要隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個(gè)基于89S51單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開(kāi)發(fā)測(cè)溫系統(tǒng)的過(guò)程，重點(diǎn)對(duì)傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，特別是數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)采集過(guò)程。對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報(bào)警溫度，它使用起來(lái)相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぁ⑥r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其

2、它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。DS18B20與AT89C51結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，有廣泛的應(yīng)用前景。在學(xué)習(xí)了單片機(jī)的的基本原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，綜合利用所學(xué)單片機(jī)知識(shí)完成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)并仿真實(shí)現(xiàn)，從而加深對(duì)單片機(jī)軟硬件知識(shí)的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本方法和步驟。本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是單片機(jī)和溫度傳感器及其相關(guān)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量和數(shù)字顯示，測(cè)量精度小于0.5C，可以設(shè)置溫度的上下限，超出測(cè)溫范圍可以有蜂鳴器報(bào)警。本設(shè)計(jì)是一款簡(jiǎn)單實(shí)用的小型數(shù)字溫度計(jì)，本次數(shù)字

3、溫度計(jì)的設(shè)計(jì)共分為六部分，主控制器，LED顯示部分，傳感器部分，復(fù)位部分，時(shí)鐘電路，報(bào)警電路。主控制器即單片機(jī)部分，用于存儲(chǔ)程序和控制電路；LED顯示部分是指四位共陰極數(shù)碼管，用來(lái)顯示溫度；傳感器部分，即溫度傳感器，用來(lái)采集溫度，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；復(fù)位部分，即復(fù)位電路。測(cè)量的總過(guò)程是，傳感器采集到外部環(huán)境的溫度，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理判斷后將溫度傳遞到數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)能完成的溫度測(cè)量范圍是+35C+40.5C。超出此范圍報(bào)警部分就會(huì)發(fā)出警告。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)理念是應(yīng)用于小雞的孵化，在小雞孵化室內(nèi)，最適孵化溫度為+35C+40C，在超出此范圍時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警，并及時(shí)提醒工作人員將室溫調(diào)整

4、致適合溫度。關(guān)鍵詞： 單片機(jī) DS18B20 溫度傳感器 數(shù)字溫度計(jì) AT89S52目錄1 概述31.1 課程設(shè)計(jì)的目的和意義31.2 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求32 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)置42.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證42.1.1方案一42.1.2 方案二42.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.3系統(tǒng)模塊52.3.1 主控制器52.3.2 顯示電路62.3.3溫度傳感器72.3.4報(bào)警溫度調(diào)整按鍵83軟件設(shè)計(jì)103.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)103.2程序設(shè)計(jì)103.2.1 主程序103.2.3二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序113.2.4 計(jì)算溫度子程序123.2.5溫度數(shù)據(jù)顯示子程序124 實(shí)驗(yàn)仿真135 課程設(shè)計(jì)體會(huì)17

5、參考文獻(xiàn)17附1 源程序代碼18附2 系統(tǒng)原理圖301 概述1.1 課程設(shè)計(jì)的目的和意義本次課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)過(guò)單片機(jī)后的一次實(shí)習(xí)，可增加我們的動(dòng)手能力。特別是對(duì)單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大幫助。本課程設(shè)計(jì)由兩個(gè)人共同完成，在鍛煉了自己的同時(shí)也增強(qiáng)了自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我進(jìn)一步熟悉了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和步驟；通過(guò)利用MCS-51單片機(jī)，理解單片機(jī)在自動(dòng)化裝置中的作用以及掌握單片機(jī)的編程調(diào)試方法；通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用輸入控制及顯示系統(tǒng)，掌握protues和keil以及各種仿真軟件的使用1.2 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 1、基本范圍-50

6、-110 2、精度誤差小于0.5 3、LED數(shù)碼直讀顯示 4、可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能 5、默認(rèn)報(bào)警范圍35-40.52 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)置2.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證 2.1.1方案一 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(guò)來(lái)，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(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對(duì)應(yīng)值的計(jì)算，感溫電路比較麻煩。而且在對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。 2.1.2 方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)

7、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，電路簡(jiǎn)單，精度高，軟硬件都以實(shí)現(xiàn)，而且使用單片機(jī)的接口便于系統(tǒng)的再擴(kuò)展，滿足設(shè)計(jì)要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，可靠性高，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89S51，溫度傳感器采用DS18B20，用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。AT89S51LED顯示DS18B20溫 度 傳 感 器單片機(jī)復(fù)位蜂鳴器，指示燈示燈報(bào)警溫度

8、調(diào)整鍵時(shí)鐘振蕩圖2.21總體設(shè)計(jì)方框圖圖2.22系統(tǒng)仿真圖2.3系統(tǒng)模塊 系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。 2.3.1 主控制器 單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。晶振采用12MHZ。復(fù)位電路采用上電加按鈕復(fù)位。圖2.3.11晶振電路圖2.3.12復(fù)位電路 2.3.2 顯示電路 顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管，P0口由上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。P2口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示。圖2.3.2 數(shù)碼管顯示

9、電路 2.3.3溫度傳感器 DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS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(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 1、獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 2、多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能 3、無(wú)須外部器件； 4、可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5； 5、零待機(jī)功耗； 6、溫度以或位數(shù)字； 7、用戶可定義報(bào)警設(shè)置； 8、報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 9、負(fù)電壓特性，電源極性接反

10、時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B02可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。 當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 圖2.3.3 溫度傳感器與單片機(jī)的連接 2.3.4報(bào)警溫度調(diào)整按鍵 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)按鍵

11、，采用查詢方式，一個(gè)用于選擇切換設(shè)置報(bào)警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個(gè)分別用于設(shè)置報(bào)警溫度的加和減。均采用軟件消抖。圖2.3.4 按鍵電路 3軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本次課程設(shè)計(jì)采用的是protues軟件仿真，用Keil軟件進(jìn)行編譯。Protues軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 軟件部分由主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 開(kāi)始 初始化 調(diào)顯示子程序 得出溫度總子程序 返回 圖3-1 主程序

12、流程3.2程序設(shè)計(jì) 3.2.1 主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖3-1所示。 3.2.2 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(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3-2所示發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗(yàn)9字節(jié)完？CRC校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNYY 圖3-2 讀出溫度子程序流程 3.2.3二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序主要是

13、發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼命令子程序流程圖，如圖3-3發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令結(jié)束 圖3-3二進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD碼流程圖 3.2.4 計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖3-4所示。開(kāi)始溫度零下?NY溫度值取補(bǔ)碼置“-”標(biāo)志置“+”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束圖3-4 測(cè)量溫度流程圖 3.2.5溫度數(shù)據(jù)顯示子程序 顯示數(shù)據(jù)子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，查

14、表送段碼至LED，開(kāi)位碼顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描方式。數(shù)碼管顯示4 實(shí)驗(yàn)仿真 進(jìn)入protuse后，連接好電路，并將程序下載進(jìn)去。將DS18B20的改為0.1，數(shù)碼管顯示溫度與傳感器的溫度相同。 圖41 溫度顯示仿真 當(dāng)按下SET鍵一次時(shí)，進(jìn)入溫度報(bào)警上線調(diào)節(jié)，此時(shí)顯示軟件設(shè)置的溫度報(bào)警上線，按ADD或DEC分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一。 當(dāng)再次按下SET鍵時(shí)，進(jìn)入溫度報(bào)警下線調(diào)節(jié)，此時(shí)顯示軟件設(shè)置的溫度報(bào)警下線，按ADD或DEC分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一。圖42 溫度調(diào)試仿真當(dāng)?shù)谌伟聪耂ET鍵時(shí)，退出溫度報(bào)警線設(shè)置。顯示當(dāng)前溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)物圖：電路板背面飛線圖：室溫測(cè)試結(jié)果：5 課程設(shè)計(jì)體會(huì)

15、 通過(guò)這次對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字溫度計(jì)的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無(wú)法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。 通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。 在焊接過(guò)程中我曾將溫度傳感器的電源、地焊反啦，導(dǎo)致溫度傳感器急劇發(fā)熱，后經(jīng)觀察和查詢資料才得以改正。

16、 從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。參考文獻(xiàn)1 康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分(第五版).高等教育出版社.2006.103-1082余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.31-323 51單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng) 4 康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分(第五版).高等教育出版社.2006.103-108附1 源程序代碼/*程序名稱：DS18B20溫度測(cè)量、報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)要說(shuō)明：DS18B20溫度計(jì)

17、，溫度測(cè)量范圍099.9攝氏度 可設(shè)置上限報(bào)警溫度、下限報(bào)警溫度 即高于上限值或者低于下限值時(shí)蜂鳴器報(bào)警 默認(rèn)上限報(bào)警溫度為40.5、默認(rèn)下限報(bào)警溫度為35 報(bào)警值可設(shè)置范圍：最低上限報(bào)警值等于當(dāng)前下限報(bào)警值 最高下限報(bào)警值等于當(dāng)前上限報(bào)警值將下限報(bào)警值調(diào)為0時(shí)為關(guān)閉下限報(bào)警功能特別加入防抖動(dòng)的中斷延時(shí)程序 編 寫：JiangX.net最后更新：09/04/16晚于寢室*/#include #include DS18B20.h #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義#define SET P3_1 /定義調(diào)整鍵#def

18、ine DEC P3_2 /定義減少鍵#define ADD P3_3 /定義增加鍵#define BEEP P3_7 /定義蜂鳴器bit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit DIAN = P07; /小數(shù)點(diǎn)uchar x=0; /計(jì)數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志signed char shangxian=40.5; /上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為40.5signed char xiaxian=35; /下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為35uchar code

19、 LEDData=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00;unsigned int ReadTemperature(void);voiddelay1(ucharz)uintx,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*延時(shí)子程序*/void Delay(uint num) while( -num );/*初始化定時(shí)器0*/void InitTimer(void) TMOD=0x1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; /50ms（晶振12M）/*定時(shí)器0中斷服務(wù)程序*/void timer0(

20、void) interrupt 1 using 0 TH0=0x3c; TL0=0xb0; x+;/*外部中斷0服務(wù)程序*/void int0(void) interrupt 0using 1 EX0=0; /關(guān)外部中斷0 if(DEC=0&set_st=1) delay1(10);if(DEC=0&set_st=1) shangxian-; if(shangxianxiaxian)shangxian=xiaxian; else if(DEC=0&set_st=2) delay1(10);if(DEC=0&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian99)shangxian=9

21、9; else if(ADD=0&set_st=2) delay1(10);if(ADD=0&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxianshangxian)xiaxian=shangxian; /*讀取溫度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=ReadTemperature()-5; /獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差 a=c/100; /計(jì)算得到十位數(shù)字 b=c/10-a*10; /計(jì)算得到個(gè)位數(shù)字 m=c/10; /計(jì)算得到整數(shù)位 n=c-a*100-b*10; /計(jì)算得到小數(shù)位 if(m99)m=99;n=9; /設(shè)置溫度

22、顯示上限 /*顯示開(kāi)機(jī)初始化等待畫面*/Disp_init() P0 = 0x40; /顯示- P1= 0xf7; Delay(200); P1 = 0xfb; Delay(200); P1 = 0xfd; Delay(200); P1 = 0xfe; Delay(200); P1 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/Disp_Temperature() /顯示溫度 P1 = 0xf7; P0 =0x39; /顯示C Delay(300); P1 = 0xfb; P0 =LEDDatan; /顯示個(gè)位 Delay(300); P1 = 0xfd; P0 =LEDDatam%10;

23、/顯示十位 DIAN = 1; /顯示小數(shù)點(diǎn) Delay(300); P1 = 0xfe; P0 =LEDDatam/10; /顯示百位 Delay(300); P1 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示報(bào)警溫度子程序*/Disp_alarm(uchar baojing)P1 = 0xf7; P0 =0x39; /顯示C Delay(200); P1 = 0xfb; P0 =LEDDatabaojing%10; /顯示十位 Delay(200); P1 = 0xfd; P0 =LEDDatabaojing/10; /顯示百位 Delay(200); P1 = 0xfe; if(set_st=1)P0 =0x76; else