單片機(jī)課程設(shè)計基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計

1、 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計選題名稱： 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計 系 （院）： 機(jī)械工程系（東院） 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 班 級： 3092班 姓 名： 指導(dǎo)老師： 錄目1 項目設(shè)計綜述2 1.1項目設(shè)計概述.2 1.2項目設(shè)計要求.2 1.3項目程設(shè)計方案.22 系統(tǒng)設(shè)計.4 2.1 圖框設(shè)計方案.4 2.2ds18b20簡介.4 2.2.1單片機(jī)at89s52簡介.43硬件設(shè)計.6 3.1電路圖原理.6 3.2ds18b20與單片機(jī)接口的設(shè)計.6 3.3顯示電路圖接口.7 3.4其他外圍電路.84 軟件設(shè)計.11 4.1 程序設(shè)計流程圖.11 4.2程序清單.12 5 系統(tǒng)仿

2、真及調(diào)試.17 5.1.硬件調(diào)試.17 5.2軟件調(diào)試 .17總結(jié).18參考文獻(xiàn).191項目設(shè)計綜述1.1項目設(shè)計概述在生活和生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到一些測溫設(shè)備。但是傳統(tǒng)的測溫設(shè)備具有制作成本高、硬件電路和軟件設(shè)計復(fù)雜等缺點(diǎn)。基于at89s52單片機(jī)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(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。1.2項目設(shè)計要求基于at89s52單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)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(zhì)量盡可能小。1.3項目設(shè)計方案大多單片機(jī)接口輸入的信號是數(shù)字信號，或有帶ad轉(zhuǎn)換的高端單片機(jī)也

3、可以輸入模擬信號。由單片機(jī)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(jīng)ad轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。因此，使用數(shù)字溫度傳感器ds18b20了簡化硬件設(shè)計、方便單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)、節(jié)約成本。 2 系統(tǒng)設(shè)計2.1 圖框設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求分析，基于at89s52單片機(jī)的數(shù)字溫度計由at89s52單片機(jī)控制器、電源、顯示電路、溫度傳感器、復(fù)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。傳感器采用美國dallas半導(dǎo)體公司生

4、產(chǎn)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(dá)0.0625，可完全符合設(shè)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(chǎn)品采用美國dallas公司生產(chǎn)的 ds18b20可組網(wǎng)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(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 1: 技術(shù)性能描述 1.1 獨(dú)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 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個ds18b20可

5、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(diǎn)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(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送 1.7 不銹鋼保護(hù)管直徑 6 1.8 適用于dn1525, dn40dn250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 1.9 標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備連接。 2：應(yīng)用范圍 2.1 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機(jī)房，電力機(jī)房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 2.2

6、 軸瓦，缸體，紡機(jī)，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 2.3 汽車空調(diào)、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(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制 2.3單片機(jī)at89s52簡介at89s52具有如下特點(diǎn)：40個引腳，8k bytes flash 片內(nèi)程序儲存器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)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(nèi)時鐘振蕩器。此外，at89s52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為并通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式，暫停工作，而定時計

7、數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電式凍結(jié)振蕩器而保存的數(shù)據(jù)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有、和等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：·兼容mcs51指令系統(tǒng) ·可反復(fù)擦寫（1000次）isp flash rom·32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(nèi)部ram·2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

8、 ·看門狗（wdt）電路 ·軟件設(shè)置空閑和省電功能·靈活的isp字節(jié)和分頁編程 ·雙數(shù)據(jù)寄存器指針3硬件設(shè)計3.2 ds18b20與單片機(jī)接口的設(shè)計ds18b20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，ds18b20的數(shù)據(jù)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(yuǎn)程溫度探測和空間受限的場合特別有用，原理是當(dāng)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(nèi)部電容充電，當(dāng)dq為低電平時釋放能量為ds18b20供電。但寄生電源

9、方式需要強(qiáng)上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜（特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)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，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設(shè)計采用外部供電方式。如下圖所示：3.3顯示電路接口本設(shè)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(shè)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

10、控制是指控制所要顯示的字符是什么，控制電路應(yīng)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(diǎn)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，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(dú)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(yīng)此需要顯示多位時需要多個輸出口，通常片內(nèi)并口不夠用，需要在片外擴(kuò)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

11、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(diǎn)亮，并顯示出相應(yīng)的字符。下一刻該改變所顯示的字位和字段碼，點(diǎn)亮另一個數(shù)碼管，顯示另一個字符。繞后一次掃描輪流點(diǎn)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(yīng)，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(qū)動。如圖所示3.4其他外圍電路復(fù)位電路：在單片機(jī)的rst引腳引入高電平并保持2個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上點(diǎn)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

12、降。只要rst引腳保持兩個機(jī)器周期的高電平單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。本設(shè)計用的上電與接鍵均有效的復(fù)位。電路圖如下：時鐘電路：單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種方式生產(chǎn)：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，在單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的xtal1和xtal2腳外接石英晶體（簡稱晶振），就構(gòu)成了自己震蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)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(shè)計采用12mhz晶振，電容值為30pf。在電路總體設(shè)計中，先從片內(nèi)程序儲存器取指還是從內(nèi)部程序儲存器取指

13、的選擇信號。當(dāng)eavpp接高電平時，先從片內(nèi)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(nèi)程序存儲器取指時pesn腳無效。本設(shè)計無片外程序儲存區(qū)擴(kuò)展，所以將eavpp接高電平，ale及psen腳懸空。4軟件設(shè)計4.1程序設(shè)計流程圖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測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量值每1s進(jìn)行一次。這樣可以在1s之內(nèi)測量一被測溫度，其程序流程如圖4-1所示讀出溫度子程

14、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，其流程圖如圖42所示。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。計算溫度子程序ram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，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)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 disd

15、ata p1 /段碼輸出口#define discan p3 /掃描口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dq=p37; /溫度輸入口sbit din=p17; /led小數(shù)點(diǎn)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,

16、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,0xf7; / 列掃描控制字uchar data temp_data2=0x00,0x00; / 讀出溫度暫放

17、uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/顯示單元數(shù)據(jù),共4個數(shù)據(jù),一個運(yùn)算暫存用void delay(uint t)/11微秒延時函數(shù)for(;t>0;t-);scan()/顯示掃描函數(shù)char k; for(k=0;k<4;k+) /四位led掃描控制 disdata=dis_7displayk; if(k=1)din=0; discan=scan_conk;delay(90);discan=0x00; ow_reset(void)/18b20復(fù)位函數(shù)char presence=1;while(presence)while(pr

18、esence) dq=1;_nop_();_nop_();dq=0; delay(50); / 550usdq=1; delay(6); / 66uspresence=dq; / presence=0繼續(xù)下一步 delay(45); /延時500uspresence = dq;dq=1; void write_byte(uchar val)/18b20寫命令函數(shù)uchar i;for (i=8; i>0; i-) /dq=1;_nop_();_nop_(); dq = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usdq = val&0

19、x01; /最低位移出delay(6); /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;i>0;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;

20、return(value);read_temp()/讀出溫度函數(shù)ow_reset(); /總線復(fù)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(zhuǎn)換命令work_temp()/溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)uchar n=0; /if(temp_data1>127) temp_data1=(256-te

21、mp_data1);temp_data0=(256-temp_data0);n=1;/負(fù)溫度求補(bǔ)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

22、)display2=0x0a;/最高位為0時都不顯示if(n)display3=0x0b;/負(fù)溫度時最高位顯示"-"main()/主函數(shù)disdata=0xff; /初始化端口discan=0xff;for(h=0;h<4;h+)displayh=8;/開機(jī)顯示8888ow_reset(); / 開機(jī)先轉(zhuǎn)換一次write_byte(0xcc); / skip romwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉(zhuǎn)換命令for(h=0;h<500;h+) scan(); /開機(jī)顯示"8888"2秒while(1) read_temp(); /讀出1

23、8b20溫度數(shù)據(jù) work_temp(); /處理溫度數(shù)據(jù) for(h=0;h<500;h+) scan(); /顯示溫度值2秒 5系統(tǒng)設(shè)計仿真及調(diào)試5.1硬件調(diào)試先排除硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障，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(jī)at89s52芯片取下，對電路板進(jìn)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(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試觀察各接線口線路是否正常。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試是利用仿真工具進(jìn)行再線仿真調(diào)試，我們用kell軟件調(diào)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。總結(jié)經(jīng)過將近兩周的單片機(jī)課程設(shè)計，終于完成了我的數(shù)字溫度計的設(shè)計，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計要求，但從心底說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計把實物都做了出來，高興之余不得不深思??！在本次設(shè)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(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進(jìn)了很多，