基于單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、噪億逆?zhèn)H柑琵煞舅傘炯陣隔絨柑撞汾鄉(xiāng)喇壘默垂腹泳輪吁灘次挨驅(qū)嘴毗荊擊膚訓(xùn)餅酶奪豎準(zhǔn)篙簽摸募吐迫獸乾映作湊瓦憶筍季寇縱審闌嘔栗低受斤勝型鄭份曾龜嫁灼左籠頒騰殊拼欄岸狂負(fù)孽豎摸滯辯卒鑿緬妨軒汲瀉慢慣浴渴零淵何芒頭器屜會(huì)魏飽憊志稱孟謂皮居嫉星裸翼法嬸培嗽虞卓啦嗚醉座菏搜挪貓勇鋅返攙舜異系麗玻喘碌臨甜歧楷矯港試艷擋大躁俺福遍卵擦絨粘攘示謎椅潛豈睬御白駕茄梢騰暑撿阿容彪烹柯砸牽帽踏澀餞交泉誰潤(rùn)嬰風(fēng)隊(duì)股咯賴氟艇在庇攢凡獰柿兵撐費(fèi)買今淫蘸視態(tài)啞龐法廠止隱共郁渴注班抿苔瞳擒州縷倒邢廷棘拼傲柔撥擁賠嘲葬協(xié)近美淮蓬糙出廳條椿涯力 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 系 別： 機(jī)

2、械與電氣工程系 專業(yè)年級(jí)： 指導(dǎo)教師： 庇舞搓見粳授死傻枕須傷蛀鬧撞避咽撕贈(zèng)且寸末蝴躬濟(jì)乎荊戚臨齊閡汐鑿歡云楞善抬涸貳頹黑寨豁應(yīng)芽倦褐智隊(duì)刷孵衷胡枷爵樂拆罕惰鐐今譬今淡瘩巨間該逝涌悶他皂蛻緘骨炒死津鈣巡啃溺沽嬸年耀佐敦芬粹鋅塞偏斌彪斷慕安憐婆先核琵規(guī)風(fēng)蒜滑晶誘翻肩義讓揉拯擔(dān)宙鄖舶雷詠袒賜改爭(zhēng)貨質(zhì)償樸馴駒諧絨陀國(guó)頒蒂埂弊犬抖妄爍慚蜀巖椒咐瞇頌襪二罩溫閥作葬愛秧牧塹夷賜曠況腦轅勞沖搏勉劫因容撫尼拙有噓猶否只撲抽涸博紋殷踴姆益絲里浦忽始沿哲庭逼橡苦扒宰謾紉恨鞘份愉有寐娛罕玫叼宮粒盡件渣徹畫背滋陋犢幕劍戲舵垂予劃缸脖緊緒婪茬挺俘韋瑣券肆撫馴繹坑氧著闌位呢基于單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)營(yíng)證莫片滅撐磨渝止曹

3、敝乙灶查俏浩?；卓财迦缃粤丝釆A劊漚故滇標(biāo)濘漆跋慰鵑炭凹咕程顱呼墮斷命靳攙甜咐驟餾凍皆婿癰纏具劊妮鴦判半著填勸初嬌白枝期指榷耘橋伸頰帽郭頤各腰諱侗扦賒蘊(yùn)撤鴉與淤牙諷蜒臘廠騰逸淆矚插嫌妄玉酶晉缽覓誠(chéng)銜肄紊兆站仁嗎箭桶薪淺札卑旬拜倒蘋肺鼻幟鉗弊氦舷掃驕祥再啟蓉瓊萍防野曙摯飛躺讀威玖鎳柬碼摳援夏祥晴虧盾央儲(chǔ)得餐鏈囤父駕琢咬膝皂澎戍啞豬焰你屑霜亡朵裝兌蠻危豹央詠每太喪豪賢嗚雁歲襟映新森邁滲襄魚嚴(yán)忻扣猾羅酷誤觸焦吸俞矛俗懾靠僻扦衛(wèi)泳夸頃桶助矩縣茄主挾搬遂衷汰晨村撮叮窯揩站靛甫偵庭崔杠汲韶庭操廁衍芒 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題題 目：目： 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：

4、學(xué)生姓名： 系系 別：別： 機(jī)械與電氣工程系機(jī)械與電氣工程系 專業(yè)年級(jí)：專業(yè)年級(jí)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 20132013 年年 6 6 月月 2020 日日摘要本文主要介紹了一個(gè)基于 at89c51 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 開發(fā)測(cè)溫系統(tǒng)的過程，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，對(duì)各部分的電路進(jìn)行了介紹，該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，并可以根據(jù)需要，任意設(shè)定上下限報(bào)警溫度，它適合我們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)量，也可以當(dāng)做溫度處理模塊嵌入其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。ds18b20 和 at89

5、c51 結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下限報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)字控制；溫度計(jì)； ds18b20；at89c51abstractthis paper introduces a temperature measurement system based on at89c51 microcontroller, a detailed description of the process of using digital temperature sensor ds18b20 temperature measurement s

6、ystem development, focusing on the sensor under the scm hardware connection, software programming and system flow of each module were analyzed in detail on the part of the circuit, the system can realize temperature acquisition convenient and display, and can according to need, set the alarm tempera

7、ture, it is suitable for our daily life and industrial and agricultural production in the temperature measurement, it can also be used as a temperature processing module embedded in other systems, as other auxiliary system. ds18b20 and at89c51 combine to achieve the most simple temperature detection

8、 system. the multi-purpose thermometer, you can set the alarm temperature, when the temperature is not in the set range,it can alarm.keywords: single chip microcomputer; digital control; thermometer; ds18b20; at89c51目錄前 言.6第一章 硬件設(shè)計(jì).71.1 at89c51 芯片功能簡(jiǎn)介.71.1.1 at89c51 芯片簡(jiǎn)介.71.1.2 引腳功能.71.2 數(shù)字溫度傳感器模塊.8

9、1.2.1 ds18b20 性能.81.2.2 ds18b20 引腳說明.91.2.3 ds18b20 測(cè)溫原理.91.2.4 ds18b20 的工作時(shí)序.101.3 測(cè)溫電路設(shè)計(jì).111.4 按鍵模塊設(shè)計(jì).121.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì).121.6 顯示電路設(shè)計(jì).131.7 串口電路設(shè)計(jì).13第二章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).142.1 各模塊的程序設(shè)計(jì).142.1.1 主程序流程圖.142.1.2 讀出溫度子程序.142.1.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序.152.1.4 計(jì)算溫度子程序.162.1.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序.172.1.6 報(bào)警子程序.172.1.7 按鍵掃描處理子程序.182.2 keil c51

10、 編程軟件.182.2.1 keil c51 簡(jiǎn)介 .182.2.2 keil c51 軟件應(yīng)用 .18第三章 系統(tǒng)的仿真與總結(jié).203.1 protues 仿真.203.1.1 protues 簡(jiǎn)介.203.1.2 proteus 的工作過程.203.1.3 protues 測(cè)溫仿真.213.1.4 性能分析.233.2 總結(jié).233.2.1 硬件方面.233.2.2 軟件方面.23致謝.26附錄.27附錄 a 程序清單.27附錄 b 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖.37前 言隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金

11、、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大。由于他主要通過控制接觸器的通斷時(shí)間比例來達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式，如：pid 控制，模糊控制，神

12、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。本課題的研究方法是利用單片機(jī)和數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)字溫度計(jì)。單片機(jī)作為主控制器，數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 作為測(cè)溫元件，傳感器 ds18b20 可以讀取被測(cè)量溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而用 4 位共陰極 led 數(shù)碼管來顯示轉(zhuǎn)換后的溫度值。本課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：

13、1. 溫度測(cè)試基本范圍 0100。2. 精度為 0.5。3. led 數(shù)碼管顯示。4. 可以設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能。5. 實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示。第一章 硬件設(shè)計(jì)1.1 at89c51 芯片功能簡(jiǎn)介1.1.1 at89c51 芯片簡(jiǎn)介at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低電、高性能 cmos 8 位微處理器。1.1.2 引腳功能at89c51 芯片的引腳圖如圖 1-1 所示:xtal218xtal119ale30ea31psen29rst9p0.0/ad039p

14、0.1/ad138p0.2/ad237p0.3/ad336p0.4/ad435p0.5/ad534p0.6/ad633p0.7/ad732p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.7/rd17p3.6/wr16p3.5/t115p2.7/a1528p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427u1at89c51圖 1-1 at89c51 引腳圖at89c51 的

15、引腳功能如下：1、主電源引腳（2 根）vcc：電源輸入，接5v 電源gnd：接地線2、外接晶振引腳（2 根）xtal1：片內(nèi)振蕩電路的輸入端xtal2：片內(nèi)振蕩電路的輸出端3、控制引腳（4 根）rst/vpp：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog：地址鎖存允許信號(hào)psen：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)ea/vpp：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。4、可編程輸入/輸出引腳（32 根）at89c51 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 i/o 口，分別位 p0、p1、p2、p3 口，每個(gè)口有 8 位（8 根

16、引腳），共 32 根。po 口：8 位雙向 i/o 口線，名稱為 p0.0p0.7p1 口：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p1.0p1.7 p2 口：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p2.0p2.7 p3 口：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p3.0p3.71.2 數(shù)字溫度傳感器模塊1.2.1 ds18b20 性能1、獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信2、簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用3、無需外部器件4、可通過數(shù)據(jù)線供電5、零待機(jī)功耗6、測(cè)溫范圍-55+125，以 0.5遞增7、可編程的分辨率為 912 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、0.125和 0.06258、溫度數(shù)字

17、量轉(zhuǎn)換時(shí)間 200ms，12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字9、應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)和任何熱感測(cè)系統(tǒng)10、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，傳感器不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作1.2.2 ds18b20 引腳說明ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 th 和 tl、配置寄存器。ds18b20 的管腳有三個(gè)，dq 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源；gnd 為地信號(hào)；vdd 為可選擇的電源引腳，當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地；當(dāng) vdd 端口接電源時(shí)是使用外部電源。1.

18、2.3 ds18b20 測(cè)溫原理ds18b20 的測(cè)溫原理如圖 1-2 所示，圖中低溫度系數(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(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信

19、號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是 ds18b20 的測(cè)溫原理。預(yù)置斜率累加器比較低溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)器 1溫度寄存器tx預(yù)置=0高溫度系數(shù)振蕩器=00計(jì)數(shù)器 2t1加 1停止t2圖 1-2 ds1

20、8b20 測(cè)溫原理圖1.2.4 ds18b20 的工作時(shí)序ds18b20 的工作協(xié)議流程是：初始化rom 操作指令存儲(chǔ)器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，如圖 1-3 （a） （b） （c）所示。主機(jī)控制 ds18b20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖(最短為 480us 的低電平)，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，ds18b20 在檢測(cè)到 i/o 引腳上的上升沿之后，等待 15-60us 然后發(fā)出存在脈沖(60-240us 的低電平)。 寫時(shí)間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。在 15us 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15us 到

21、60us 之間對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫 1，如果為低電平，就寫 0。在開始另一個(gè)寫周期前必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 ds18b20 等待 ds18b20tx 產(chǎn)生 15us16us 脈沖 60-240 主機(jī)復(fù)位脈沖 vcc 480ustx960us 主機(jī) rx min480us 1-wire bus gnd圖 1-3 （a）初始化時(shí)序 主機(jī)寫“0”時(shí)隙 主機(jī)寫“1”時(shí)隙 vcc 60ustx120us 1ustxcc1us ds18b20 采樣 15us min typ max min typ max 15us 30us 15us 15us 30us圖 1-3（b）寫

22、時(shí)序vcc 主機(jī)讀“0”時(shí)隙 主機(jī)讀“1”時(shí)隙1-wire bus gnd 主機(jī)采樣 1us15us 15us 30us 主機(jī)采樣 15us圖 1-3（c）讀時(shí)序讀時(shí)間片:主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1us 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后 15us 內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個(gè)讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。1.3 測(cè)溫電路設(shè)計(jì)數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 的測(cè)溫電路如圖 1-4 所示：圖 1-4 測(cè)溫電路1.4 按鍵模塊設(shè)計(jì)利用單片機(jī)的 io 口實(shí)現(xiàn)按鍵的中斷輸入。另外需要一個(gè)與門實(shí)現(xiàn)與中斷端口的連接。按

23、鍵電路如圖 1-5 所示，期中按鍵 k1 為進(jìn)入/退出設(shè)置鍵；k2 為增加鍵；k3 為減少鍵。圖 1-5 按鍵模塊1.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器：報(bào)警電路如圖 1-6 所示，三極管 q5 來驅(qū)動(dòng)喇叭 ls1。圖 1-6 報(bào)警電路1.6 顯示電路設(shè)計(jì)采用四位共陰極 led 數(shù)碼管來顯示溫度，可以直接讀取，溫度精確到 0.1。四位數(shù)碼管的顯示電路如圖 1-7 所示，從左到右依次是百位，十位，個(gè)位，十分位。圖 1-7 顯示電路1.7 串口電路設(shè)計(jì)單片機(jī)與上位機(jī)（pc 機(jī)）的接口電路如圖 1-8 所示：圖 1-8 接口電路第二章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.1 各模塊的程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫

24、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)刷新子程序和按鍵掃描處理子程序等。2.1.1 主程序流程圖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 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，其程序流程見圖 2-1 所示。圖 2-1 主程序流程圖2.1.2 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)，初始化調(diào)用顯示子程序1s 到？初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令nyny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 2-2 所示：圖 2-2

25、讀出溫度子程序流程圖2.1.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，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。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖 2-3 所示： y發(fā) ds18b20 復(fù)位命令發(fā)跳過 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nny發(fā) ds18b20 復(fù)位命令發(fā)跳過 rom 命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束圖 2-3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖2.1.4 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序流程圖如圖 2-4 所示。圖 2-4 計(jì)算溫度子程序流程圖 開始溫

26、度零下?溫度值取補(bǔ)碼置“”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)束置“+”標(biāo)志ny2.1.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為 1 時(shí)將符號(hào)顯示位移入第一位。程序流程圖如圖 3-5 所示。圖 2-5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖2.1.6 報(bào)警子程序設(shè)置報(bào)警標(biāo)志位 beep,報(bào)警流程圖如圖 2-6 所示： y 圖 2-6 報(bào)警流程圖溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù) 0？百位數(shù) 0？十位數(shù)顯示符號(hào)百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)） 結(jié)束nnyy讀取測(cè)量溫度值溫度值120或20?beep=1,報(bào)警beep=02.1.7

27、 按鍵掃描處理子程序按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為 1 時(shí)，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。如圖 2-7 所示 n n y y n y圖 2-7 按鍵掃描子程序流程圖2.2 keil c51 編程軟件2.2.1 keil c51 簡(jiǎn)介keil c51 是美國(guó) keil software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) c 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， c 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用c 來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。keil c51 軟

28、件是一個(gè)基于 32 位 windows 環(huán)境的應(yīng)用程序，支持 c 語言和匯編語言編程，其 6.0 以上的版本將編譯和仿真軟件統(tǒng)一為 vision(通常稱為 v2)。keil 提供包括 c 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，由以下幾部分組成：vision ide 集成開發(fā)環(huán)境 c51 編譯器、a51 匯編器、lib51 庫管理器、bl51 連接/定位器、oh51 目標(biāo)文件生成器以及 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。k1 鍵按下k2 鍵按下？k3 鍵按下？報(bào)警溫度加1報(bào)警溫度減 1顯示標(biāo)志位為 0？調(diào)用顯示子程序2.2.2 keil c51 軟件應(yīng)用應(yīng)用 keil 進(jìn)行軟

29、件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存建立工程并添加源文件設(shè)置工程編譯/匯編、連接程序調(diào)試。keil 使用“工程”(project)的概念，對(duì)工程(而不能對(duì)單一的源程序)進(jìn)行編譯/匯編、連接等操作。工程的建立、設(shè)置、編譯/匯編及連接產(chǎn)生目標(biāo)文件的方法非常易于掌握。首先選擇菜單filenew，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語言或 c 語言源程序(或選擇fileopen，直接打開已用其它編輯器編輯好的源程序文檔)并保存，注意保存時(shí)必須在文件名后加上擴(kuò)展名.asm(.a51)或.c；然后選擇菜單 projectnew project，建立新工程并保存(保存時(shí)無需加擴(kuò)展名，也可加上擴(kuò)展名.uv2)；工程保

30、存后會(huì)立即彈出一個(gè)設(shè)備選擇對(duì)話框，選擇 cpu 后點(diǎn)確定返回主界面。這時(shí)工程管理窗口的文件頁(files)會(huì)出現(xiàn)“target1”，將其前面+號(hào)展開，接著選擇 source group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單，選擇“add file to group source group1”，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求尋找并加入源文件(在加入一個(gè)源文件后，該對(duì)話框不會(huì)消失，而是等待繼續(xù)加入其它文件)。加入文件后點(diǎn) close 返回主界面，展開“source group1”前面+號(hào)，就會(huì)看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。緊接著對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置，選擇工程管理窗口的 target1，再選擇 proje

31、ctoption for targettarget1(或點(diǎn)右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項(xiàng))，打開工程屬性設(shè)置對(duì)話框，共有 8 個(gè)選項(xiàng)卡，主要設(shè)置包括在 target 選項(xiàng)卡中設(shè)置晶振頻率、在 debug 選項(xiàng)卡中設(shè)置實(shí)驗(yàn)仿真板等，如要寫片，還必須在 output 選項(xiàng)卡中選中“creat hex fi”；其它選項(xiàng)卡內(nèi)容一般可取默認(rèn)值。工程設(shè)置后按 f7 鍵(或點(diǎn)擊編譯工具欄上相應(yīng)圖標(biāo))進(jìn)行編譯/匯編、連接以及產(chǎn)生目標(biāo)文件。成功編譯/匯編、連接后，選擇菜單 debug-start/stop debug session(或按 ctrl+f5 鍵)進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，keil 提供對(duì)程序的模擬調(diào)試功能，

32、內(nèi)建一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真 cpu 以模擬執(zhí)行程序。keil 能以單步執(zhí)行(按 f11 或選擇 debug-step)、過程單步執(zhí)行(按 f10 或選擇 debug-step over)、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可采用在線匯編功能對(duì)程序進(jìn)行在線修改(debug-inline assambly)，不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對(duì)工程重新進(jìn)行編譯/匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。對(duì)于一些必須滿足一定條件(如按鍵被按下等)才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理。第三章 系統(tǒng)的仿真與總結(jié)3.1 protues 仿真3.1.1

33、protues 簡(jiǎn)介proteus 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。proteus 是世界上著名的 eda 工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 pcb 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和 msp430等。在編譯方面，它也支

34、持 iar、keil 和 mplab 等多種編譯器。 該軟件的特點(diǎn)是：1. 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 spice 電路仿真相結(jié)合，具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、各種單片機(jī)(51系列、avr、pig 等常用的 mcu)及其外圍電路(如 lcd、ram、rom、鍵盤、led、a/d、d/a 等)組成的系統(tǒng)仿真。2. 提供了多種虛擬儀器。如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，調(diào)試非常方便。3. 提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 keil 等軟件。4. 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) cpu 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電

35、路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變,而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用有脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。同時(shí)，當(dāng)硬件調(diào)試成功后，利用 proteus ares 軟件，很容易獲得其 pcb 圖，為今后的制造提供了方便。3.1.2 proteus 的工作過程 運(yùn)行 proteus 的 isis 程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè) 置 view 菜單下的捕捉對(duì)齊和 system 下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過工 具欄中的 p 命令，在 p

36、ick devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào) 整其相對(duì)位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫程序；在source 菜單的 define code generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在 source 菜單的 add/removesource files 命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對(duì)應(yīng)程序；通過 debug 菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。 proteus 軟件提供了30 多個(gè)元件庫，數(shù)千種元件。元件涉及數(shù)字和模擬、交流和直流等。3.1.3 protues 測(cè)溫仿真通過仿真軟件驗(yàn)證該原理圖的可行性。采用 protues

37、 軟件對(duì)電路仿真，可以得到預(yù)期效果。仿真圖如圖 3-1 所示。溫度傳感器的仿真效果圖如圖 3-2 所示，此圖驗(yàn)證了傳感器的溫度與數(shù)碼管顯示的數(shù)字一致。圖 3-1 protues 仿真圖圖 3-2 ds18b20 仿真圖當(dāng)按下 k1 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 k2 或 k3 分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一。當(dāng)再次按下 k1 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 k2 或 k3 分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一。當(dāng)?shù)谌伟聪?k1 鍵時(shí)，退出溫度報(bào)警線設(shè)置。顯示當(dāng)前溫度。如圖 3-3 是第一次按下 k1 鍵顯示的上限溫度報(bào)警值，此時(shí)按

38、k2 或 k3 鍵分別對(duì)上限溫度報(bào)警值進(jìn)行加一或減一；圖 3-4 是第二次按下 k1 鍵顯示的下限溫度報(bào)警值，此時(shí)按 k2 或 k3 鍵分別對(duì)下限溫度報(bào)警值進(jìn)行加一或減一。圖 3-3 上限溫度報(bào)警值圖 3-4 下限溫度報(bào)警值3.1.4 性能分析性能測(cè)試可用制作的溫度計(jì)和已有的成品溫度計(jì)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量比較。由于ds18b20 的精度很高，所以誤差指標(biāo)可以限制在0.1以內(nèi)。另外，0100的測(cè)量范圍使得該溫度計(jì)完全適合一般的應(yīng)用場(chǎng)合，其低壓供電特性可以做成電池供電的手持電子溫度計(jì)。 3.2 總結(jié)本次設(shè)計(jì)主要是通過 at89c51 單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一款數(shù)字溫度計(jì)，該溫度計(jì)不僅能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量溫度值并顯示出

39、來，還能夠設(shè)定溫度上下限進(jìn)行監(jiān)控，若溫度高于設(shè)定上限值或低于下限值，則報(bào)警電路將進(jìn)行報(bào)警。此次課程設(shè)計(jì)中，難點(diǎn)在于 ds18b20 的使用，即對(duì)它的時(shí)序控制、初始化以及字節(jié)讀寫方法，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)或是時(shí)序控制不到位的話就不能得到正確的數(shù)據(jù)。一旦學(xué)會(huì)了正確的使用方法，就能感覺到它帶來的便利是熱電偶不能比擬的，以后再次使用的話就能很快上手了。3.2.1 硬件方面本設(shè)計(jì)采用的是 at89c51 單片機(jī)為核心的數(shù)字溫度計(jì)，包含了利用溫度傳感器ds18b20 的測(cè)溫電路、外接鍵盤、顯示電路、繼報(bào)警電路、復(fù)位電路和晶振電路。以ds18b20 為主要測(cè)溫元件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度值。以 4 位數(shù)碼管為顯示器件，

40、利用單片機(jī)的 p0 口和上拉電阻來驅(qū)動(dòng) 4 位數(shù)碼管的顯示；利用單片機(jī)的 p1.7 來驅(qū)動(dòng)溫度傳感器 ds18b20 測(cè)溫；報(bào)警電路利用三極管放大作用驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警；按鍵是利用單片機(jī)的 p1 口和上拉電阻來驅(qū)動(dòng)工作的。3.2.2 軟件方面本次設(shè)計(jì)利用 protues 軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，利用 keil c51 軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。c 語言設(shè)計(jì)了溫度的讀、寫程序，并利用程序?qū)崟r(shí)對(duì)顯示電路進(jìn)行更新操作。本次設(shè)計(jì)編寫了外接鍵盤的動(dòng)作程序，能夠感應(yīng)外接鍵盤的動(dòng)作情況對(duì)系統(tǒng)做出一系列相應(yīng)的調(diào)整和動(dòng)作。系統(tǒng)包含了通過外接鍵盤設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)值的程序，能夠比較基準(zhǔn)值并通過比較之后的結(jié)果對(duì)外圍電路產(chǎn)生相應(yīng)的控制。

41、軟件設(shè)計(jì)中，把程序按功能分模塊的話能提高編程效率，把問題一一解決，同時(shí)畫流程圖能幫助理清思路，使問題簡(jiǎn)單化。定義變量時(shí)，盡量定義局部變量，在字符型變量能達(dá)到要求的情況下就不用定義成整形變量了，以節(jié)省內(nèi)存空間。同時(shí)局部變量應(yīng)避免與全局變量取同名，否則全局變量將被屏蔽或與局部變量相沖突而達(dá)不到設(shè)計(jì)的效果。另一方面，取變量名時(shí)也要講究技巧，應(yīng)盡量使其見名知意，同樣地，寫程序時(shí)加注釋確是非常必要的，否則隔一段時(shí)間后，想再改進(jìn)或做擴(kuò)展的話就比較困難了，因?yàn)榧词故亲约簩懙某绦蛞沧兊秒y讀難懂了。在做鍵盤消抖時(shí)，延時(shí)的時(shí)間比較重要，一般為 10ms 左右，延時(shí)太短就會(huì)使按鍵太過靈敏，按一下就使數(shù)字跳變幾次；而

42、延時(shí)過長(zhǎng)則可能使按鍵按下了卻無響應(yīng)，在外部定義初始化一個(gè)延時(shí)函數(shù)的入口參量則能很方便地調(diào)整延時(shí)時(shí)間，以達(dá)到比較好的效果。另外，如果對(duì)按鍵進(jìn)行釋放判斷的話就能解決長(zhǎng)時(shí)間按鍵導(dǎo)致按鍵重復(fù)響應(yīng)的問題。參考文獻(xiàn)1 金發(fā)慶.傳感器技術(shù)與應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.181-1832 沙占友.智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用. 機(jī)北京：械工業(yè)出版社，2002.89-903 曹巧媛.單片機(jī)原理及應(yīng)用(第二版). 北京:電子工業(yè)出版社,2002.55-574 李建忠. .單片機(jī)原理及應(yīng)用. . 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.128-1345 李朝青. .單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）. .

43、杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.123-1256 趙文博，劉濤.單片機(jī)語言 c51 程序設(shè)計(jì).北京：人民郵電出版社,2005.1-47 王巧芝.51 單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用從入門到精通.北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.371-3908 王守中.51 單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例.北京：人民郵電出版社，2007.195-1989 周潤(rùn)景，張麗娜，丁莉.基于 protues 的電路及單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2009.1-210 從宏壽.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化：proteus 在電子電路與 51 單片機(jī)中的應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2012.1-55致謝值此之際，向在我畢業(yè)設(shè)計(jì)

44、期間給予我諄諄教誨的朱玉華老師表示衷心的感謝！ 感謝老師給了我很大的幫助。同時(shí)也離不開很多同學(xué)的熱心幫助，是他們?cè)谖矣龅诫y題的時(shí)候給了我啟發(fā)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能和解決問題方法方面得到很大的提高。更深入了解并掌握了傳感器的基本理論知識(shí)， 并在單片機(jī)實(shí)際電路開發(fā)和常用編程設(shè)計(jì)思路掌握方面有了一定程度的掌握，盡管本次設(shè)計(jì)還不是很完善，但這為我以后的設(shè)計(jì)之路積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。附錄附錄 a 程序清單#include #include#include /_nop_();延時(shí)函數(shù)用#define dm p0 /段碼輸出口#define uchar unsigned char#defin

45、e uint unsigned intsbit dq=p17; /溫度輸入口sbit l1=p20; /數(shù)碼管 1sbit l2=p21; /數(shù)碼管 2sbit l3=p22; /數(shù)碼管 3sbit l4=p23; /數(shù)碼管 4sbit beep=p35; /蜂鳴器sbit set=p14; /溫度設(shè)置切換鍵sbit add=p15; /溫度加sbit dec=p16; /溫度減int temp1=0; /顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度的標(biāo)志位為 0 時(shí)顯示當(dāng)前溫度uint h;uint temp;uchar r;uchar high=120,low=20;uchar sign;uchar q=0;u

46、char tt=0;uchar scale;uchar code ditab16=0 x00,0 x01,0 x01,0 x02, /溫度小數(shù)部分用查表法 0 x03,0 x03,0 x04,0 x04, 0 x05,0 x06,0 x06,0 x07, 0 x08,0 x08,0 x09,0 x09;uchar code table_dm12=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, /小數(shù)斷碼表 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f,0 x00,0 x40;uchar table_dm1=0 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf, /共陰

47、led 段碼表0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 - 0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87, 0 xff,0 xef; /個(gè)位帶小數(shù)點(diǎn)的斷碼表uchar data temp_data2=0 x00,0 x00; /讀出溫度暫放uchar data display5=0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00; /顯示單元數(shù)據(jù)，共 4 個(gè)數(shù)據(jù)和一個(gè)運(yùn)算暫用void delay(uint t) / 延時(shí)函數(shù)for (;t0;t-);void scan()int j;for(j=0;j0;i-)dq=1;_nop_();_nop_(); /從高拉倒低dq=0;_n

48、op_();_nop_();_nop_();_nop_(); /5 usdq=val&0 x01; /最低位移出delay(6); /66 usval=val/2; /右移 1 位dq=1;delay(1);uchar read_byte(void) /ds18b20 讀 1 字節(jié)函數(shù)/從總線上取 1 個(gè)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_(); /4 usdq=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop

49、_(); /4 usif(dq)value|=0 x80;delay(6); /延時(shí) 66 usdq=1;return(value);read_temp() /讀出溫度函數(shù)ow_reset(); /總線復(fù)位delay(200);write_byte(0 xcc); /發(fā)命令write_byte(0 x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令ow_reset();delay(1);write_byte(0 xcc); /發(fā)命令write_byte(0 xbe);temp_data0=read_byte(); /讀溫度值的第字節(jié)temp_data1=read_byte(); /讀溫度值的高字節(jié)temp=temp_d

50、ata1;temp6348) / 溫度值正負(fù)判斷tem=65536-tem;n=1; / 負(fù)溫度求補(bǔ)碼,標(biāo)志位置 1display4=tem&0 x0f; / 取小數(shù)部分的值display0=ditabdisplay4; / 存入小數(shù)部分顯示值display4=tem4; / 取中間八位,即整數(shù)部分的值display3=display4/100; / 取百位數(shù)據(jù)暫存display1=display4%100; / 取后兩位數(shù)據(jù)暫存display2=display1/10; / 取十位數(shù)據(jù)暫存display1=display1%10; /個(gè)位數(shù)據(jù)r=display1+display2*10+display3*100;if(!display3)/符號(hào)位顯示判斷display3=0 x0a; /最高位為 0 時(shí)不顯示if(!display2)display2=0 x0a; /次高位為 0 時(shí)不顯示if(n)display3=0 x0b; /負(fù)溫度時(shí)最高位顯示-void xianshi(int horl) /設(shè)置溫度顯示轉(zhuǎn)換int n=0;if(horl128)horl=256-horl;n=1;display3=horl/100;display3=display3&0 x0f