單片機(jī)課程設(shè)計

1、 新能源與動力工程學(xué)院課程設(shè)計報告基于51單片機(jī)數(shù)字溫度計設(shè)計 專業(yè) 班級 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 2015年 7 月蘭州交通大學(xué)新能源與動力工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱： 微機(jī)原理與單片機(jī)課程設(shè)計 指導(dǎo)教師（簽名）： 班級： 姓名： 學(xué)號： 一、課程設(shè)計題目基于單片機(jī)數(shù)字溫度計設(shè)計二、課程設(shè)計使用的原始資料（數(shù)據(jù)）及設(shè)計技術(shù)要求：利用單片機(jī)設(shè)計一個數(shù)字溫度計，要求選擇合適的溫度傳感器，及相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換芯片，通過傳感器采集室內(nèi)溫度，并由LED進(jìn)行顯示二、課程設(shè)計的目的1.掌握單片機(jī)的工作原理2.能夠進(jìn)行單片機(jī)簡單系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，包括電源模塊、復(fù)位模塊、及相應(yīng)的控制模塊的設(shè)計3.掌握單片機(jī)的指令

2、系統(tǒng)，能夠?qū)唧w的設(shè)計要求編寫相應(yīng)的控制程序三、課程設(shè)計的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求、工作量要求等） 1.設(shè)計單片機(jī)工作電源模塊及其復(fù)位電路2.設(shè)計顯示模塊：由led顯示當(dāng)前溫度值3.選擇傳感器，通過單片機(jī)采集其數(shù)據(jù)4.匯編語言編制相應(yīng)的控制程序，并對軟件進(jìn)行調(diào)試四、工作進(jìn)度安排7月6日：查閱資料，擬定設(shè)計方案；按要求制定出切實可行的方案7月7-8日：設(shè)計硬件電路及軟件程序；完成硬件設(shè)計及程序設(shè)計7月9-10日：仿真調(diào)試及產(chǎn)品焊接；先進(jìn)行計算機(jī)仿真再完成實際焊接7月11日：產(chǎn)品整理調(diào)試并完成設(shè)計報告；實現(xiàn)設(shè)計要求，報告按要求裝訂成冊7月12日：答辯；展示產(chǎn)品，并簡明扼要自

3、述五分鐘五、主要參考文獻(xiàn)孫育才.單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用.東南大學(xué)出版社.2004李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.杭州北京航空航天大學(xué)出版社.1998李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1994閆 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京：高等教育出版社.1989審核批準(zhǔn)意見系主任（簽字） 年月日指導(dǎo)教師評語及成績指導(dǎo)教師評語成績設(shè)計過程（40）設(shè)計報告（50）小組答辯（10）總成績（100）指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄1設(shè)計原始資料12方案設(shè)計13整機(jī)電路54軟件設(shè)計55仿真與調(diào)試66電路板設(shè)計77結(jié)論7參考文獻(xiàn)10附件11 1 設(shè)計原始資料1.1 具體題目基于51單

4、片機(jī)數(shù)字溫度計設(shè)計。1.2要完成的內(nèi)容本設(shè)計要完成的主要內(nèi)容是采用數(shù)字式溫度傳感器為檢測器件，進(jìn)行單點溫度檢測。用數(shù)碼管直接顯示溫度值，微機(jī)系統(tǒng)作為數(shù)字溫度計的控制系統(tǒng)。2 方案設(shè)計2.1總體初步方案 本系統(tǒng)是一個基于單片機(jī)AT89C51的數(shù)字溫度計的設(shè)計，用來測量環(huán)境溫度。整個設(shè)計系統(tǒng)分為4部分：單片機(jī)控制、溫度傳感器、數(shù)碼顯示以及鍵盤控制電路。整個設(shè)計是以AT89C51為核心，通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A/D轉(zhuǎn)換，同時因其輸出為數(shù)字形式，且為串行輸出，這就方便了單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，但同時也對編程提出了更高的要求。單片機(jī)把采集到的溫度進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后，使之能夠方便

5、地在數(shù)碼管上輸出。LED采用四位一體共陰的數(shù)碼管。 微控制器 模塊LED顯示電路時鐘電路溫度傳感器復(fù)位電路 圖1 系統(tǒng)硬件框圖2.2模塊方案分析2.2.1微處理器模塊單片機(jī)AT89C51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。 圖2 AT89C51單片機(jī)的管腳圖兼容MCS-51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫（>1000次）Flash ROM32個雙向I/O口可編程UARL通道兩個16位可編程定時/計數(shù)器全靜態(tài)操作0-24MHz1個串行中斷128x8bit內(nèi)部RAM兩個外部中斷源共6個中斷源可直接驅(qū)動LED3

6、級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能表1 AT89C51單片機(jī)的管腳功能2.2.2復(fù)位電路為確保兩點間溫度控制系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.755.25V。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其目的是使CPU及各專用寄存器處于一個確定的初始狀態(tài)。如：把PC的內(nèi)容初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要復(fù)位以使其恢復(fù)正常工作狀態(tài)。RST端的外部復(fù)位電路有兩種操作方式

7、：上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，本系統(tǒng)設(shè)計采用上電復(fù)位，如圖3所示。上電復(fù)位是直接將RST端通過電阻接高電平來實現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。圖3復(fù)位電路2.2.3時鐘電路單片機(jī)的時鐘信號用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號。單片機(jī)的時鐘信號用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。本系統(tǒng)設(shè)計采用內(nèi)部振蕩方式，如圖4所示。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時

8、鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式。圖4時鐘電路2.2.4溫度傳感器本設(shè)計的測溫系統(tǒng)采用芯片DS18B20，DS18B20是DALLAS公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器，它的體積更小，適用電壓更寬，更經(jīng)濟(jì)。實現(xiàn)方法簡介DS18B20采用外接電源方式工作，一線測溫一線與STC89C51連接，測出的數(shù)據(jù)放在寄存器中，將數(shù)據(jù)經(jīng)過BCD碼轉(zhuǎn)換后送到LED顯示。DS18B20溫度傳感器是美國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

9、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(jī)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； 2.2.5 LED顯示電路通過排阻與LED顯示器相連組成，電路圖如圖5圖5 LED顯示電路圖3整機(jī)電路當(dāng)接通電源以后，溫度傳感器正常工作，溫度傳感器將根據(jù)被測溫度的不同來采集不同的數(shù)據(jù)，然后將所采集到的數(shù)據(jù)傳送到比較器到中，然后由比較器將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成高低電平，在送入單片機(jī)

10、，單片機(jī)通過控制各個引腳電平的高低來來控制溫度的顯示輸出。整機(jī)電路圖如圖6圖6整機(jī)電路圖4軟件設(shè)計整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型的時候軟件也基本定下拉了，從軟件的功能不同，可以分為兩的類：一是主程序，它是整個軟件的核心，專門用來協(xié)調(diào)各個執(zhí)行模塊和操作者的聯(lián)系。二是子程序，它是用來完成各種實質(zhì)性的工作的，如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件就是一個小的執(zhí)行模塊，這里將每一個模塊一一列出來，并為每個執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好以后，就可以規(guī)劃監(jiān)控軟件了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的主程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實時性的條件，合理安排監(jiān)控軟件和

11、執(zhí)行軟件之間的調(diào)度關(guān)系。5仿真與調(diào)試5.1仿真與調(diào)試此設(shè)計的電路在Proteus軟件中進(jìn)行仿真，運行 Proteus 的 ISIS 程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。主界面由菜單欄、工具欄、預(yù)覽窗口、元件選擇按鈕、元件列表窗口、原理圖繪制窗口和仿真進(jìn)程控制按鈕組成（如圖7-2所示）。通過元件選擇按鈕 P (從庫中選擇元件命令) 命令，在彈出的 Pick Devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，對元件參數(shù)設(shè)置及元器件間連線，完成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件原理圖繪制。5.2調(diào)試與運行系統(tǒng)的性能調(diào)試以（1、主程序）為主。硬件調(diào)試比較簡單，首先檢查電路的焊接是否正確，然后用萬用表測試。

12、軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗，然后分別進(jìn)行主程序、從程序的編寫和調(diào)試，由于DS18B20與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此對DS18B20進(jìn)行編程時必須嚴(yán)格地保證讀寫時序，否則將無法讀取測量結(jié)果。性能測試可用制作的溫度計和已有的成品溫度計來同時測量比較，由于DS18B20精度較高，所以誤差指標(biāo)可以限制在0.1°C以內(nèi)，另外，-55°C至+125°C的測溫范圍使得該溫度計完全適用于一般的應(yīng)用場合，其低電壓供電的特性可做成電池供電的手持電子溫度計。將編好的c語言程序生成hex文件，下載到單片機(jī)中。接上電源，測得溫度為29.2攝氏度。比較準(zhǔn)確。 下載程序

13、的過程如下：（1）首先啟動KEIL C51軟件的集成開發(fā)環(huán)境，從桌面上雙擊uVision圖標(biāo)以啟動軟件。（2）建立工程文件。通常單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件包含多個源程序文件，KEIL C51使用工程這一概念，將這些參數(shù)設(shè)置和所需的所有文件都加在一個工程中。因此，需要建立一個工程文件，并為這個工程選擇CPU，確定編譯，匯編，連接的參數(shù)，指定調(diào)試的方式。（3）建立并添加源文件。使用菜單或者單擊工具欄的新建文件按鈕，出現(xiàn)文本便捷窗口，在該窗口中輸入新編制的源程序并保存該文件。然后，我打開已經(jīng)畫好的仿真圖，再將生成的HEX文件導(dǎo)入單片機(jī)里，點擊開始按鈕，電路正常工作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)先設(shè)想的所有功能，而且效果很

14、好，從而驗證了我的程序的正確性。6電路板設(shè)計由于在布線過程中需用單層布線，在我的原理圖中元件多，所以我將原理圖劃分為了兩塊，一塊以第一個板塊主要以單片機(jī)AT89C52和傳感器為主，由于未找到傳感器，用三極管替之，另一塊主要以鎖存器和LED顯示器為主。原理圖見附錄一7結(jié) 論本次的課程設(shè)計共一周時間，分別進(jìn)行了DS18D20電路原理圖的設(shè)計，電路仿真圖的設(shè)計以及實物電路板的焊制三個過程。經(jīng)過這次的課程設(shè)計，我們不僅加深了對Proteus仿真軟件的了解和使用，還學(xué)到了許多課本上沒有涉及知識，練習(xí)了電路原理圖的設(shè)計和仿真運行，同時對上學(xué)期學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程進(jìn)行了一次全面的復(fù)習(xí)和鞏固，收益很大。我們知道，

15、課程設(shè)計一般強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)的同時，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。在專業(yè)知識與研究方法方面為日后的畢業(yè)設(shè)計乃至畢業(yè)后的工作奠定良好的基礎(chǔ)對DS18D20電路原理圖設(shè)計，剛開始感覺有一定的難度，主要是對Proteus仿真軟件及功能的不了解。但在老師和同學(xué)的幫助下還是順利的完成了，進(jìn)而對接下來的兩個任務(wù)有了興趣。整個課設(shè)的過程就是一個學(xué)習(xí)的過程。因為在課設(shè)的過程中，我們必須熟悉電路原理及器件的使用特點

16、，這些都是對課本知識復(fù)習(xí)和鞏固。所以 我覺得課設(shè)是一個很重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，值得我們應(yīng)該很認(rèn)真的去對待！由于本次課程設(shè)計是由分組進(jìn)行完成的，所以通過這次的課設(shè)我更加了解到合作的重要性。三周的設(shè)計中，我們組成員都參加了設(shè)計的各個方面的討論和動手實踐，大家更具自己的實際情況做了不同的分工，合理的利用了時間，感覺得到了很好的經(jīng)驗。這次課設(shè)讓我對單片機(jī)有了進(jìn)一步的了解，而且對Proteus仿真軟件的有了一定了解。體會到了Proteus仿真軟件的強大。最主要的是我們能夠自己通過單片機(jī)焊接事物，這是我們在課堂上是學(xué)不到的。極大地增強了我們的動手實踐能力。通過本次課設(shè)，能夠使我們熟練掌握單片機(jī)控制電路的設(shè)計、程

17、序編寫和整體焊接及系統(tǒng)調(diào)試，從而全面地提高我們對單片機(jī)的軟件、硬件等方面的理解，進(jìn)而增強我們在實踐環(huán)節(jié)的動手操作能力。譬如，我們可以根據(jù)實驗指導(dǎo)書的要求，完成DS18D20電路的硬件設(shè)計、電路器件的選擇、單片機(jī)軟件的運行、以及整體系統(tǒng)調(diào)試，并寫出完善的設(shè)計報告。在進(jìn)行課設(shè)之前，要求我們具備數(shù)字電路、模擬電路、電路基礎(chǔ)、微機(jī)原理、電力電子、電機(jī)學(xué)和單片機(jī)等相關(guān)課程的知識，并具備一些基本的實踐操作水平，為以后的就業(yè)打好一定的基礎(chǔ)。總的來說，這次的課程設(shè)計自己還是很滿意的，感覺收獲了不少東西，相信此次學(xué)到的知識在以后的生活和學(xué)習(xí)中對我會有很大的幫助！參 考 文 獻(xiàn)1孫育才.單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用.東

18、南大學(xué)出版社.20042李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.杭州北京航空航天大學(xué)出版社.19983李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.19944閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京：高等教育出版社.1989附件一原理圖- 19 -附件二元件清單名稱規(guī)格數(shù)量名稱規(guī)格數(shù)量萬用板7*9140腳IC座13pin圓孔母座1溫度傳感器DS18B201電阻2.2K4小按鍵1電阻10K2數(shù)碼管1電容10uF1DC電源插座1瓷片電容30pF2USB電源線19012三極管4自鎖開關(guān)1晶振12MHz1導(dǎo)線若干C51單片機(jī)1焊錫若干附件三實物圖附件四源程序#include<reg52.h

19、> #define ui unsigned int#define uc unsigned char /宏定義sbit DQ =P37; /定義DS18B20總線I/Obit bdata fuhao;uc qian,bai,shi,ge;uc code led=0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7;uc code led_dian=0x7f,0x64,0xbd,0xf5,0xe6,0xf3,0xfb,0x67,0xff,0xf7;/=DS18B20=/*延時子程序*/void Delay(int num)while(num-)

20、;/*初始化DS18B20*/void Init_DS18B20()DQ = 1; /DQ復(fù)位Delay(8); /稍做延時DQ = 0; /單片機(jī)將DQ拉低Delay(80); /精確延時，大于480usDQ = 1; /拉高總線Delay(40);/*讀一個字節(jié)*/uc ReadOneChar()uc i=0;uc dat = 0;for (i=8;i>0;i-)DQ = 0; / 給脈沖信號dat>>=1;DQ = 1; / 給脈沖信號if(DQ)dat|=0x80;Delay(4);return(dat);/*寫一個字節(jié)*/void WriteOneChar(uc d

21、at)uc i=0;for (i=8; i>0; i-)DQ = 0;DQ = dat&0x01;Delay(5);DQ = 1;dat>>=1;/*讀取溫度*/ui ReadTemperature() ui a=0,b=0,t=0; float tt=0; 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 a=Re

22、adOneChar(); /讀低8位 b=ReadOneChar(); /讀高8位 t=b; t<<=8; t=t|a; if(t&0xf800) t=t+1;fuhao=1; else fuhao=0; tt=t*0.0625; t=tt*10+0.5; /放大10倍輸出并四舍五入 return(t);/*讀取溫度*/void check_wendu()ui f;f=ReadTemperature(); /獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差qian=f/1000;bai=(f%1000)/100; /計算得到十位數(shù)字shi=(f%1000)%100)/10; /計算得到個位數(shù)字ge=(f%1000)%100)%10; /