單片機(jī)課程設(shè)計報告(數(shù)字溫度計)

1、課程設(shè)計成績操作報告綜合指導(dǎo)教師簽名湖南理工學(xué)院南湖學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計報告 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 系 別 機(jī)電工程 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 07-2BF 完成時間 2010年 6月23日 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計1 緒論2 方案設(shè)計3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 主控制器3.2 顯示電路3.3 溫度傳感器工作原理3.4 溫度傳感器接口電路4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 主程序4.2 溫度測量4.2.1 初始化DS18B204.2.2 等待應(yīng)答信號4.2.3 DS18B20讀字節(jié)4.2.4 DS18B20寫字節(jié)4.2.5 啟動溫度測量4.2.6 讀取測量結(jié)果4.2.7各算法流程

2、圖4.3 數(shù)碼管顯示5 系統(tǒng)的測試與總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄1 原理圖附錄2 源程序清單1 緒 論隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)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)施就需要從單片機(jī)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。   現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機(jī)技術(shù))中

3、，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會的發(fā)展使

4、人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對以此傳感器，89S51單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測量裝置的工作原理及程序設(shè)計作了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計相比，其具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫要求比較準(zhǔn)確的場所，或科研實驗室使用。該設(shè)計控制器使用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)，測溫傳

5、感器使用DALLAS公司DS18B20，用數(shù)碼管來實現(xiàn)溫度顯示。2方案設(shè)計本設(shè)計主要是介紹了單片機(jī)控制下的溫度檢測系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計，并對其各功能模塊做了詳細(xì)介紹，其主要功能和指標(biāo)如下：利用溫度傳感器（DS18B20）測量某一點環(huán)境溫度測量范圍為-55125，精度為±0.5用數(shù)碼管進(jìn)行實際溫度值顯示采用AT89S52單片機(jī)P3 .5口控制溫度傳感器DS18B20的溫度測量，以四位數(shù)碼感形式輸出測量溫度，原理圖如下圖1.1所示： 圖2.1 DS18B20與單片機(jī)接口原理 圖2.2總體設(shè)計方框圖 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.1 主控制器 AT89S52 是一種低功耗、高性能CM

6、OS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0H

7、z 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52 圖3.1 時鐘電路與復(fù)位電路3.2顯示電路 顯示采用4位數(shù)碼管，圖3.2.1為數(shù)碼管段驅(qū)動，圖3.2.2為數(shù)碼管位驅(qū)動，圖3.2.3為溫度顯示電路 圖3.2.1數(shù)碼管段驅(qū)動 圖3.2.2數(shù)碼管位驅(qū)動 圖3.2.3溫度顯示電路3.3 溫度傳感器工作原理DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新

8、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一個端口引腳進(jìn)行通訊 簡單的多點分布應(yīng)用 無需外部器件 可通過數(shù)據(jù)線供電 零待機(jī)功耗 測溫范圍-55+125，以0.5遞增。華氏器件-67+2570F，以0.90F 遞增 溫度以9 位數(shù)字量讀出 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms（典型值） 用戶可定義的非易失性溫度報警設(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

9、溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖 3.3.1所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。其電路圖 3.3.2所示.。 圖 3.3.1外部封裝形式 圖3.3.2傳感器電路圖DS18B20的測溫原理如圖3.3.3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送給減法計數(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)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開

10、時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(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)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1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1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1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1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2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線

11、性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(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)到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化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)。圖3.3.3 DS18B20測溫原理圖在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有

12、效位（LSB），得到所測實際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值Cs和每度計數(shù)值CD?？紤]到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實際溫度Ts可用下式計算： 3.4 溫度傳感器接口電路 圖3.4.1溫度傳感器接口電路4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 主程序/*- 主函數(shù) -*/void main()while(1)Convert(); /調(diào)用啟動溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)RdTemp(); /調(diào)用讀取溫度值函數(shù) 4.2 溫度測量4.2.1 初始化DS18B20/*- 初始化DS18B20 -*/void TxReset() uint i;DQ=0;/發(fā)送復(fù)位脈沖

13、i=100;while(i>0) i-; /拉低900us DQ=1; /釋放總線i=4;while(i>0) i-;4.2.2 等待應(yīng)答信號/*- 等待DS18B20應(yīng)答 -*/void RxWait() uint i;while(DQ); /等待15-60uswhile(DQ); /DS18B20發(fā)出存在脈沖60-240usi=4;while(i>0) i-;4.2.3 DS18B20讀字節(jié)/*- 讀取一位數(shù)據(jù) -*/bit RdBit()uchar i;bit b;DQ = 0; /讀開始1usi+;DQ = 1; /產(chǎn)生讀時間隙15usi+;i+;b = DQ; /讀

14、位i = 8;while(i>0) i-; /等待60usDQ = 1; /釋放總線return b;/*- 讀取字節(jié)數(shù)據(jù) -*/uchar RdByte()uchar i,j,d;d=0;for(i=0;i<8;i+) /各位由低向高讀出DS18B20j=RdBit();d=(j<<7)|(d>>1);return d;4.2.4 DS18B20寫字節(jié)/*- 寫入字節(jié)數(shù)據(jù) -*/void WrByte(uchar d)uint i;uchar j;bit btmp;for(j=0;j<8;j+) /各位由低向高寫入DS18B20btmp=d&

15、0x01;d=d>>1;if(btmp) /寫1DQ=0; /延時15usi+;i+;DQ=1; /寫1時隙不低于60ui=8;while(i>0) i-;else /寫0DQ=0;i=8;while(i>0) i-; /保持低電平60us到120usDQ=1; /釋放總線i+;i+;4.2.5 啟動溫度測量/*- 啟動溫度測量-*/void Convert()uint i;Delay(125); /延時1msTxReset(); /初始化DS18B20RxWait(); /等待DS18B20答應(yīng)Delay(125); /延時WrByte(0xcc); /跳過ROM命令

16、WrByte(0x44); /溫度轉(zhuǎn)換命令for(i=0;i<250;i+) /延時1sDisplay();4.2.6 讀取測量結(jié)果/*- 讀取溫度值 -*/void RdTemp(void)short int temp;uint x;bit flag = 1;TxReset(); /初始化DS18B20RxWait(); /等待DS18B20應(yīng)答Delay(125); /延時WrByte(0xcc); /跳過ROM命令WrByte(0xbe); /讀暫存存儲器命令templow = RdByte(); /溫度值低字節(jié)，低4位為小數(shù)temphigh = RdByte(); /溫度值高字節(jié)

17、temp = (temphigh << 8) | templow; /溫度為16位補碼if(temp<0) /負(fù)溫度flag = 0;temp = temp + 1;tempzheng = temp >> 4; /溫度值整數(shù) x = temp & 0x000f; tempxiao = (x*10)/16; /溫度值小數(shù)if(flag) /正溫度disp0 = tempzheng/100; /百位else /負(fù)溫度disp0 = 16; /負(fù)號disp1 = (tempzheng%100)/10; /十位disp2 = tempzheng%10; /個位di

18、sp3 = tempxiao; /小數(shù) 4.2.7各算法流程圖圖 4.2.7.1DS18B20初始化流程圖 圖4.2.7.2主程序流程圖 開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標(biāo)志計算小數(shù)位溫度BCD值 計算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束置“+”標(biāo)志NY 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4.2.7.3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 圖4.2.7.4計算溫度流程圖 開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標(biāo)志計算小數(shù)位溫度BCD值 計算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束置“+”標(biāo)志NY圖4.2.7.5顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖4.3 數(shù)碼管顯示/*- 數(shù)碼管顯示 -*/void Display() uchar i

19、,j; j=0x08;for(i=0;i<4;i+) P1=j; /數(shù)碼管位碼輸出LOCK=1; /打開鎖存if(i=2) P0=leddispi|0x01; /顯示小數(shù)點 else P0=leddispi; /數(shù)碼管段碼輸出 LOCK=0; /關(guān)閉鎖存j=j>>1; /調(diào)整位碼 Delay(125);P0=0x00; 5 系統(tǒng)的測試與總結(jié)5.1 測試時的圖片 圖5.1.1溫度傳感器 圖5.1.2測試時室內(nèi)溫度顯示 圖5.1.3測試時手握住傳感器時的溫度顯示5.2總結(jié) 通過近兩個星期的單片機(jī)課程設(shè)計，我終于完成了“基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計”，心中不免有些高興，但高興之余也有

20、我值得深思的。 雖然以前做過類似的實驗，但這次的課程設(shè)計還是讓我學(xué)到了很多東西，單片機(jī)課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法。有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。通過這次的單片機(jī)課程設(shè)計我認(rèn)識到了，學(xué)習(xí)要理論聯(lián)系實際，把學(xué)到的理論知識同實際運用相結(jié)合，才能是我們的知識融匯貫通，才能真正的學(xué)到知識，真正的做到學(xué)以致用。參考文獻(xiàn) 1 李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社，20052 馬忠梅等. 單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（第4版），20073 江世明. 基于Proteus的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù). 電子工業(yè)出

21、版社，20094 彭偉. 單片機(jī)C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例. 電子工業(yè)出版社，20095 張毅剛 新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(第3版) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2008附錄1 原理圖附錄2 源程序清單#include <reg52.h>#define ulong unsigned long#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code led= 0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0, 0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e

22、,0x02,0x00 ; /數(shù)碼管碼表uchar disp4=1,2,3,4; /數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)/數(shù)碼管位選P1低四位，段選P0sbit LOCK=P14; /74573鎖存端sbit DQ=P35; /DS18B20數(shù)據(jù)端uchar templow; /溫度值低字節(jié)uchar temphigh; /溫度值高字節(jié)char tempzheng; /溫度值整數(shù)char tempxiao; /溫度值小數(shù)void Delay(uint x);void Display();void TxReset();void RxWait();bit RdBit();uchar RdByte();void WrBi

23、t(bit b);void WrByte(uchar d);void Convert();void RdTemp();sbit ACC0 = ACC0;sbit ACC7 = ACC7;/*- 主函數(shù) -*/void main()while(1)Convert(); /調(diào)用啟動溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)RdTemp(); /調(diào)用讀取溫度值函數(shù)/*- 初始化DS18B20 -*/void TxReset() uint i;DQ=0;/發(fā)送復(fù)位脈沖i=100;while(i>0) i-; /拉低900us DQ=1; /釋放總線i=4;while(i>0) i-;/*- 等待DS18B20應(yīng)答 -*

24、/void RxWait() uint i;while(DQ); /等待15-60uswhile(DQ); /DS18B20發(fā)出存在脈沖60-240usi=4;while(i>0) i-;/*- 讀取一位數(shù)據(jù) -*/bit RdBit()uchar i;bit b;DQ = 0; /讀開始1usi+;DQ = 1; /產(chǎn)生讀時間隙15usi+;i+;b = DQ; /讀位i = 8;while(i>0) i-; /等待60usDQ = 1; /釋放總線return b;/*- 讀取字節(jié)數(shù)據(jù) -*/uchar RdByte()uchar i,j,d;d=0;for(i=0;i<

25、8;i+) /各位由低向高讀出DS18B20j=RdBit();d=(j<<7)|(d>>1);return d;/*- 寫入字節(jié)數(shù)據(jù) -*/void WrByte(uchar d)uint i;uchar j;bit btmp;for(j=0;j<8;j+) /各位由低向高寫入DS18B20btmp=d&0x01;d=d>>1;if(btmp) /寫1DQ=0; /延時15usi+;i+;DQ=1; /寫1時隙不低于60ui=8;while(i>0) i-;else /寫0DQ=0;i=8;while(i>0) i-; /保持低電平60us到120usDQ=1; /釋放總線i+;i+;/*- 啟動溫度轉(zhuǎn)換 -*/void Convert()uint i;Delay(125); /延時1msTxReset(); /初始化DS18B20RxWait(); /等待DS18B20應(yīng)答Delay(125); /延時WrByte(0xcc); /跳過ROM命令WrByte(0x44); /