單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告趙鑫

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 數(shù)字溫度計(jì) 院 （系） 工學(xué)院（電氣工程系） 專 業(yè) 電子信息工程 年 級(jí) 10-2班 姓 名 趙鑫 學(xué) 號(hào) 10043225指導(dǎo)教師 舒昌 2013年 12 月 1 日電子信息工程專業(yè)10級(jí)學(xué)生單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)題目三、數(shù)字溫度計(jì)指導(dǎo)教師舒 昌職稱講師設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1 基本要求(1) 采用DS18B20作為溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)(2) 對(duì)采集溫度進(jìn)行顯示（顯示溫度分辨率0.1）(3) 采集溫度數(shù)值應(yīng)采用數(shù)字濾波措施，保證顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定(4) 顯示數(shù)據(jù)，無(wú)數(shù)據(jù)位必須消隱。2.設(shè)計(jì)步驟(1) 使用Proteus按設(shè)計(jì)要求繪制電路圖。(2) 按要求編寫相應(yīng)程

2、序。(3) 使用Proteus仿真程序，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。(4) 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告3撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容包括題目、摘要、目錄、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)等。學(xué)生在完成上述全部工作之后，應(yīng)將全部?jī)?nèi)容以先后順序?qū)懗稍O(shè)計(jì)報(bào)告一份，闡述整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，要求重點(diǎn)突出、特色鮮明、語(yǔ)言簡(jiǎn)練、文字通暢，字跡工整。報(bào)告書以A4紙打印，裝訂成冊(cè)（文字不少于3000 字）。數(shù)字溫度計(jì)摘要：隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來(lái)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)施就需要從數(shù)單片

3、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。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)STC89S51，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用LCD實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。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),本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(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：?jiǎn)纹瑱C(jī)，數(shù)字控制，溫度計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1)采用DS18B20作為溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)(2)

4、對(duì)采集溫度進(jìn)行顯示（顯示溫度分辨率0.1）(3)采集溫度數(shù)值應(yīng)采用數(shù)字濾波措施，保證顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定(4)顯示數(shù)據(jù)，無(wú)數(shù)據(jù)位必須消隱。二方案設(shè)計(jì)與論證 數(shù)字溫度計(jì)是測(cè)溫儀器類型的其中之一。根據(jù)所用測(cè)溫物質(zhì)的不同和測(cè)溫范圍的不同，有煤油溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、溫差電偶溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)和光測(cè)溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)等。（1）、溫度傳感模塊方案一：采用熱敏電阻，熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的，也不能滿足測(cè)量范圍。在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，也常采用單片溫度傳感器，比如AD590，LM35等。但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才能送給

5、計(jì)算機(jī)，這樣就使測(cè)溫系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。另外，這種測(cè)溫系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。 方案二：采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度，直接輸出數(shù)字信號(hào)。便于單片機(jī)處理及控制，節(jié)省硬件電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，此元件線形性能好，在0100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)到微控制器。每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)有的不可修改的64位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)可訪問(wèn)不同的器件。這樣一條總線上可掛接多個(gè)D

6、S18B20傳感器，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量，輕松的組建傳感網(wǎng)絡(luò)。 綜上分析，我們選用第二種方案。圖1.溫度傳感模塊仿真圖(2)、顯示模塊 方案一：采用8位段數(shù)碼管，將單片機(jī)得到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。該方案簡(jiǎn)單易行，但所需的元件較多，且不容易進(jìn)行操作，可讀性差，一旦設(shè)定后很難再加入其他的功能，顯示格式受限制，且大耗電量大，不宜用電池給系統(tǒng)供電。 方案二：采用液晶顯示器件，液晶顯示平穩(wěn)、省電、美觀，更容易實(shí)現(xiàn)題目要求，對(duì)后續(xù)的園藝通兼容性高，只需將軟件作修改即可，可操作性強(qiáng)，也易于讀數(shù)，采用RT1602兩行十六個(gè)字符的顯示，能同時(shí)顯示其它的信息如日期、時(shí)間、星期、溫度。 綜上分析，我們采用了第二個(gè)方

7、案圖2.顯示模塊仿真圖三、單元電路設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為控制核心對(duì)溫度傳感器DS18B20控制，讀取溫度信號(hào)并進(jìn)行計(jì)算處理，并送到液晶顯示器LCD1602顯示。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成：主控制器、測(cè)溫電路和顯示電路。四、總原理圖圖3.總原理圖 DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率對(duì)溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成-55，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1，這個(gè)過(guò)程重

8、復(fù)進(jìn)行，直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)便停止。初始時(shí)，計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與-55相對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)置值。以后計(jì)數(shù)器1每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加1計(jì)數(shù)器所需要的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。DS18B20內(nèi)部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計(jì)數(shù)器2停止計(jì)數(shù)后，比較器將計(jì)數(shù)器1中的計(jì)數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與0.25進(jìn)行比較，若低于0.25，溫度寄存器的最低位就置0；若高于0.25，最低位就置1；若高于0.75時(shí)，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位然后置0。這樣，經(jīng)過(guò)比較后所得

9、的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最后位代表0.5，四舍五入最大量化誤差為1/2LSB，即0.25。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號(hào)位，其余8位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。測(cè)溫結(jié)束時(shí)，這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲(chǔ)器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號(hào)位占用第一字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。DS18B20測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入

10、溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)該為9位，但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，所以最后以16位補(bǔ)碼形式讀出。DS18B20工作過(guò)程一般遵循以下協(xié)議：初始化ROM操作命令存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)DS18B20的高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如圖3所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。表1.存儲(chǔ)器分配表 五、軟件部分 系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、計(jì)算溫度子程序、顯示等等。 1.主程序主要功能是完成DS18B20的初始化工作，并進(jìn)行讀溫度，將溫度轉(zhuǎn)化成為壓縮

11、BCD碼 并在顯示器上顯示傳感器所測(cè)得的實(shí)際溫度。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)需要進(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。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位分辯率時(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。4.計(jì)算溫度子程序計(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。 六、調(diào)試與分析數(shù)字溫度計(jì)在測(cè)量中除誤差外，還有內(nèi)部固定偏差，視覺(jué)，環(huán)境溫度的變化，選用期間的溫漂，器件的精度，電源電壓的波動(dòng)，輸入端各種雜散參數(shù)以及測(cè)量信號(hào)寫波分量

12、等因素引起的系統(tǒng)誤差。一起精度不高，認(rèn)為讀書存在誤差。測(cè)量值達(dá)不到理論值，多次測(cè)量取平均值誤差降到最小。圖4.調(diào)試前圖5.調(diào)試后七、總結(jié)與心得通過(guò)這次基于DS18B20傳感器測(cè)量溫度的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多東西。這次設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我們獨(dú)立思考的能力。一個(gè)好的設(shè)計(jì)需要通過(guò)我們不斷的思維，不斷的改善。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)之后，我們不像以前那樣，遇到問(wèn)題都不愿意獨(dú)立思考，只會(huì)一味的向別人求助?，F(xiàn)在，我們會(huì)通過(guò)自己的思考，解決我們自己遇到的問(wèn)題和困難。還有，我們學(xué)會(huì)不能手高眼低，要踏踏實(shí)實(shí)，從基礎(chǔ)學(xué)起、做起。一開始我們通過(guò)討論，初步有了設(shè)計(jì)的方案，覺(jué)得還是比較簡(jiǎn)單的。但是，具體到設(shè)計(jì)時(shí)，我們遇到了很多麻煩，比如如何將傳感

13、器得到的溫度轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，如何將電信號(hào)輸送到單片機(jī)進(jìn)行控制，如何把測(cè)得的溫度用數(shù)字顯示出來(lái)等等。這就要求我們學(xué)習(xí)要一步一個(gè)腳印，掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)了。最重要的一點(diǎn)是，我們?cè)谶@次設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了自己的學(xué)習(xí)能力。就那DS18B20來(lái)說(shuō)，由于我們書本上沒(méi)有介紹到這種溫度傳感器，所以我們就通過(guò)學(xué)習(xí)DS18B20的說(shuō)明書，了解它工作的原理以及特性，并弄清楚在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要注意的事項(xiàng)，對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化、編程的要求和規(guī)定等。培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)的能力，無(wú)論以后我們要做什么樣的設(shè)計(jì)，我們都能夠通過(guò)查閱資料來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后，本次設(shè)計(jì)能夠順利完成，我要特別感謝實(shí)驗(yàn)室老師給予的大力支持和熱心幫助。七、參考文獻(xiàn)【1

14、】 梁森，歐陽(yáng)三泰，王侃夫. 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.【2】 高洪志.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)教程【M】北京：人民郵電出版社，2009.附件完整程序如下：#include #include typedef unsigned char uint8;#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit DQ = P33; / 定義DQ引腳為P3.3uchar code Bw10= 0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;/百位編碼ucha

15、r code Xsw16=0x30,0x31,0x31,0x32,0x33,0x33,0x34,0x34,0x35,0x36,0x36,0x37,0x38,0x38,0x39,0x39;/小數(shù)位編碼sbit RS = P20 ;sbit RW = P21 ;sbit EN = P22 ;sbit BUSY = P07;uchar wendu;uchar temp_g,temp_d;unsigned char code word1=Temperature:;void delay(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i0;-i)for(j=110;j0;-j);void Del

16、ayus(int t) /在11.059MHz的晶振條件下調(diào)用本函數(shù)需要24s ，然后每次計(jì)數(shù)需16s int s; for (s=0; st;s+); 等待繁忙標(biāo)志void wait(void)P0 = 0xFF;doRS = 0;RW = 1;EN = 0;EN = 1;while (BUSY = 1);EN = 0; 寫數(shù)據(jù)void w_dat(uint8 dat)wait();EN = 0;P0 = dat;RS = 1;RW = 0;EN = 1;EN = 0; 寫命令void w_cmd(uint8 cmd)wait();EN = 0;P0 = cmd;RS = 0;RW = 0;

17、EN = 1;EN = 0;發(fā)送字符串到LCDvoid w_string(uint8 addr_start, uint8 *p)w_cmd(addr_start);while (*p != 0)w_dat(*p+); 初始化1602void Init_LCD1602(void)w_cmd(0x38); / 16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口w_cmd(0x0c); / 顯示器開、光標(biāo)開、光標(biāo)允許閃爍w_cmd(0x06); / 文字不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移w_cmd(0x01); / 清屏uchar Reset()/完成單總線的復(fù)位操作。 uchar d; DQ = 0; / 將 DQ 線拉低

18、Delayus(29); / 保持 480s .復(fù)位時(shí)間為480s，因此延時(shí)時(shí)間為(480-24)/16 = 28.5，取29s。 DQ = 1; / DQ返回高電平 Delayus(3); / 等待存在脈沖.經(jīng)過(guò)70s之后檢測(cè)存在脈沖，因此延時(shí)時(shí)間為(70-24)/16 = 2.875，取3s。 d = DQ; / 獲得存在信號(hào) Delayus(25); / 等待時(shí)間隙結(jié)束 return(d); / 返回存在信號(hào)，0 = 器件存在, 1 = 無(wú)器件void write_bit(uchar bitval)/向單總線寫入1位值：bitval DQ = 0; / 將DQ 拉低開始寫時(shí)間隙 if(b

19、itval=1) DQ =1; / 如果寫1，DQ 返回高電平 Delayus(5);/ 在時(shí)間隙內(nèi)保持電平值， DQ = 1; / Delayus函數(shù)每次循環(huán)延時(shí)16s，因此Delayus(5)=5*16+24=104svoid ds18write_byte(char val)/向單總線寫入一個(gè)字節(jié)值：val uchar i; uchar temp; for (i=0; ii; temp &= 0x01; write_bit(temp); Delayus(5);uchar read_bit()/從單總線上讀取一位信號(hào)，所需延時(shí)時(shí)間為15s，因此無(wú)法調(diào)用前面定義 /的Delayus()函數(shù)，而

20、采用一個(gè)for()循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)。 uchar i; DQ = 0; /將DQ 拉低開始讀時(shí)間隙 DQ = 1; / 然后返回高電平 for (i=0; i3; i+); / 延時(shí)15s return(DQ); / 返回 DQ 線上的電平值uchar ds18read_byte()/從單總線讀取一個(gè)字節(jié)的值 uchar i; uchar value = 0; for (i=0;i8;i+) / 讀取字節(jié)，每次讀取一個(gè)字節(jié) if(read_bit() value|=0x01i; / 然后將其左移 Delayus(6); return(value);int Readtemperature()/如果單總線節(jié)點(diǎn)上只有一個(gè)器件則可以直接掉用本函數(shù)。如果節(jié)點(diǎn)上有多個(gè)器 /件，為了避免數(shù)據(jù)沖突，應(yīng)使用Match ROM函數(shù)來(lái)選中特定器件。 uchar temp_d,temp_g,k,get2,temp; Reset(); ds18write_byte(0xcc); / 跳過(guò) ROM ds18write_byte(0x44); / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 Delayus(5); Reset(); ds18write_byte(0xcc); / 跳過(guò) ROM ds18write_byte(0xbe); / 讀暫存器