單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、. . . . 單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)系系 別：別： 電氣電子工程系電氣電子工程系 學(xué)生：學(xué)生：專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 應(yīng)用電子技術(shù)應(yīng)用電子技術(shù) 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：. . . . 摘 要當(dāng)今科技發(fā)展日新月異，電子技術(shù)與微電腦控制技術(shù)的應(yīng)用無(wú)處不在，使我們的生活更加豐富多彩，為我們帶來(lái)了很多的便利。傳統(tǒng)的溫度計(jì)都是采用水銀熱漲冷縮的原理制成的。這種溫度計(jì)不但本身誤差就大而且由于人讀取時(shí)的視覺(jué)誤差，導(dǎo)致讀取的數(shù)據(jù)并不精確。電子溫度傳感器不僅采用采集數(shù)據(jù)精度高的 DS18B20 組成，而且有四位一體的數(shù)碼管作為顯示裝置，這樣更便于讀取數(shù)據(jù)，給我們實(shí)時(shí)了解溫度的變化提供

2、了便利。 下面的篇章主要介紹通過(guò)對(duì) AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，DS18B20 的詳解，并以此為控制核心，同時(shí)利用溫度傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并以按鍵控制溫度。此項(xiàng)目主要包括溫度傳感部分，提示報(bào)警部分，開(kāi)關(guān)控制部分與按鍵控制部分。 同時(shí)對(duì)項(xiàng)目研究背景與意義進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：STC89C51，數(shù)字控制，溫度計(jì)，DS18B20. . . . II / 19目錄摘要 .2目錄 .3緒論 .3第一章 設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)組成 .41.1 設(shè)計(jì)方案 .41.2 系統(tǒng)組成 .5第二章 硬件結(jié)構(gòu)與工作原理 .62.1 硬件結(jié)構(gòu).62.2 溫度監(jiān)測(cè)與控制電路 .7第三章 軟件設(shè)計(jì) .103.1

3、 主程序流程圖 .113.2 語(yǔ)言介紹.11第四章 調(diào)試 .13第五章 結(jié)論 .14 參考文獻(xiàn) .15. . . . 緒論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，它給人帶來(lái)的方便也是無(wú)可置疑的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子。隨著人們對(duì)它的要求越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作和生活提供更好、更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字單片機(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。溫度測(cè)量在物理實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域，尤其在熱學(xué)實(shí)驗(yàn)（如：物體的比熱容、汽化熱、熱功當(dāng)量、壓強(qiáng)溫度系數(shù)等教學(xué)實(shí)驗(yàn)）中，有特別重要的意義。目前溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度

4、計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等。現(xiàn)在所使用的溫度計(jì)通常都是精度為 1和 0.1的水銀、煤油或酒精溫度計(jì)，這些溫度計(jì)的刻度間隔通常都很密，不容易準(zhǔn)確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比較大，達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長(zhǎng)，因此很難讀準(zhǔn)，并且使用非常不方便。本文所介紹的數(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)溫圍廣、測(cè)溫準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要供測(cè)溫要求準(zhǔn)確的場(chǎng)所和科研實(shí)驗(yàn)室使用。. . . . 2 / 19第一章第一章 設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)組成1.11.1 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案1：溫度采集電路溫度采集電路溫度采集部分要求精確度高，反應(yīng)靈敏，可采集的圍廣，使用

5、方便，而 dollar 公司生產(chǎn)的 DS18B20 采用單總線信號(hào)輸入，同時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)換誤差、無(wú)傳輸損耗，測(cè)量精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定，可測(cè)圍廣，適用不同領(lǐng)域。1.單片機(jī)控制調(diào)節(jié)部分單片機(jī)控制調(diào)節(jié)部分它利用了 AT89C52 單片機(jī)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)輸入程序，與鍵位設(shè)定，同時(shí)它采用四個(gè)獨(dú)立按鍵，可分別對(duì)個(gè)位和十分位的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以方便用戶調(diào)節(jié)，同時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)設(shè)定的初始值比正常溫度稍微低些，調(diào)節(jié)時(shí)不是從零開(kāi)始節(jié)省了調(diào)節(jié)的時(shí)間，溫度的調(diào)節(jié)控制，滿足了智能化的要求。2.2.適時(shí)溫度顯示適時(shí)溫度顯示此項(xiàng)目采用了 SM410564 四位數(shù)碼管，通過(guò)溫度傳感器和單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，把當(dāng)前環(huán)境下的溫度數(shù)據(jù)適時(shí)傳輸給數(shù)碼管，方便用戶

6、了解當(dāng)前溫度，為下一步工作做好鋪墊。電路模塊圖示如下：. . . . 3 / 191.2 系統(tǒng)組成系統(tǒng)的硬件：1）溫度采集與控制電路； 2）鍵盤輸入電路；3）數(shù)碼顯示電路；4）單片機(jī)外圍電路；5）輔助繼電器工作電路；6）蜂鳴提醒與 led 警示電路；7）插座電路等系統(tǒng)的軟件：主要包括溫度檢測(cè)程序，鍵盤控制程序與繼電器控制程序，主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)與當(dāng)前溫度自動(dòng)控制的功能。溫度控制調(diào)節(jié)部分溫度采集部分電路鍵盤控制數(shù)碼管顯示. . . . 4 / 19第二章第二章 硬件結(jié)構(gòu)與工作原理硬件結(jié)構(gòu)與工作原理獨(dú)立鍵盤輸入DS18B20溫度采集警示與提示電部分AT89C52單片機(jī)數(shù)碼顯示12m 晶振電路復(fù)位電路

7、. . . . 5 / 192.12.1 硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)要求畫出的原理總圖：該電路采用 AT89C52 單片機(jī)為中心控制芯片。AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的 PEROM 和256bytes 的 RAM 以與通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元。AT89C52 功能強(qiáng)大，可充分滿足該控制器存儲(chǔ)等各方面的需求。A AT T8 89 9C C5 52 2 功功能能簡(jiǎn)簡(jiǎn)述述：AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，256 字節(jié)部RAM，32 個(gè) I/O 口線，3

8、 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器，一個(gè) 6 位向量級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串通信口，片振蕩器與時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52 可降至的靜. . . . 6 / 19態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選節(jié)電工作方式：空閑方式停止的工作，但允許 RAM 的容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C52 引腳圖AT89C52AT89C52 的參數(shù)了解：的參數(shù)了解：工作溫度 55125儲(chǔ)藏溫度 65150任一引腳對(duì)地電壓 17最高工作電壓 6.6直流輸出電流 152.22.2 溫度監(jiān)測(cè)與控制電路溫度監(jiān)測(cè)與控制電路2 2.2.1.2.1 溫度采集裝置：溫度采集裝置：采用串行數(shù)字溫度

9、傳感器 DS18B20 芯片使其換成脈沖信號(hào)，送到 89C52 的I/O 端口 2.7 口(編程為計(jì)數(shù)器工作模式)，通過(guò)測(cè)量輸出脈沖頻率的大小來(lái)?yè)Q. . . . 7 / 19算成溫度高低信號(hào)DS18B20 外形圖和引腳說(shuō)明1 1、D DS S1 18 8B B2 20 0 技技術(shù)術(shù)性性能能描描述述1.1 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。1.2 測(cè)溫圍-55125，固有測(cè)溫分辨率 0.5。1.3 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，但當(dāng)用多個(gè) DS18B20 時(shí)電壓驅(qū)動(dòng)不

10、夠，一條線最多能驅(qū)動(dòng)大約 5 個(gè)。1.4 工作電源: 35V/DC2 2：DS18B20DS18B20 溫度的讀取溫度的讀取DS18B20 在出廠時(shí)已配置為 12 位，讀取溫度時(shí)共讀取 16 位，所以把后 11位的 2 進(jìn)制轉(zhuǎn)化為 10 進(jìn)制后在乘以 0.0625 便為所測(cè)的溫度，還需要判斷正負(fù)。前 5 個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，當(dāng)前 5 位為 1 時(shí)，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前 5 位為 0 時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)。16 位數(shù)字?jǐn)[放是從低位到高位。2 2.2.2.2.2 溫度數(shù)碼顯示：溫度數(shù)碼顯示：百位 12 十位 9 個(gè)位 8 十分位 6 A 11 B 7 C 4 D 2 E 1 F 10 G 5 DP

11、3DS18B20 采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)分析在該數(shù)碼管上顯示。數(shù)碼管顯示控. . . . 8 / 19制部分與 AT89C52 接口電路在藏控制器的數(shù)碼顯示模塊中，已經(jīng)完成了控制器與數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)器顯示器緩沖區(qū)的接口工作。2.2.3. 溫度調(diào)節(jié)設(shè)置按鍵電路：通過(guò)四個(gè)外圍按鍵與單片機(jī) AT89C52 直接相連，用戶可根據(jù)需要設(shè)置自己想要控制的正常圍任意想要溫度。2.2.2.2.4 4 部時(shí)鐘振蕩電路與復(fù)位電路：部時(shí)鐘振蕩電路與復(fù)位電路：C130pfC230pfX1CRYSTAL此部分為 AT89C52 的部時(shí)鐘電路振蕩器。80C52 單片機(jī)部帶有時(shí)鐘電路，只需在片外通過(guò) XTAL1 和 XTAL2

12、 引腳接入定時(shí)控制元件（12MHZ 晶振和電容）即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。XTAL1 和 XTAL2 分別是 80C52 部高增益反響放大器的輸入端和輸出端 時(shí)鐘頻率為 12MHz.此部分為其使能和復(fù)位電路，該電路采用上電自動(dòng)復(fù)位方式，通過(guò)復(fù)位電容 C1 的充電來(lái)實(shí)現(xiàn)，接通電源就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。第三章第三章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，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，按鍵掃描處理子程序等。3.13.1 主程序流程圖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 的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每 1s 進(jìn)

13、行一次。這樣可以在一秒之測(cè)量一次被測(cè)溫度，. . . . 9 / 19其程序流程見(jiàn)圖 4.1 所示。圖 4.1 主程序流程圖3.23.2 語(yǔ)言介紹語(yǔ)言介紹3.3.2 2.1.1 匯編語(yǔ)言特點(diǎn)匯編語(yǔ)言特點(diǎn)匯編語(yǔ)言是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言，作為一門語(yǔ)言，對(duì)應(yīng)于高級(jí)語(yǔ)言的編譯器，需要一個(gè)“匯編器”來(lái)把匯編語(yǔ)言原文件匯編成機(jī)器可執(zhí)行的代碼。高級(jí)的匯編器如 MASM，TASM 等等為我們 3. 寫匯編程序提供了很多類似于高級(jí)語(yǔ)言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級(jí)語(yǔ)言。現(xiàn)

14、在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級(jí)，即使全部用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫 windows 的應(yīng)用程序也是可行的，但這不是匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處。匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處在于編寫高效且需要對(duì)機(jī)器硬件精確控制的程序。MCS-51 單片機(jī)的這個(gè)指令系統(tǒng)中共包括 111 條指令，可以完成 30 多種功. . . . 10 / 19能。3.3.2 2.2.2 C C 語(yǔ)言特點(diǎn)語(yǔ)言特點(diǎn)它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。因此，它的應(yīng)用圍廣泛，不僅僅是在軟件開(kāi)發(fā)上，而且各類科研都需要用到 C 語(yǔ)言，具體應(yīng)用比如單片機(jī)以與嵌入式系統(tǒng)開(kāi)

15、發(fā)。1語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。C 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方便、靈活。2運(yùn)算符豐富。共有 34 種。C 把括號(hào)、賦值、逗號(hào)等都作為運(yùn)算符處理。從而使 C 的運(yùn)算類型極為豐富，可以實(shí)現(xiàn)其他高級(jí)語(yǔ)言難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型豐富。具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句。與匯編語(yǔ)言相比，用 C 語(yǔ)言寫的程序可移植性好。4C 語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址，能進(jìn)行位（bit）操作，能實(shí)現(xiàn)匯編語(yǔ)言的大部分功能，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作。因此有人把它稱為中級(jí)語(yǔ)言。C 語(yǔ)言對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以與需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用 C語(yǔ)言明顯優(yōu)于其它解釋型高級(jí)語(yǔ)言，有一些大型應(yīng)用軟件也是

16、用 C 語(yǔ)言編寫的。具有繪圖能力強(qiáng)，可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫。它是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言。本次實(shí)習(xí)運(yùn)用 C 語(yǔ)言編程來(lái)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行顯示的控制、信號(hào)的傳輸轉(zhuǎn)換控制。3.2.33.2.3 KeilKeil C51C51 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語(yǔ)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(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C 來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函

17、數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹 Keil . . . . 11 / 19C51 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。程序編輯使用 Keil，新建一個(gè)工程，然后新建一個(gè) C 文件，并添加到工程中。C51 的工具包非常豐富，其中 uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows和 for Dos 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)

18、開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 與 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使. . . . 12 / 19用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。仿真如下：. . . . 13 / 19. .第四章第四章 調(diào)試調(diào)試本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試以程序的調(diào)試為主。先編寫

19、顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗(yàn)，然后分別進(jìn)行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等的編程與調(diào)試。由于 DS18B20 與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對(duì) DS18B20 進(jìn)行讀/寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀/寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)量結(jié)果。本程序采用單片機(jī) C 語(yǔ)言編寫，用 Keil C 編譯器編程調(diào)試。軟件調(diào)試到數(shù)碼管能顯示溫度值，而且在有溫度變化時(shí)（例如改變傳感器的溫度值）顯示溫度能改變。第五章第五章 結(jié)論結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)即將進(jìn)入尾聲，回想這兩周來(lái)的電子設(shè)計(jì)制作經(jīng)歷，我感觸甚是深刻。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)電子設(shè)計(jì)與制作產(chǎn)生了較為濃厚的興趣，這不僅加強(qiáng)了自己對(duì)理論知識(shí)的理解和鞏固，還能提高自己的動(dòng)手能力，可以說(shuō)受益匪淺。當(dāng)然更重要的是，激起了我學(xué)好單片機(jī)的斗志。本次課程設(shè)計(jì)主要分為四部分：設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試。這三個(gè)步驟在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中起著重要的作用。. . . . 14 / 19本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是針對(duì) MCS-51 系列的單片機(jī)芯片 STC89C51 來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，該設(shè)計(jì)充分利用了溫度傳感器 DS18B20 功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，如 DS18B20可以直接讀出被測(cè)