單片機(jī)課程設(shè)計——溫度測量系統(tǒng)教材

1、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告摘 要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能夠獨立工作的 溫度檢測與顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元 件。熱敏電阻的成本低，需要外加信號處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準(zhǔn) 確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計相比，這次設(shè)計的是基于 DS18B20勺數(shù)字溫度計，它具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適 用范圍寬等特點。在本設(shè)計中選用AT89C52型單片機(jī)作為主控制器件，采用 DS18B20數(shù)字溫度 傳感器作為測溫元件，通過 4位共陰極LED數(shù)碼顯示管并行傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度 顯示。本設(shè)計的內(nèi)容主要分為兩部

2、分，一是對系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計，包括溫度采 集電路和顯示電路；二是對系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計，應(yīng)用C語言實現(xiàn)溫度的采集與顯示。通過DS18B20直接讀取被測溫度值，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，之后進(jìn)行 輸出顯示，最終完成了數(shù)字溫度計的總體設(shè)計。其系統(tǒng)構(gòu)成簡單，信號采集效果 好，數(shù)據(jù)處理速度快，便于實際檢測使用。關(guān)鍵詞：單片機(jī)AT89C51溫度傳感器DS18B20 LED數(shù)碼管；數(shù)字溫度計1單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告Desig n based Digital Thermometer DS18B20 AbstractAlo ng with the prese nt in formatio n tech no

3、 logy's swift developme nt and traditi onal in dustry tran sformatio n's gradual realizati on. Able to work independently of the temperature detection and display system used in many other fields. Traditi onal temperature exam in atio n take thermistor as temperature sensitive unit. Thermist

4、or's cost is low, needs the sur- signal process ing electric circuit, moreover the reliability is relatively bad, the temperature measureme nt accuracy is low, the exam in ati on system also has certa in error. the digit dem on strated that applicable scope wide and so on characteristics.Used in

5、 the desig n AT89C51MCLhs the mai n con trol in cludi ng temperature gatheri ng electric circuit and display circuit; Second, to the system software part's desig n, realizes temperature gatheri ng and the dem on strati on using the C Ian guage. DS18B20 measured by direct read ing temperature val

6、ues,a nd tran sfer Data into MCU,a nd output to show,this is the design of the Digital Thermometer. Its system constitution issimple,the effect of sig nal gatheri ng is good, the speed of data process ing is quick,at al it is adva ntageous for the actual exam in ati on use.Keywords: MCU AT89S51; Tem

7、perature Se nsorDS18B20; LED Digital tubeDigital Thermometer2單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告摘 要12總體設(shè)計框圖 4附源代碼：12一 弓I言在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問 題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá) 到較高的測量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較 強，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度 測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效 方案，新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20具有

8、體積更小、精度更高、適用電壓更寬、 采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。美國Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820是世界上第一片支持" 一線總線"接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板(ON-B0ARD )專利技術(shù)。全 部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且 經(jīng)濟(jì)的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 現(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線 總線”的優(yōu)點?？傮w方案設(shè)計4單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告本設(shè)計是一款簡單實用的小型數(shù)字溫度計，所

9、采用的主要元件有傳感器 DS18B20,單片機(jī)AT89C52，四位共陰極數(shù)碼管一個，電容電阻若干。DS18B20 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍-55 °+125C。在-10+85°C范圍內(nèi)，精度 為±).5°。18B20的精度較差為±2°?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式 傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境 控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。本次數(shù)字溫度計的設(shè)計共分為五部分，主控制器，LED顯示部分，傳感器部分，復(fù)位部分，時鐘電路。主控制器即單片機(jī)部分，用于存儲程序和控制電路；

10、LED顯示部分是指四位共陽極數(shù)碼管，用來顯示溫度；傳感器部分，即溫度傳感 器，用來采集溫度，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；復(fù)位部分，即復(fù)位電路。測量的總過程是， 傳感器采集到外部環(huán)境的溫度，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理判斷 后將溫度傳遞到數(shù)碼管顯示。本設(shè)計能完成的溫度測量范圍是-55 °+128 Co1方案論證方案一：由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫 效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計 需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案設(shè)計框圖如下：單片機(jī)原理及

11、系統(tǒng)課程設(shè)計報告單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告方案二：考慮到在單片機(jī)屬于數(shù)字系統(tǒng)，容易想到數(shù)字溫度傳感器，可選用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器，此傳感器為單總線數(shù)字溫度傳感器，起體積小、構(gòu)成 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號給單片機(jī)處理，即可實現(xiàn) 溫度顯示。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測溫范圍為-55+125攝氏度, 測溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，其測量范圍與精度都能符合設(shè)計要求。以上兩種方案相比較，第二種方案的電路、軟件設(shè)計更簡單，此方案設(shè)計的系 統(tǒng)在功耗、測量精度、范圍等方面都能很好地達(dá)到要求，故本設(shè)計采用方案二。2總體設(shè)計框圖時鐘復(fù)位電單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程

12、設(shè)計報告二. 硬件設(shè)計1時鐘電路電路中晶振和電容構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器，微調(diào)電容通常選擇為 30pF 左右，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速 性。晶體的振蕩頻率為12MHz。2. 復(fù)位電路單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位電路在這里采用的是上電 +按鈕復(fù)位電路形式，其中電阻R 采用10KQ的阻值，電容采用電容值為10訶的電解電容。電路圖如下：U12 kL.Rdcl映 1 AL 1P0.1/AD1P0.?AD2PO.3/AD3P0.47AD4P0.S/AD5PO.B7AD6PO.7/AD7P2.0/A8P21/A8P2.2/A10| A $RSTPSENP2.3/A11ALEP

13、2.4/A12EAP5.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1P.OXDPl 1/T3EXP1.2P3.2ANKP1.3P3.3ANT1P1.4P3.4HP1.5P3.5H1P1 j6P1.7P3.6/V7RP3.7/RCTTEXT>38373635343332鉉24AT39CS23. 溫度傳感器電路DS18B20溫度傳感器是美國DALLA S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) 912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。電路圖如下：4. 顯示電路顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管，P0 口由

14、上拉電阻提高驅(qū)動能力，作 為段碼輸出，并作為數(shù)碼管的驅(qū)動。P2 口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動 態(tài)掃描的方式顯示。8單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告9單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告5. 系統(tǒng)總電路圖如下:XI：CRFJWLIKTM1KTM2 ftSTPOT ALE- 寸PflOWHI PC i i»£n陽31活 岡.3厭 KL7 試WP2.1 «AH 吃丄鼻汕P14M 管FZ5W13P2 L<ai<FZ<5R21(SPl OffS m.in-sEXH J PI A-PI .4 PI Ji M£旳OjR血Fl 3MWT1P3 4JTOP3

15、WT1P3®迺P3 Tjip-#單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告三. 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(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，計算 溫度子程序，報警子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。1.主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實時顯示，讀出并處理DS18B20的測量溫度值。溫度測量每1s進(jìn)行一次。2 .讀出溫度子程序讀出溫度子程的主要功能是讀出 RAM中的9字節(jié)。在讀出時須進(jìn)行CRC 校驗，校驗有錯時不能進(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位分辨率時， 轉(zhuǎn)換時間約為750 m&在本程序設(shè)計中，采用1s顯示程序延

16、時法等待轉(zhuǎn)換的 完成。4 .計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)AM中讀取的值進(jìn)行BCD碼的抓換運算，并進(jìn)行溫 度值正負(fù)的判斷。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顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高數(shù)據(jù)顯示位為0時，將符號顯示位移入下一位。6主程序流程圖四. 實驗仿真進(jìn)入proteus后，連接好電路，并將程序下載進(jìn)去。將DS18B20的調(diào)節(jié)鍵跳到指定的溫度，貝數(shù)碼管顯示的溫度與傳感器的溫度相同。12單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告110單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告"廿恵 mFZ<AI2FZ3fAI3FZffAli-B2.T/AI5 g 曲：liP3.inyb MSf

17、lrninamruiWfl I T- J t 5 G 1 nn口口口口口n五. 總結(jié)與體會本設(shè)計是以AT89C52為核心，利用軟硬件相結(jié)合的典型例子。在單片機(jī)自動 控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的今天，傳統(tǒng)用模擬電路來控制溫度的 做法，已經(jīng)逐漸被淘汰。這個系統(tǒng)的實現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法，為溫度 的控制開辟了一條新的道路。根據(jù)我國的科技和工業(yè)水平，這個系統(tǒng)的設(shè)計是符 合工業(yè)生產(chǎn)的需要。實現(xiàn)我國的工業(yè)化，自動控制是其中的一個重要目標(biāo)，自動 控制系統(tǒng)正廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。本系統(tǒng)的設(shè)計成功知識實 現(xiàn)自動控制的“冰山一角”，但它為以后更加智能化、人性化的自動控制系統(tǒng)的設(shè) 計

18、，作了鋪墊。因此這種系統(tǒng)的設(shè)計具有比較好的社會效益。經(jīng)過三周多的的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計、系統(tǒng)的調(diào)試，系統(tǒng)的 仿真。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機(jī)及其接口電路、以及電路方面的理論。 經(jīng)過了一番特殊的體驗后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠 用所學(xué)的專業(yè)知識來解決問題。檢查了自己的知識水平，使我對自己有一個全新 的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力，還提高 了自己的動手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來 說，是很重要的。這次課程設(shè)計基本的完成了任務(wù)書的要求，實現(xiàn)了溫度的測量。通過測試表 明系統(tǒng)的設(shè)計是正確的，可行的。但是由

19、于設(shè)計者的設(shè)計經(jīng)驗和知識水平有限， 系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。參考文獻(xiàn)1 于永.51單片機(jī)C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計實例精講M.北京：電子工 業(yè)出版社，20082 戴永成等.基于DS18B20的數(shù)字溫度測量儀J.北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，20083 廖常初.現(xiàn)場總線概述J.電工技術(shù)，19994 張越等基于DS18B20溫度傳感器的數(shù)字溫度計J.微電子學(xué)，20075 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，19986 黃河.基于DS18B20的單總線數(shù)字溫度計J.湘潭師范學(xué)院學(xué)報，20087 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994王建強等.基

20、于DSP控制器與DS18B20的溫度測量方法J.儀器儀表與檢測 技術(shù)，2009111單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告附：源程序代碼_nop_();延時函數(shù)用段碼輸出口/掃描口#in elude <reg51.h>#in elude vintrin s.h>#defi ne Disdata P0#defi ne disea n P2#defi ne uehar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int uint h;uint temp;sbit DQ=P3A7;/共陰數(shù)碼管 uehar ditab16=0x00,0x01,0x01,0x

21、02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;uehar xia nshi1=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/不帶小數(shù)點的0-9編碼uehar sean_con4=0xf7,0xfB,0xfD,0xfe;/列掃描控制字uehar temp_data2=0x00,0x00; 讀出溫度暫放uehar display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/顯示單元數(shù)據(jù)，共4個數(shù)據(jù)和一個運算暫用void delay( uint t)for

22、 (;t>0;t-); void sea n(v oid) ehar k;4位LED掃描控制/數(shù)據(jù)顯示小數(shù)點顯示/位選for(k=0;k<4;k+)Disdata=xia nshi1displayk;if (k=1)Disdata=xia nshi1displayk|0x80; disea n=sea n_con k;delay(90);disea n=0xff;112單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告/*復(fù)位函數(shù)#單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告void ow_reset(void) _ehar presenee=1; while(prese nee) while(prese nee)DQ

23、=O; delay(50);DQ=1;delay(6); prese nce=DQ; delay(45); prese nce=DQ;DQ=1;DQ=1;_nop_();_nop_(); 從高拉倒低/550 us66 us/presence=O復(fù)位成功，繼續(xù)下一步/延時 500 us/拉高電平/*向DS18B20寫入一個字節(jié)*/void write_byte(uchar val) _uchar i;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();/ 從高拉倒低DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); 5 usDQ=val&

24、0x01;/最低位移出delay(6);66 usval=val/2;/ 右移 1 位DQ=1;delay(1);/*從DS18B20讀出一個字節(jié)*/uchar read_byte(void) _uchar i;uchar value=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();4 usDQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();4 usif(DQ)value|=0x80;delay(6);/66 usDQ=1; retur n( value);uint read_temp(void) _ow_reset(); delay(200); write_byte(Oxcc); write_byte(0x44); ow_reset();delay(1); write_byte(Oxcc); write_byte(Oxbe); temp_dataO=read_byte(); temp_data1=read_byte(); temp=temp_data1; temp<<=8;tem