單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-溫度采集系統(tǒng)x

1、-學(xué)院?單片機(jī)原理與應(yīng)用?課程設(shè)計(jì)班級(jí)：2021級(jí)通信工程姓名：xxx 學(xué)號(hào)：11111111成績(jī)：教師：溫度采集系統(tǒng)【摘要】本文介紹了一個(gè)基于單片機(jī)的、能夠顯示時(shí)鐘和溫度的系統(tǒng)，他能顯示實(shí)時(shí)溫度，并在低于下限溫度和高于上限溫度時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，還能顯示24小時(shí)制的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，并且可對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整。MCU采用基于51內(nèi)核的STC89C52RC單片機(jī)，溫度傳感器采用單總線的、數(shù)字式的DS18B20；時(shí)鐘由MCU內(nèi)部的高精度定時(shí)器產(chǎn)生，并將結(jié)果顯示在LCD1602液晶屏上。本設(shè)計(jì)還包含EEPROM芯片AT24C02用來(lái)存儲(chǔ)需要保存的數(shù)據(jù)；以及5個(gè)按鍵，可以對(duì)溫度的閾值和時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，為節(jié)約資源

2、降低本錢，每個(gè)按鍵均有復(fù)用功能。【關(guān)鍵字】：?jiǎn)纹瑱C(jī)； DS18B20； 實(shí)時(shí)溫度； LCD1602； 上下限閾值目錄第一章 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)任務(wù)1設(shè)計(jì)內(nèi)容及功能要求1設(shè)計(jì)任務(wù)1第二章 主要功能及工作流程2系統(tǒng)主要功能2系統(tǒng)的工作流程2主界面2調(diào)整溫度閾值界面3歷史溫度查看界面4第三章 硬件電路原理描述5硬件電路原理圖5電路原理說(shuō)明6MCU最小系統(tǒng)6溫度采集7界面顯示7I2C串行E2PROM7人機(jī)交互7編程接口7電源電路7第四章 軟件設(shè)計(jì)流程及描述8軟件設(shè)計(jì)思路 8軟件設(shè)計(jì)流程8心得體會(huì)10參考文獻(xiàn)11第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及功能要求設(shè)計(jì)功能要求利用STC89C52、DS18B20、LCD1602、AT

3、24C02等芯片/元器件設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)具有以下功能：根本功能要求能實(shí)時(shí)采集溫度，顯示在1602上；能實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘，在1602上；按鍵1按下，將當(dāng)前的溫度值保存到AT24C02按鍵2按下，可逐個(gè)顯示之前采集到的溫度值；當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值，那么蜂鳴器報(bào)警。擴(kuò)展功能：自行設(shè)定，如按鍵調(diào)整溫度報(bào)警閾值、調(diào)整時(shí)間等設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求，查找資料，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，包括原理圖的設(shè)計(jì)和PCB的繪制，元器件的焊接。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求，弄清系統(tǒng)及各個(gè)模塊的工作流程，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)主程序、溫度讀取子程序、LCD顯示子程序、存儲(chǔ)子程序等，可使用匯編語(yǔ)言或是C語(yǔ)言編寫，建議使用C語(yǔ)言編

4、寫。建議首先使用Proteus進(jìn)行仿真和調(diào)試，在仿真通過(guò)后，再程序下載到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，最終使得系統(tǒng)在脫機(jī)情況下，能穩(wěn)定可靠地工作。編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。第二章 主要功能及工作流程系統(tǒng)主要功能本設(shè)計(jì)采用STC89S52RC作為主控器，負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)的輸入輸出。包含1個(gè)LCD1602顯示屏，在主界面顯示實(shí)時(shí)溫度和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，溫度通過(guò)MCU模擬單總線時(shí)序從DS18B20讀取經(jīng)過(guò)數(shù)字化的溫度，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后以2位整數(shù)和1位小數(shù)的形式呈現(xiàn)出來(lái)；實(shí)時(shí)時(shí)鐘由定時(shí)器產(chǎn)生精準(zhǔn)穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖，在顯示屏上顯示24小時(shí)制的時(shí)、分、秒。為了能夠更好的檢測(cè)溫度的變化，系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè)溫度閾值，同時(shí)配備了一個(gè)有源蜂鳴

5、器，當(dāng)?shù)陀谙孪揲撝禃r(shí)蜂鳴器將發(fā)出間歇的蜂鳴聲，當(dāng)超過(guò)上限溫度閾值時(shí)將發(fā)出持續(xù)的蜂鳴聲。同時(shí)系統(tǒng)帶有一塊2kbit的EEPROM芯片AT24C02，可以保存這兩個(gè)閾值，系統(tǒng)每次上電時(shí)從芯片讀取閾值，使系統(tǒng)的可用性更佳。系統(tǒng)還包含5個(gè)按鍵，通過(guò)操作按鍵可以方便的調(diào)整溫度上下限閾值和校準(zhǔn)時(shí)鐘，以及將需要保存的溫度保存在AT24C02中和讀取保存的歷史溫度。系統(tǒng)的工作流程在接受各種流程之前先介紹一下按鍵，系統(tǒng)掛載有5個(gè)按鍵，分上、下、左、右、和設(shè)置/退出鍵，布局如右。由于LCD1602只能顯示2行，每行顯示16個(gè)字符，因此同時(shí)顯示的內(nèi)容有限，所以依據(jù)不同功能分成3個(gè)屏幕內(nèi)容顯示分開，分別如下：主界面該

6、界面顯示實(shí)時(shí)溫度和時(shí)間，按固定時(shí)間刷新屏幕內(nèi)容，其顯示效果如下同時(shí)可以在該界面調(diào)整時(shí)鐘，通過(guò)按下“設(shè)置/退出鍵即可進(jìn)入，此時(shí)光標(biāo)將開啟，通過(guò)按下“左、“右鍵可以選擇對(duì)時(shí)、分、秒中的某一項(xiàng)進(jìn)行調(diào)整，默認(rèn)是選擇上一次操作過(guò)的項(xiàng)，通過(guò)按下“上、“下鍵對(duì)選中的項(xiàng)加或者減，長(zhǎng)按將持續(xù)累加或者減小。按下“設(shè)置/退出鍵將進(jìn)入下一個(gè)界面。操作效果如下：調(diào)整溫度閾值界面由于在不同場(chǎng)合下對(duì)溫度的感知范圍不同，所以需要對(duì)溫度閾值做調(diào)整。本系統(tǒng)基于這一點(diǎn)在做軟件設(shè)計(jì)是參加了溫度閾值調(diào)整的功能，溫度閾值分為上限閾值和下限閾值，溫度過(guò)低或者過(guò)高都將報(bào)警，以提醒用戶。該界面進(jìn)入方法為：在主界面下按兩下“設(shè)置/退出鍵，或者在

7、上述的時(shí)間調(diào)整時(shí)再次按下“設(shè)置/退出鍵。在該界面下，將顯示之前保存的兩個(gè)閾值，通過(guò)按下左、右鍵可以選擇對(duì)上限或者下限進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)按下上、下鍵對(duì)選中的項(xiàng)加或者減，長(zhǎng)按將持續(xù)累加或者減小。但是這里對(duì)數(shù)據(jù)的合理性做了一些標(biāo)準(zhǔn)，即溫度下限閾值增加到比上限小一時(shí)將不再增加，同樣上限閾值減小到比下限大一時(shí)將不再減小。按下“設(shè)置/退出鍵退出該界面，同時(shí)將設(shè)置好的閾值將寫入EEPROM中，保證系統(tǒng)掉電后不會(huì)重置該值。該界面效果如下歷史溫度查看界面我想首先介紹一下溫度保存的過(guò)程，在主界面下，通過(guò)按“上鍵可以將此刻的溫度保存到EEPROM中，一共只保存近三次的數(shù)據(jù)。保存成功后屏幕右上角將顯示字符“S以提示保存成

8、功，下次刷新屏幕時(shí)會(huì)將其去除。其顯示時(shí)間較短，不容易捕獲，所以在此不展示效果圖。現(xiàn)在介紹一下該界面的進(jìn)入方式，在主界面下通過(guò)按下“下鍵即可進(jìn)入該界面，默認(rèn)顯示第一次保存的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)“左、“右鍵可以切換前一次或者后一次保存的數(shù)據(jù)，同時(shí)程序從EEPROM中讀取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。第一行顯示當(dāng)前的顯示是第幾次保存的溫度數(shù)據(jù)，第二行顯示溫度數(shù)據(jù)。再次按下“下鍵可以退回到主界面。效果如下第三章 硬件電路原理描述硬件電路原理圖 電路原理說(shuō)明本設(shè)計(jì)采用的控制器STC89C52RC是我國(guó)宏晶科技STC生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。其內(nèi)部包含8k的FLASH和512B的RAM。STC89C5

9、2RC采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，完全兼容MCS-51的指令集。但又具備傳統(tǒng)51單片機(jī)所不具備的功能。STC89C52RC可使用串口在系統(tǒng)編程ISP，是得硬件設(shè)計(jì)得以到達(dá)簡(jiǎn)化。同時(shí)搭配適宜的外圍構(gòu)成一個(gè)完整的溫度采集系統(tǒng)。MCU最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)采用經(jīng)典的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，保證MCU溫度可靠的運(yùn)行。晶振頻率為，以使得處理器可以獲得精準(zhǔn)的波特率，方便系統(tǒng)的調(diào)試。同時(shí)P1口接有8個(gè)LED，在系統(tǒng)運(yùn)行間隙，改變點(diǎn)亮數(shù)量和位置，可以形成跑馬燈，一方面獲得較好的欣賞性，另外一方面可以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。溫度采集溫度采集采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出支持“一線總線接口的溫度傳感器DS18B20，它具

10、有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、 易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)處理器處理。測(cè)量范圍為-25+125，測(cè)量誤差為0。5?？沙绦蚩刂普{(diào)整分辨率912位，可實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度。DS18B20采用單總線與控制器相連，采用開漏輸出，因此要接上拉電阻以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。界面顯示人機(jī)界面采用字符液晶LCD1602，可以顯示16*2個(gè)字符。內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，我們常用的數(shù)字和英文字符其代碼與ASCII碼一致，所以在傳送數(shù)據(jù)時(shí)可以直接傳送字

11、符，不需要查找對(duì)應(yīng)的代碼。I2C串行E2PROME2PROM用來(lái)存儲(chǔ)溫度上下限等需要掉電保持的數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)采用的E2PROM是Ateml公司的2KB的電可擦除存儲(chǔ)芯片。該芯片采用兩線串行的I2C總線和單片機(jī)通信，電壓最低可以到，額定電流為1mA，靜態(tài)電流10uA(5.5V)，芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)可以在斷電的情況下保存40年以上。由于MCU沒有帶I2C的硬件控制器，所以需要利用I/O口模擬，因?yàn)镮2C是雙向通信的總線，因此需要接上拉電阻，典型值為10K。人機(jī)交互為了讓使用者更好的操作該系統(tǒng)，所以給系統(tǒng)設(shè)計(jì)了5個(gè)按鍵，為使用者提供了良好的人機(jī)交互平臺(tái)。另外蜂鳴器可以讓用戶更直觀和方便的感知處理結(jié)果。編程接

12、口為了系統(tǒng)在開發(fā)期間可以方便的進(jìn)行調(diào)試與修改，基于MAX232設(shè)計(jì)了RS-232轉(zhuǎn)TTL的串口轉(zhuǎn)換電路，可以方便的通過(guò)ISP程序?yàn)橄到y(tǒng)編程。另外也留了4針的串口接口，可以方便使用筆記本的開發(fā)者利用USB轉(zhuǎn)串口的下載器為系統(tǒng)編程，極大的提高了系統(tǒng)的靈活性。電源電路電源接口采用DC-005型直流電源插座，供電電壓為5V10%。為防止供電用的適配器電壓參數(shù)的分散性，致使器件因過(guò)壓而損壞。因此硬件設(shè)計(jì)時(shí)為系統(tǒng)加了LDO，以保證供電電壓偏高時(shí)不會(huì)損壞電路，然而在可以確保供電電壓為標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓時(shí)可以去掉LDO，并將LDO的輸入輸出焊盤短接。第四章 軟件設(shè)計(jì)流程及描述軟件設(shè)計(jì)思路由于本次設(shè)計(jì)的外圍較多，任

13、務(wù)量偏大，雖然采用以往的大循環(huán)式的編程結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)功能。但是在這里使用這種軟件結(jié)構(gòu)將使軟件的設(shè)計(jì)難度提高，開發(fā)周期同時(shí)不便調(diào)試和功能擴(kuò)展。所以本設(shè)計(jì)采用狀態(tài)機(jī)式的軟件結(jié)構(gòu)。所謂狀態(tài)機(jī)就是將系統(tǒng)功能分成多個(gè)任務(wù)，根據(jù)不同觸發(fā)條件來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。在本設(shè)計(jì)中的任務(wù)可大致分為溫度讀取、刷新顯示、溫度保存、溫度越限監(jiān)測(cè)、按鍵掃描、時(shí)鐘更新等多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間相差很遠(yuǎn)，而且有些任務(wù)并不需要每次都執(zhí)行。例如溫度保存，其只在有相應(yīng)的按鍵觸發(fā)后執(zhí)行，這樣將導(dǎo)致每次的大循環(huán)時(shí)間搖擺不定，從而使系統(tǒng)的可控性降低，甚至誘發(fā)系統(tǒng)崩潰。所以軟件只設(shè)定了5個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)任務(wù)，并保證每個(gè)狀態(tài)的

14、執(zhí)行時(shí)間大致相當(dāng)，再留出一定的余量。這樣就可以利用定時(shí)器來(lái)定時(shí)切換狀態(tài)，使之逐個(gè)狀態(tài)執(zhí)行下去。雖然看取來(lái)和大循環(huán)式的結(jié)構(gòu)差不多，但是該方式非常便于功能擴(kuò)展，可以在完全不影響任務(wù)執(zhí)行的同時(shí)添加一些小任務(wù)，如果這些任務(wù)沒有呈現(xiàn)如何結(jié)果給用戶，那么用戶根本不會(huì)發(fā)覺。主函數(shù)開始LCD、DS18B20、AT24C02、定時(shí)器等初始化判斷狀態(tài)state溫度讀取按鍵掃描根據(jù)不同的模式刷新顯示溫度保存和流水燈刷新溫度越界檢測(cè)和刷新時(shí)間顯示溫度保存和流水燈刷新01234等待狀態(tài)state更新軟件設(shè)計(jì)流程圖state+進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)重裝初值state4？state=0中斷返回YN中斷開始中斷請(qǐng)求中斷效勞函數(shù)心得體

15、會(huì)紙上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行。經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的單片機(jī)課程學(xué)習(xí)，怎么把“紙上的東西轉(zhuǎn)化為實(shí)物，本次課設(shè)就是最好的途徑，他不光可以檢測(cè)你學(xué)到了什么，更重要的是在過(guò)程中培養(yǎng)出來(lái)的實(shí)踐能力。對(duì)我而言，由于很早就自學(xué)了單片機(jī)，對(duì)51的軟硬件均有一定了解。但之前做的都是小東西，復(fù)雜度遠(yuǎn)沒有這次課設(shè)的高，因此也花了不少時(shí)間。相對(duì)硬件花的時(shí)間較短，一天半的時(shí)間就做完了，主要的時(shí)間花在軟件的編寫和調(diào)試。軟件結(jié)構(gòu)一開始采用的是大循環(huán)式的，從最簡(jiǎn)單的溫度顯示開始一點(diǎn)一點(diǎn)往上加，漸漸發(fā)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越亂，且增加功能也變得困難。然后果斷采用了狀態(tài)機(jī)式，才使得程序設(shè)計(jì)得以快速實(shí)現(xiàn)。最后要感謝林峰老師的悉心指導(dǎo)，引導(dǎo)我們學(xué)習(xí)單片機(jī)課程，幫助我解決在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到問題和困難。本次課設(shè)成功的完成離不開林老師及同學(xué)們的幫助和指導(dǎo)，在此衷心感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)！參考文獻(xiàn)1 徐敏. 單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021. 2 庹先國(guó). 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)根底