基于單片機的溫度計的設計論文

1、 PAGE21 / NUMPAGES28信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)設計(論文)題目：基于單片機的溫度計的設計 專 業(yè)： 通信技術 班 級：學 號：姓 名：指導教師：二OO八年十二月三十日信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計任務書學 生姓 名學號班級通技06-2專業(yè)通信技術設計題目基于單片機的溫度計的設計指導教師職稱工作單位與所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注助教高級工程師設計容：為了對溫度進行適時監(jiān)測，設計了這套溫度傳感系統(tǒng)并完成電路設計方案的選擇；硬件電路的設計；軟件程序的編寫；仿真與調試。進度安排：第1周：查找資料，選擇參考方案； 第周：確定方案；第58周：查找資料，進行硬件電路的設計； 第912周

2、：程序的編寫與調試；第1314周：整理報告，確定初稿； 第1516周：檢查定稿；第1718周：答辯。主要參考文獻、資料(寫清楚參考文獻名稱、作者、出版單位)：1全利單片機原理與應用技術：高等教育，20062何立民單片機高等教程：航空航天大學，20003毅剛MCS-51單片機應用設計：工業(yè)大學，1997審批意見教研室負責人：年月日備注：任務書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc210892876摘要 PAGEREF _Toc210892876 h 1HYPERLINK l _Toc210892877第1章方案設計

3、 PAGEREF _Toc210892877 h 2HYPERLINK l _Toc210892878第3章硬件設計 PAGEREF _Toc210892878 h 4HYPERLINK l _Toc2108928793.1單片機系統(tǒng)電路設計 PAGEREF _Toc210892879 h 4HYPERLINK l _Toc2108928803.1.1單片機時鐘電路 PAGEREF _Toc210892880 h 4HYPERLINK l _Toc2108928813.1.2單片機復位電路 PAGEREF _Toc210892881 h 5HYPERLINK l _Toc2108928823.

4、2DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器 PAGEREF _Toc210892882 h 7HYPERLINK l _Toc2108928833.2.1DS18B20工作原理 PAGEREF _Toc210892883 h 7HYPERLINK l _Toc2108928843.2.2DS18B20的性能特點 PAGEREF _Toc210892884 h 7HYPERLINK l _Toc2108928853.2.3DS18B20部結構 PAGEREF _Toc210892885 h 7HYPERLINK l _Toc2108928863.2.4DS18B20控制方法 PAGEREF _Toc21

5、0892886 h 8HYPERLINK l _Toc2108928873.3數(shù)據顯示單元設計 PAGEREF _Toc210892887 h 9HYPERLINK l _Toc2108928883.3.1顯示器原理簡介 PAGEREF _Toc210892888 h 9HYPERLINK l _Toc2108928893.3.2顯示器電路圖 PAGEREF _Toc210892889 h 9HYPERLINK l _Toc210892890第4章軟件設計 PAGEREF _Toc210892890 h 11HYPERLINK l _Toc2108928914.1主程序 PAGEREF _To

6、c210892891 h 11HYPERLINK l _Toc2108928924.2溫度程序 PAGEREF _Toc210892892 h 11HYPERLINK l _Toc2108928934.3顯示程序 PAGEREF _Toc210892893 h 12HYPERLINK l _Toc210892894第5章調試與運行 PAGEREF _Toc210892894 h 14HYPERLINK l _Toc2108928955.1電路仿真 PAGEREF _Toc210892895 h 14HYPERLINK l _Toc2108928965.2調試與運行 PAGEREF _Toc21

7、0892896 h 14HYPERLINK l _Toc210892897結論 PAGEREF _Toc210892897 h 16HYPERLINK l _Toc210892898參考文獻 PAGEREF _Toc210892898 h 17HYPERLINK l _Toc210892899附錄A總電路原理圖 PAGEREF _Toc210892899 h 18HYPERLINK l _Toc210892900附錄B程序清單 PAGEREF _Toc210892900 h 19摘要隨著科學技術的發(fā)展，溫度傳感器向著集成工藝和多變量復合傳感器、智能化傳感器、網絡化傳感器的方向發(fā)展，各種不同類型

8、的溫度傳感器將會越來越多的出現(xiàn)在我們的日常生活中，給我們帶來極大的方便。為了對溫度進行實時監(jiān)測，設計了這套溫度顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)采用AT89C51系列單片機與單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集現(xiàn)場溫度數(shù)據，并利用LED顯示。報告詳細介紹了系統(tǒng)的單片機最小系統(tǒng)、溫度信息采集電路、LED顯示電路的硬件設計，并在分析軟件工作流程的基礎上編寫了相應的C語言源程序。測試表明，該系統(tǒng)能有效實現(xiàn)實時溫度采集和顯示，并具有較高的精度。關鍵詞AT89C51；DS18B20；LED第1章方案設計任務要求利用單片機對溫度傳感器DS18B20進行控制，實時檢測外環(huán)境的溫度，并通過數(shù)碼管顯示當前溫度。溫度傳感器顯示控制系

9、統(tǒng)的整體結構如圖2-1所示，電路包括：DS18B20傳感器、中央處理器CPU（AT89C51）、時鐘與復位電路、LED顯示器。中央處理器CPUAT89C51DS18B20傳感器LED顯示器時鐘與復位電路圖2-1溫度傳感器顯示控制系統(tǒng)的整體結構框圖1溫度信號采集方案方案一：選用型號為WZB-003，分度號為BA2的熱敏電阻為溫度感應元件，它適用于0500的溫度測量圍，但其對檢驗溫度的精度要求不高。方案二：用溫度傳感器做溫度感應元件，它硬件接口簡單，性能穩(wěn)定。溫度傳感器市場上有很多種類，可以根據實際需求選擇合適的溫度傳感器。單片機對溫度傳感器DS18B20進行控制，實時檢測外環(huán)境的溫度，并通過數(shù)碼

10、管顯示當前溫度，要求精度高，檢測性好，所以本次設計選擇方案二。本設計選擇溫度傳感器：DS18B20。它是單線接口，僅需一根口線與MCU連接無需外圍元件，由總線提供電源，測溫圍為：-55+125，測量精度：0.5，反應時間500ms。2顯示方案方案一：靜態(tài)顯示就是當CPU將要顯示的字或字段碼送到輸出口，顯示器就可以顯示出所要顯示的字符，如果CPU不去改寫它，它將一直保持下去；靜態(tài)顯示硬件開銷大，電路復雜，信息刷新速度慢。方案二：動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器地各個位（掃描）。對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次；動態(tài)顯示耗能較小，但編寫程序較復雜。動態(tài)顯示硬件連接簡單，信息刷新速度

11、快。本次設計由于要求對溫度進行實時檢測與控制，所以選擇的是方案二。第3章硬件設計3.1單片機系統(tǒng)電路設計在單片機部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體，就構成了自激振蕩器并在單片機部產生時鐘脈沖信號。圖3-1中電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率圍在1.212MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。3.1.1單片機時鐘電路單片機時鐘電路如圖3-1所示。圖3-1單片機時鐘電路圖XTAL1和XTAL2分別為反相放大器的輸入和輸出。該反相放大器可以配置為片振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時

12、鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。晶振周期（或外部時鐘信號周期）為最小的時序單位，如圖3-2所示。圖3-2單片機的時鐘信號成為S狀態(tài)，它是晶振周期的兩倍，即一個時鐘周期包含2個晶振周期。在每個時鐘周期的前半周晶振信號進分頻器后形成兩相錯開的時鐘信號P1和P2。時鐘信號的周期也期，相位1（P1）信號有效，在每個時鐘周期的后半周期，相位2（P2）信號有效。每個時鐘周期有兩個節(jié)拍（相）P1和P2，CPU以P1和P2為基本節(jié)拍指揮各個部件協(xié)調地工作。晶振信號12分頻后形成機器周期，即一個機

13、器周期包含12個晶振周期或6個是時鐘周期。因此，每個機器周期地12個振蕩脈沖可以表示S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，S6P2。3.1.2單片機復位電路復位是使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機的工作就是從復位開始的，當在單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機部就執(zhí)復位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。實際應用中，復位操作有兩種基本的形式：一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有效的復位。如圖3-3所示，本次設計采用的是上電復位。圖3-3上電復位電路上電復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位如上圖所示。上電瞬

14、間RST引腳獲得高電平，隨著電容C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為12MHz時，C1為10uF，R1為8.2K，晶振為6MHz時，C1為22uF，R1為1K。單片機的復位操作使單片機經入初始化狀態(tài)。初始化后，程序計數(shù)器PC=0000H所以程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機啟動后，片RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片RAM的容。特殊功能寄存器復位后狀態(tài)使確定的。P0P3為FFH，SP為07H，SBUF不定，IP、IE和PCON的有效值為0，其余的特殊功能寄存器

15、的狀態(tài)均為00H。相應的意義為：（1）P0P3=FFH，相當于各口鎖存器已寫入1，此時不但可以用于輸出，也可以用于輸入；（2）SP=07H，堆棧指針指向片RAM的07H單元（第一個入棧容將寫入08H單元）；（3）IP、IE和PCON的有效位為0，各中斷源處于的優(yōu)先級且均被關斷，串行通信的波特率不加倍；（4）PSW=00H，當前工作寄存器為0組。3.2DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器由DALLAS半導體公司生產的DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量與控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠

16、等特點。產品的主要技術指標：（1）測量圍：-55+125；（2）測量精度：0.5；（3）反應時間500ms。3.2.1DS18B20工作原理溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)）在通過單片機發(fā)出命令送給顯示器。它的輸出腳I/O直接與單片機相連，并接一個上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。3.2.2DS18B20的性能特點(1) 采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經過其它變換電路，直接輸出被測溫

17、度值（9位二進制數(shù)，含符號位）；(2) 測溫圍為-55+125，測量分辨率為0.0625；(3) 含64位經過激光修正的只讀存儲器ROM；(4) 適配各種單片機或系統(tǒng)機；(5) 用戶可分別設定各路溫度的上、下限；(6) 含寄生電源。3.2.3DS18B20部結構DS18B20部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖35所示。64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。圖3-5DS18B20引腳分布圖表3-1寄存器名稱與功能序號寄存器名稱作 用序 號

18、寄存器名稱0溫度低字節(jié)以16位補碼形式存放4、5保留字節(jié)1、21溫度高字節(jié)以16位補碼形式存放6計數(shù)器余值2TH/用戶字節(jié)1存放溫度上限7計數(shù)器/3HL/用戶字節(jié)2存放溫度下限8CRC以12位轉化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式與計算：12位轉化后得到的12位數(shù)據，存儲在DS18B20的兩個高低兩個8位的RAM中，二進制中的前面5位是符號位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625才能得到實際溫度。3.2.4DS18B20控制方法在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是V

19、CC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。此次設計選擇的是前面一種控制法。指 令約定代碼操 作 說 明溫度轉換44H啟動DS18B20進行溫度轉換讀暫存器BEH讀暫存器9個字節(jié)容寫暫存器4EH將數(shù)據寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU表32DS18B20有六

20、條控制命令CPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20的通訊協(xié)議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。3.3數(shù)據顯示單元設計3.3.1顯示器原理簡介根據設計的特點，此顯示選擇的是動態(tài)LED顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器地各個位（掃描）。對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一

21、次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作（點亮），但由于人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄滅時的余暉，我們看到的卻是多個字符“同時”顯示。顯示器亮度既與點亮時的通道電流有關，也與點亮時間長短和間隔時間有關。調整電流和時間參數(shù)，即可實現(xiàn)亮度較高穩(wěn)定的顯示。3.3.2顯示器電路圖4位共陰極顯示器與AT89C51的接口邏輯圖，如圖36所示。圖3-6動態(tài)LED顯示接口第4章軟件設計系統(tǒng)的主要功能是根據當前的溫度，利用溫度傳感器把當前的溫度傳遞給顯示器。系統(tǒng)軟件可分為兩個功能模塊：(1) 溫度檢測：檢測當前溫度傳感器的溫度。(2) 顯示：顯示當前溫度，采用定時器中斷進行時顯示。4.1主程序系統(tǒng)主程序由主函數(shù)

22、流程和T0中斷顯示流程組成，如圖4-1所示和4-2所示。重置初值T0T0中斷溢出動態(tài)掃描位選信號每位輸出具體的溫度值開始設置定時/計數(shù)器初值從DS18B20中讀取數(shù)據數(shù)據拆字等待圖4-1主函數(shù)流程圖 圖4-2T0中斷顯示流程圖4.2溫度程序溫度程序模塊：流程圖如圖4-3所示。讀匹配的DS18B20溫度所有在線DS18B20訪問完否發(fā)讀暫存RAM命令發(fā)一個DS18B20序列號執(zhí)行期間匹配命令初始化DS18B20延時1秒初始化DS18B20存在一個DS18B20發(fā)出搜索ROM命令讀在線DS18B20序列號開始復位DS18B20啟用所有在線DS18B20作溫度A/D轉換發(fā)跳過ROM命令發(fā)轉換命令Y圖

23、4-3溫度流程圖4.3顯示程序顯示程序模塊：流程圖如圖4-4所示。圖4-4顯示流程圖第5章調試與運行KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。5.1電路仿真此設計的電路在keil軟件中進行仿真，仿真總電路

24、如圖5-1所示。5.2調試與運行把編寫好的程序放入仿真軟件中，結合硬件電路進行調試與運行。（1）在仿真軟件中的DS18B20上的兩個紅色旋鈕模擬定時當前溫度，從而達到仿真的目的；（2）LED顯示器顯示當前DS18B20所測到的溫度；總結：當前顯示的溫度，需經過延時一段時間從而達到實際溫度。結論在我的畢業(yè)設計中，主要是以AT89C51單片機為核心的，對溫度的檢測與顯示進行了簡單的設計與闡述。本次設計可以說是軟硬結合，又以硬件為主。當今科技發(fā)展迅速，單片機嵌入式開發(fā)有著光明的前景。由于單片機經濟實用、開發(fā)簡便等特點依然在工業(yè)控制、家電等領域占據了廣泛的市場。所以我選擇這樣的畢業(yè)設計課題，并且能通過

25、此次設計來提高自己軟件編制和硬件電路設計的能力。在我完成這次畢業(yè)設計的過程中，當看到自己將專業(yè)知識用于解決實際的問題時，那份成就感和喜悅感是難以形容的。但是，在實際的編程以與調試程序過程中，我發(fā)現(xiàn)自己應該學的太多太多。光靠自己在書本上所學過的這點知識是遠遠不夠的，真正地認識到了工作就是學習的道理?；厥桩厴I(yè)設計這段日子，雖然過的很緊，但我卻感到很充實。由于我以前對51單片機的C語言沒有認真鉆研過，所以感覺畢業(yè)設計的任務十分緊迫。通過對本系統(tǒng)的設計，我學習到了硬件開發(fā)和軟件開發(fā)的基本流程并有了一定的駕御此開發(fā)過程的能力。編程的過程中，雖然不乏辛苦，但更多的是程序調試成功后的喜悅。總之，這次畢業(yè)設計

26、對我來說是一次比較全面的、富有創(chuàng)造性和探索性的鍛煉，完成了我選題時的心愿。同時，曾老師無私的敬業(yè)精神以與同學們的熱心幫助也令我深有感觸，對于我今后的學習、工作和生活都將是受益非淺的！參考文獻1全利單片機原理與應用技術.：高等教育，20062何立民單片機高等教程.：航空航天大學，20003毅剛MCS51單片機應用設計.：工業(yè)大學，1997附錄A總電路原理圖附錄B程序清單#include reg51.hsbit DQ =P33; /定義通信端口unsigned char A1，A2，A3，A2t，dispno;unsignedcharcode table=0 x3f，0 x06，0 x5b，0 x4f，0 x66，0 x6d，0 x7d，0 x07，0 x7f，0 x6f，0 x00;unsigned int temp1;/延時函數(shù)void delay(unsigned int i) while(i-);/初始化函數(shù)Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ復位 delay(8); /稍做延時 DQ = 0; /單