以溫度測(cè)量為主的多功能任務(wù)設(shè)計(jì)

班級(jí)：電氣3073姓名：朱龍斌學(xué)號(hào)：3072110303課題：以智能溫度計(jì)為主的多功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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《單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)任務(wù)》

課題：以溫度計(jì)為主的多功能任務(wù)設(shè)計(jì)

班級(jí)電氣3073學(xué)號(hào)3072110303

學(xué)生姓名朱龍斌

指導(dǎo)教師段衛(wèi)平

淮陰工學(xué)院

電子與電氣工程學(xué)院

目錄

TOC\o"1-3"\h\u

1911

一、課程設(shè)計(jì)目的

2

22017

二、設(shè)計(jì)要求

3

7796

2.1總體要求

3

30873

2.2具體要求

3

8348

三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法

3

21103

3.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

4

6099

3.2功能設(shè)計(jì)及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

4

28094

四、硬件電路總體設(shè)計(jì)

4

5546

4.1硬件總框圖

4

3342

4.1.1主控電路

4

21722

4.1.2按鍵控制掃描模塊

5

16703

4.1.3DS1820溫度顯示模塊

6

1957

4.1.4數(shù)碼管顯示模塊

7

19683

4.1.5LED顯示模塊

8

16967

4.1.6揚(yáng)聲器模塊

8

10100

五、軟件流程框圖

10

10710

六、完整的程序清單及注釋

12

18213

6.1主程序清單：

12

4934

七、調(diào)試情況及小結(jié)

15

20070

7.1硬件調(diào)試

15

23405

7.2軟件調(diào)試

15

25167

7.3軟硬件調(diào)試

16

18487

七、設(shè)計(jì)總結(jié)

16

22919

八、參考文獻(xiàn)

16

一、課程設(shè)計(jì)目的

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，是學(xué)生在校期間必須接受的一項(xiàng)工程訓(xùn)練。在課程設(shè)計(jì)過程中，在教師指導(dǎo)下，運(yùn)用工程的方法，通過一個(gè)簡(jiǎn)單課題的設(shè)計(jì)練習(xí)，可使學(xué)生通過綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熟悉應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)要求、完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計(jì)方法，了解必須提交的各項(xiàng)工程文件，也達(dá)到鞏固、充實(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的目的。

通過課程設(shè)計(jì)，應(yīng)能加強(qiáng)學(xué)生如下能力的培養(yǎng)：

獨(dú)立工作能力和創(chuàng)造力；

綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力；

查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書的能力；

工程繪圖的能力；

編寫技術(shù)報(bào)告和編制技術(shù)資料的能力。

二、設(shè)計(jì)要求

2.1總體要求

(1)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)

(2)繪制系統(tǒng)硬件總框圖

(3)繪制系統(tǒng)原理電路圖

(4)制定編寫設(shè)計(jì)方案，編制軟件框圖，完成詳細(xì)完整的程序清單和注釋；

(5)制定編寫調(diào)試方案，編寫用戶操作使用說明書

(6)寫出設(shè)計(jì)工作小結(jié)。對(duì)在完成以上文件過程所進(jìn)行的有關(guān)步驟如設(shè)計(jì)思想、指標(biāo)論證、方案確定、參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、原理分析等作出說明，并對(duì)所完成的設(shè)計(jì)作出評(píng)價(jià)，對(duì)自己整個(gè)設(shè)計(jì)工作中經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，

2.2具體要求

本次工程實(shí)踐主要以單片機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行單片機(jī)軟件編程，目的是為了提高學(xué)生的軟件編程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括兩個(gè)部分，硬件及軟件部分，硬件部分已經(jīng)制作成功，學(xué)生只需要掌握其原理和焊接相應(yīng)的元器件，掌握元器件的辨別和元器件的作用以及應(yīng)用場(chǎng)所即可，另外對(duì)所焊接的電路還需要進(jìn)行仔細(xì)的檢查，判斷是否有焊接錯(cuò)誤的地方或者短路的地方，對(duì)出現(xiàn)的異常情況要能夠根據(jù)現(xiàn)象判別原因，并具備解決問題的能力，從而切實(shí)提高學(xué)生的硬件電子電路的分析、判斷能力。

軟件編程是本次工程實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。在為期兩周的工程實(shí)踐中，將占據(jù)主要時(shí)間，學(xué)生要完成的軟件編程任務(wù)主要包括以下幾點(diǎn)：

1）、熟悉KeilC51編程平臺(tái)及Proteus仿真；

2）、編寫、調(diào)試蜂鳴器、繼電器動(dòng)作、方波程序并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)；

3）、編寫、調(diào)試LED流水燈（循環(huán)顯示）程序并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)；

4）、編寫、調(diào)試鍵盤掃描子程序并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)；

5）、編寫、調(diào)試數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描程序并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)。

3具體課題：

本題屬于多功能任務(wù)設(shè)計(jì)，基于本實(shí)驗(yàn)室所提供的電路模板，具體題目如下：

以智能溫度計(jì)為主的多功能任務(wù)設(shè)計(jì)；

以智能速度里程表為主的多功能任務(wù)設(shè)計(jì)；

以多功能數(shù)字電子鐘為主的多功能任務(wù)設(shè)計(jì)；

以LCD點(diǎn)陣字符顯示屏為主的多功能任務(wù)設(shè)計(jì)；

以交通燈控制的多功能任務(wù)設(shè)計(jì)。

課題名字的多功能任務(wù)的含義是：要求每個(gè)同學(xué)所設(shè)計(jì)的電路和程序必須實(shí)現(xiàn)4個(gè)功能，電路提供四個(gè)按鍵，要求同學(xué)們能編寫、調(diào)試對(duì)應(yīng)的鍵盤掃描子程序，從而實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按下A按鍵，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器或繼電器動(dòng)作，當(dāng)按下B按鍵，實(shí)現(xiàn)LED流水燈（循環(huán)顯示），當(dāng)按下C按鍵，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示（顯示內(nèi)容可以自己確定），前3個(gè)功能，對(duì)于每個(gè)課題都是相同，只有最后一個(gè)按鍵不同，其功能取決于所選課題名稱，即當(dāng)按下D按鍵，要求實(shí)現(xiàn)相應(yīng)課題的最主要的功能，例如，對(duì)于“以智能溫度計(jì)為主的多功能任務(wù)設(shè)計(jì)”的課題，當(dāng)按下該課題所對(duì)應(yīng)的D按鍵，就要實(shí)現(xiàn)顯示溫度的功能，其余類似。

三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法

單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程設(shè)計(jì)通常選擇一般常見、常用的簡(jiǎn)單應(yīng)用裝置或?qū)ο筮M(jìn)行微機(jī)控制。所涉及的系統(tǒng)可以實(shí)際制作，也可以實(shí)驗(yàn)室模擬，具體步驟：

3.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

認(rèn)真研究設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)要求、條件、內(nèi)容、和步驟；通過閱讀有關(guān)資料，了解設(shè)計(jì)對(duì)象；復(fù)習(xí)課程有關(guān)內(nèi)容，熟悉有關(guān)單元電路的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟；搜集、分析、消化相關(guān)資料、軟件等，掌握微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法；準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)需要的圖書、資料和工具；擬定設(shè)計(jì)計(jì)劃等。

3.2功能設(shè)計(jì)及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

要求學(xué)生有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)，分析所掌握的資料，了解設(shè)計(jì)對(duì)象的功能。在充分考慮功能設(shè)計(jì)后，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，以功能、結(jié)構(gòu)為標(biāo)，制定總體方案，規(guī)劃硬、軟件功能分配等；初步確定關(guān)鍵元器件地選擇。

四、硬件電路總體設(shè)計(jì)

4.1硬件總框圖

以單片機(jī)

為主的主

控電路

按鍵控制掃描模塊

DS1820溫度顯示模塊

數(shù)碼管顯示模塊

LED顯示模塊

揚(yáng)聲器模塊

控制原理：

該設(shè)計(jì)以單片機(jī)為主控電路，分別控制5個(gè)工作模塊：按鍵控制模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、數(shù)碼管顯示模塊、LED顯示模塊、揚(yáng)聲器模塊。按鍵控制模塊由單片機(jī)P1.4-P1.7口控制。溫度顯示由DS1302完成，由單片機(jī)INT0、INT1、T0口控制。數(shù)碼管顯示由LED顯示模塊由P0口和P1.0-P1.3控制。LED模塊由P2口控制。揚(yáng)聲器由T0口控制。

4.1.1主控電路

本次課程設(shè)計(jì)中主要是設(shè)計(jì)一個(gè)以作息時(shí)間控制為主的多功能控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)中我們主控電路部分采用了單片機(jī)AT89C52芯片來實(shí)現(xiàn)這些功能，AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS的8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。其引腳如下圖所示：

VCC：供電電壓。

GND：接地。

P0口（P0.0-P0.7）：P0口來控制數(shù)碼管的段選，以顯示相應(yīng)的數(shù)值。

P1口(P1.0-P1.7)：P1口用來控制數(shù)碼管的位選，以達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的效果。

P2口(P2.0-P2.7)：P2口來控制LED的亮滅。

P3口(P3.0-P3.7)：P3.0為RXD（串行輸入口），P3.1為TXD（串行輸出口），P3.2為/INT0（外部中斷0），P3.3為/INT1（外部中斷1），P3.4為T0（記時(shí)器0外部輸入），

P3.5為T1（記時(shí)器1外部輸入），P3.6為/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通），P3.7為/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）。

XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源正負(fù)端。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義。

4.1.2按鍵控制掃描模塊

按鍵用于控制數(shù)碼顯示、LED顯示、揚(yáng)聲器等模塊的工作。通過掃描按鍵是否按下，來設(shè)定各模塊的工作情況，使各模塊可以在按鍵的控制下，有序地進(jìn)行工作。設(shè)計(jì)中使用單個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能,屬于較為簡(jiǎn)單的控制方式.

按鍵輸入電路

使用4個(gè)按鍵分別與單片機(jī)的平P1.4、P1.5、P1.6、P1.7分別連接，以完成按鍵控制。

DS1820溫度顯示模塊

DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55~+125攝氏度。在-10~+85攝氏度范圍內(nèi)，DS18B20的精度為正負(fù)0.5攝氏度，DS1822的精度較差，為正負(fù)2攝氏度?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，可大大提高系統(tǒng)的抗干擾性，因此它適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制等。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列為：DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。

DALLAS18B20

123

GNDDQVDD

數(shù)碼管顯示模塊

設(shè)計(jì)中采用四位共陽極數(shù)碼管,共陽極是指其公共端接正極，通過單片機(jī)AT89C52的P1口控制其位選，以達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的效果，再通過P0口，控制其段選以顯示相應(yīng)的數(shù)值。在其位選控制部分，采用了一個(gè)9012型三極管，要求當(dāng)P1口輸出低電平時(shí)，位選成功。

數(shù)碼管顯示電路

硬件電路中，數(shù)碼管顯示的小時(shí)和分.小時(shí)通過按鍵2控制,分通過按鍵3控制。

數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。

①靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。

②動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。

4.1.5LED顯示模塊

LED（LightEmittingDiode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被

環(huán)氧樹脂

封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出

能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

LED顯示電路

本次設(shè)計(jì)中通過按鍵1來控制其流水顯示,打開電源后按下按鍵1,流水燈模塊有效。電路中LED為共陽極，故控制流水燈顯示的P2口應(yīng)為低電平時(shí)才有效。

從原理圖中可以看出，如果要讓接在P2.0口的LED1亮起來，那么只要把P2.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤耍幌喾?，如果要接在P2.0口的LED1熄滅，就要把P2.0口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理，接在P2.1～P2.7口的其他7個(gè)LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1～LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED燈便會(huì)一亮一暗的做流水燈了。

我們首先把要顯示流水花樣的數(shù)據(jù)建在一個(gè)以TAB為標(biāo)號(hào)的數(shù)據(jù)表中，然后通過查表指令“MOVCA，@A+DPTR”把數(shù)據(jù)取到累加器A中，然后再送到P1口進(jìn)行顯示。在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，我們?cè)诳刂贫O管亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到“流水”效果了。

4.1.6揚(yáng)聲器模塊

要求揚(yáng)聲器能夠發(fā)出連續(xù)，斷續(xù)的聲音及音樂，我們可以選擇一個(gè)蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)這些功能。

蜂鳴器電路圖：

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。下面我們以電磁式蜂鳴器為例來說明它的工作原理：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲，當(dāng)輸出高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器的兩引腳間的直流電壓接近于0V，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器的兩個(gè)引腳間獲得將接近+5V的直流電壓，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音在這個(gè)設(shè)計(jì)中是通過p3.4口控制其發(fā)聲的。由于p3.4與d