單片機(jī)課設(shè)數(shù)字溫度計(jì)

陜西理工學(xué)院電氣工程系第20頁(yè)共21頁(yè)前言單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)分支，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制，智能儀器儀表，機(jī)電一體化產(chǎn)品，家用電器等各個(gè)領(lǐng)域?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”在工科院校各專業(yè)中已作為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課而普遍開設(shè)。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì),科研項(xiàng)目中會(huì)廣泛應(yīng)用到單片機(jī)知識(shí)，而且，進(jìn)入社會(huì)后也會(huì)廣泛接觸到單片機(jī)的工程項(xiàng)目。鑒于此，提高“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課的教學(xué)效果，讓學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)甚為重要。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)涉及的內(nèi)容十分廣泛，如何使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握單片機(jī)應(yīng)用的基本原理及方法，是一個(gè)很有價(jià)值的教學(xué)項(xiàng)目。為此，我們進(jìn)行了“單片機(jī)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用”方面的課程設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)腦動(dòng)手以及協(xié)作能力。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是針對(duì)模擬電子技術(shù)，數(shù)字邏輯電路，電路，單片機(jī)的原理及應(yīng)用課程的要求，對(duì)我們進(jìn)行綜合性實(shí)踐訓(xùn)練的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，它包括選擇課設(shè)任務(wù)、軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，調(diào)試和編寫課設(shè)報(bào)告等實(shí)踐內(nèi)容。通過此次課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)目標(biāo):第一，讓學(xué)生初步掌握單片機(jī)課程的試驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法，即學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求和性能約束，查閱文獻(xiàn)資料，收集、分析類似的相關(guān)題目，并通過元器件的組裝調(diào)試等實(shí)踐環(huán)節(jié)，使最終硬件電路達(dá)到題目要求的性能指標(biāo)；第二，課程設(shè)計(jì)為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，而課程設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用，從已學(xué)過的定性分析、定量計(jì)算的方法，逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法。第三，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考樂于動(dòng)手的習(xí)慣，同時(shí)通過設(shè)計(jì)并制作單片機(jī)類產(chǎn)品，使學(xué)生能夠自己不斷地學(xué)習(xí)接受新知識(shí)（如在本課設(shè)題目中存在智能測(cè)溫器件DS18B20，就是課堂環(huán)節(jié)中不曾提及的“新器件”），通過多人的合作解決現(xiàn)實(shí)中存在的問題，從而不斷地增強(qiáng)學(xué)生在該方面的自信心及興趣，也提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，對(duì)學(xué)生以后步入社會(huì)參加工作打下一定良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。任務(wù)書數(shù)字溫度計(jì)的軟件設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試一．任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)。實(shí)現(xiàn)功能如下：1.所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置以MCS-51系列單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)數(shù)字式溫度計(jì)。2.所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置能夠測(cè)試外界溫度以及溫度變化。3.所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置能夠進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換。4.所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置能夠利用LED直接顯示出外界溫度（個(gè)，十，百位三位顯示）及溫度變化。5.所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置利用新器件DS18B20智能測(cè)溫。6.所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試外界溫度誤差范圍在±0.5℃之間。目錄一．前言……………………2二．任務(wù)書………………4三．方案論證…………………………73.1．整體設(shè)計(jì)思路………………7（1）.軟件設(shè)計(jì)流程圖…………7（2）.元器件的選取……………8（3）.系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)方案………83.2.整體電路設(shè)計(jì)………………9（1）.硬件電路框圖……………9（2）.硬件電路概述……………103.3.主要單元電路的設(shè)計(jì)……………………10（1）.單片機(jī)主控模塊…………10（2）.溫度采集模塊……………11（3）.數(shù)據(jù)顯示模塊……………12（4）.硬件電路的組裝與調(diào)試………………13四．系統(tǒng)的軟件程序及硬件總圖……………………144.1．軟件程序………………………144.2．硬件電路………………………174.3.元器件清單…………………23三．方案論證3.1.整體設(shè)計(jì)思路：（1）溫度計(jì)軟件設(shè)計(jì)流程圖：LED動(dòng)態(tài)掃描程序框圖：顯示完否？設(shè)置顯示位數(shù)設(shè)置段碼緩沖區(qū)指針中斷服務(wù)程序保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，開中斷計(jì)數(shù)器重置初值修改顯示緩沖區(qū)指針顯示位數(shù)顯示第一位，延時(shí)將位碼送P3口某些端口，位碼送P0口設(shè)置堆棧指針將溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼發(fā)讀存儲(chǔ)器命令讀溫度數(shù)據(jù)復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令顯示緩沖區(qū)初始化更新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)延時(shí)發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令開始顯示完否？設(shè)置顯示位數(shù)設(shè)置段碼緩沖區(qū)指針中斷服務(wù)程序保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，開中斷計(jì)數(shù)器重置初值修改顯示緩沖區(qū)指針顯示位數(shù)顯示第一位，延時(shí)將位碼送P3口某些端口，位碼送P0口設(shè)置堆棧指針將溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼發(fā)讀存儲(chǔ)器命令讀溫度數(shù)據(jù)復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令顯示緩沖區(qū)初始化更新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)延時(shí)發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令開始（2）元器件的選?。?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片的選?。悍桨敢?采用89C51芯片作為硬件核心，利用FlashROM，內(nèi)部具有4KBROM存儲(chǔ)空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù),當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。方案二:采用AT89C2051單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)相比有兩大優(yōu)勢(shì)：第一，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用閃存，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個(gè)硬件電路的體積更小，且管腳數(shù)目為20個(gè)，與MCS-51相比減少一倍，使理解更容易。綜上所述：本課設(shè)中單片機(jī)芯片采用AT89C2051。溫度傳感器的選?。悍桨敢唬翰捎脽崦綦娮鑲鞲衅?。利用熱敏電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化，進(jìn)而制成溫度計(jì)。但是其測(cè)溫傳感器比較復(fù)雜，而且不易通過編制程序來(lái)控制測(cè)溫精度，增大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。方案二：采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20的內(nèi)部3腳（或8腳）封裝；使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號(hào)；3.0～5.5V的電源供電方式和寄生電源供電方式；ROM由64位二進(jìn)制數(shù)字組成，共分為8個(gè)字節(jié)；RAM由9個(gè)字節(jié)的高速暫存器和非易失性電擦寫ROM組成。綜上所述：溫度傳感器選取智能測(cè)溫器件DS18B20。動(dòng)態(tài)顯示模塊選取四位一體的共陰LED顯示器。本課設(shè)中選取型號(hào)為SM420564的顯示器。（3）系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)方案：綜上各方案所述,對(duì)此次課設(shè)的方案選定:采用AT89C2051作為主控制系統(tǒng);四位一體共陰LED顯示器SM420564作為溫度數(shù)據(jù)顯示裝置;而智能溫度傳感器DS18B20器件作為測(cè)溫電路主要組成部分。至此，系統(tǒng)最終方案確定。3.2．整體電路設(shè)計(jì)（1）硬件電路框圖：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片AT89C2051復(fù)位電路晶振控制3位LED顯示器溫度檢測(cè)電路電源電路（2）硬件電路概述：本電路是由AT89C2051單片機(jī)為控制核心，具有與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節(jié)可編程閃存，工作電壓范圍為2.7～6V，全靜態(tài)工作頻率為0～24MHZ；顯示電路由4位一體的共陰LED顯示器提供，任取其中三位作為所讀取的外界溫度個(gè)位，十位，百位顯示，該器件較之單個(gè)LED顯示器具有引腳個(gè)數(shù)少，便于連線，出錯(cuò)機(jī)率低，查找方便等優(yōu)點(diǎn)；溫度傳感器電路主要由DS18B20測(cè)溫器件構(gòu)成，該器件主要功能有：采用單總線技術(shù)；每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)立的不可修改的64位序列號(hào)；低壓供電，電源范圍為3～5V；測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃3.3.主要單元電路的設(shè)計(jì)：（1）單片機(jī)主控模塊：AT89C2051單片機(jī)芯片采用DIP-20封裝形式，與80C51芯片進(jìn)行比較，減少了兩個(gè)對(duì)外端口（P0口和P2口），P3.6口在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，外端引腳并不顯示，其P1口為8位雙向I/O引腳，P3.0～P3.5與P3.7口為7個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向I/O引腳。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如下圖所示,4引腳和5引腳接時(shí)鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出.第1引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻構(gòu)成上電復(fù)位電路,20引腳為電源端,10引腳為電源端.主控電路如下：其中：P1口的P1.0～P1.6為顯示器的段選信號(hào)；P3口中的P3.4，P3.5，P3.7口為位選控制端，分別對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)中的百位，十位，個(gè)位。P3.2口為溫度傳感器DS18B20的信號(hào)端。（2）溫度采集模塊：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它是單總線智能傳感器，具有微型化，低功耗，高性能，抗干擾能力強(qiáng)，易于與微處理器接口等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種溫度測(cè)控系統(tǒng)。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件，A/D轉(zhuǎn)換器，存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度信號(hào)數(shù)字值。該器件僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用P3.2與DS18B20的DQ口連接加一個(gè)上拉電阻,VCC接5V電源,GND接地。測(cè)溫電路如下：（3）數(shù)據(jù)顯示模塊：采用4位一體共陰LED顯示器。本課程設(shè)計(jì)中，顯示器型號(hào)選取SM420564。在采用動(dòng)態(tài)掃描方式時(shí)，要使得LED顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率，根據(jù)課設(shè)任務(wù)所要求的功能確定。顯示電路如下：其中：A～G管腳與P0口的P1.0～P1.6相連，確定顯示器被選中數(shù)據(jù)位的段碼；2，3，4管腳分別于P3口的P3.4，P3.5，P3.7相連，確定顯示器的位碼，分別對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)的百位，十位和個(gè)位。（4）硬件電路的安裝與調(diào)試電路的安裝與調(diào)試是我們這次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，也是整個(gè)過程的最難階段。在整個(gè)過程中，開始的時(shí)候我和我們組的組員們都信心百倍，一切進(jìn)展順利，直到硬件連接完畢接上5V電源時(shí)，第一個(gè)問題擺在我們面前，顯示器示數(shù)存在卻不發(fā)生變化，甚至在外界溫度變化比較大時(shí)也一樣，開始我們懷疑是硬件連線有問題，可是經(jīng)過反復(fù)檢查，并不斷對(duì)照資料上各個(gè)元器件管腳圖及其相應(yīng)功能，并沒發(fā)現(xiàn)連線方面的錯(cuò)誤。之后，有的組員懷疑是程序有問題，可是也有的組員提出系統(tǒng)仿真并沒有出現(xiàn)類似問題，所以不應(yīng)該是這樣。最后經(jīng)過討論，我們一致決定檢查程序。因?yàn)檐浖橛布?wù)，硬件出現(xiàn)了問題，也不能完全說(shuō)程序一定正確?？墒墙?jīng)過重新確認(rèn)，檢查程序漏洞，并沒有發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤，大家開始感覺有點(diǎn)煩了，不過好在大家的信心并沒有喪失，我們開始查找資料而且向身邊的同學(xué)虛心求教，最終我們把目標(biāo)鎖定在溫度傳感器DS18B20器件和顯示器SM420564上，確認(rèn)是兩者可能存在問題。后又分開檢測(cè)兩者之一，經(jīng)過軟件程序的單獨(dú)處理，我們得出最終結(jié)論，我們所領(lǐng)取的元器件DS18B20是劣質(zhì)品。我們重新申請(qǐng)領(lǐng)取了一個(gè)DS18B20，用其替換了原來(lái)的那個(gè)，發(fā)現(xiàn)一切運(yùn)行正常，經(jīng)過測(cè)試各方面的性能，而且反復(fù)檢查了幾遍，一致認(rèn)定硬件電路的性能完全符合我們的任務(wù)要求指標(biāo)。直到這時(shí)，大家才松了一口氣，每個(gè)人都很興奮，完全沒有了之前的煩悶。至此，裝調(diào)工作結(jié)束。四．系統(tǒng)的軟件程序及硬件總圖4.1.軟件程序如下：（流程圖已在第7頁(yè)中給出，在此給出根據(jù)確定任務(wù)要求所設(shè)計(jì)程序主體）ORG0000HTEMPER_LEQU41HTEMPER_HEQU40HFLAG1EQU38HA_BIT1EQU31HB_BIT1EQU32HD_BIT1EQU35HDQEQUP3.2MOD7:MOVSP,#60HLCALLGET_TEMPERLCALLTEMPCOVLCALLDISPLAYAJMPMOD7TEMP0:INCAAJMPTEMP1TEMPCOV:MOVA,TEMPER_LMOVB,#16DIVABJBB.3,TEMP0TEMP1:MOV34H,AMOVA,BMOVB,#10MULABMOVB,#16DIVABMOV30H,AMOVA,TEMPER_HMOVB,#16MULABADDA,34HMOVB,#10DIVABMOV31H,BMOVB,#10DIVABMOV32H,BMOVB,#10DIVABMOV35H,BMOVA,TEMPER_HMOV33H,#10HJBACC.7,EXIT7MOV33H,#00HEXIT7:RETINIT_1820:SETBDQNOPCLRDQMOVR1,#3TSR1:MOVR0,#107DJNZR0,$DJNZR1,TSR1SETBDQNOPNOPNOPMOVR0,#25HTSR2:JNBDQ,TSR3DJNZR0,TSR2LJMPTSR4TSR3:SETBFLAG1LJMPTSR5TSR4:CLRFLAG1LJMPTSR7TSR5:MOVR0,#117TSR6:DJNZR0,TSR6TSR7:SETBDQRETGET_TEMPER:SETBDQLCALLINIT_1820JBFLAG1,TSS2RETTSS2:MOVA,#0CCHLCALLWRITE_1820MOVA,#44HLCALLWRITE_1820LCALLDISPLAYLCALLINIT_1820MOVA,#0CCHLCALLWRITE_1820MOVA,#0BEHLCALLWRITE_1820LCALLREAD_18200RETWRITE_1820:MOVR2,#8CLRCWR1:CLRDQMOVR3,#6DJNZR3,$RRCAMOVDQ,CMOVR3,#23DJNZR3,$SETBDQNOPDJNZR2,WR1SETBDQRETREAD_18200:MOVR4,#2MOVR1,#TEMPER_LRE00:MOVR2,#8RE01:CLRCSETBDQNOPNOPCLRDQNOPNOPNOPSETBDQMOVR3,#9RE10:DJNZR3,RE10MOVC,DQMOVR3,#23RE20:DJNZR3,RE20RRCADJNZR2,RE01MOV@R1,ADECR1DJNZR4,RE00RETDISPLAY:MOVDPTR,#TABMOVR0,#4DPL1:MOVR1,#250DPLOP:MOVA,31HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRP3.7ACALLD1MSSETBP3.7MOVA,32HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRP3.5ACALLD1MSSETBP3.5MOVA,35HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRP3.4ACALLD1MSSETBP3.4MOVP1,#00HDJNZR1,DPLOPDJNZR0,DPL1RETD1MS:MOVR7,#0FFHDJNZR7,$RETTAB:DB3FHDB06HDB5BHDB4FHDB66HDB6DHDB7DHDB07HDB7FHDB6FHEND4.2.硬件電路圖如下：注：此圖為仿真軟件proteus7.4中的仿真電路截圖，所以單片機(jī)主控部分未曾給出晶振控制部分（需要通過系統(tǒng)設(shè)置為12MHZ）以及AT89C2051芯片的電源VCC引腳和