基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)

沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)第1頁基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫本設(shè)計(jì)度計(jì)，本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，輸出溫度采用數(shù)字顯示。該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89S51，測溫傳感器使用DS18B20，用共陽極LED數(shù)碼管顯示，能夠準(zhǔn)確達(dá)到要求。溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)控制器采用單片機(jī)AT89S51，具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，溫度傳感器采用DS18B20，DS18B20溫度傳感器是美國最新推出的一種溫度傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)讀數(shù)方式，僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信，內(nèi)部存儲器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM.顯示電路采用LED動態(tài)顯示方式。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；DS18B20；超限報(bào)警；LED顯示；前言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、化工、石油等領(lǐng)域最常用到的一個(gè)物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計(jì)直接讀取溫度。最常見到得測量溫度的工具是各種各樣的溫度計(jì)，例如：水銀玻璃溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，熱電偶或熱電阻溫度計(jì)等。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測量溫度。利用單片機(jī)和溫度傳感器構(gòu)成的電子式智能溫度計(jì)就可以直接測量溫度，得到溫度的數(shù)字值，既簡單方便，有直觀準(zhǔn)確。總體方案設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)方案論證針對本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)行分析得到：本次設(shè)計(jì)用溫度傳感器進(jìn)行溫度的測量，轉(zhuǎn)化了的溫度信號由傳感器直接得到了數(shù)字信號。該數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，在總體上大致可分為以下幾個(gè)部分組成：1.單片機(jī)控制電路；2.溫度傳感器；3.開關(guān)控制電路；4.LED顯示電路。方案一由于本設(shè)計(jì)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(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故采用了方案二。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主控制器主控制器LED顯示溫度傳感器單片機(jī)復(fù)位時(shí)鐘振蕩報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整圖1系統(tǒng)原理框圖1.2硬件構(gòu)成1.21主控制器AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)FLASH,256字節(jié)RAM，32位I/O總線，看門狗定時(shí)器2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯電平。對P0口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)使用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。2.2顯示電路顯示電路采用集成的數(shù)碼管，為共陽極結(jié)構(gòu)，采用動態(tài)顯示，P1口作為輸出編碼端，P2.0到P2.7作為位選控制端，其中P1做輸出端口需要上拉電阻，通過設(shè)置不同的段碼可以顯示溫度，可以對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。圖4顯示電路2.3數(shù)據(jù)采集電路DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括：寄生電源，溫度傳感器，64位激光ROM和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器RAM,用于存儲用戶設(shè)定溫度上下限值得TH和TL觸發(fā)器，存儲和邏輯控制，8位循環(huán)冗余碼發(fā)生器等七部分。DS18B20測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù)，將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號，測量結(jié)果將存入溫度寄存器中。圖5數(shù)據(jù)采集電路2.4報(bào)警電路當(dāng)溫度超過設(shè)定的上下限溫度時(shí)，蜂鳴器會發(fā)出聲響，下圖為報(bào)警電路。圖6報(bào)警電路3軟件設(shè)計(jì)3.1主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序主要用來初始化一些參數(shù)，對DS18B20的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的設(shè)定。另外對DS18B20的狀態(tài)不斷的查詢，以讀取當(dāng)前的溫度值，并對溫度進(jìn)行處理，溫度值的BCD碼處理后，將其段碼送顯示緩沖區(qū)，以備定時(shí)掃描服務(wù)程序處理。調(diào)用顯示子程序調(diào)用顯示子程序讀取溫度轉(zhuǎn)換溫度初始化溫度顯示溫度比較檢測返回圖7主程序流程圖3.2溫度轉(zhuǎn)換程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如下所示。發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束圖8溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.3溫度顯示程序和報(bào)警電路程序此程序是將采集到得數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示，然后將實(shí)際溫度與設(shè)置的報(bào)警上下限進(jìn)行比較，決定是否發(fā)出報(bào)警信號。由于T為實(shí)際溫度的絕對值，TH,TL也是溫度的絕對值，因此判斷大小關(guān)系時(shí)，要通過正負(fù)號來確定。開始開始數(shù)據(jù)采集接收數(shù)據(jù)溫度轉(zhuǎn)換LED顯示圖9溫度顯示流程圖開始開始T>=0TH>=0T<=THTL>=0報(bào)警報(bào)警結(jié)束T>=TL結(jié)束T>=TLTL>=0T>=THTH>=0NNNYYYYNNYNYNYNYYYN圖10報(bào)警程序流程圖4調(diào)試分析4.1軟件調(diào)試本次設(shè)計(jì)采用的是keil仿真器進(jìn)行軟件調(diào)試，此系統(tǒng)可以開發(fā)應(yīng)用軟件，以及對硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試等。它的具體功能是可以進(jìn)行CPU仿真，可以單步、跟蹤、斷點(diǎn)和全速運(yùn)行，而且，程序的編譯過程中，可以對設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行自診斷，并自動給出故障原因。同時(shí)用戶調(diào)試程序時(shí)，可以通過窗口觀察寄存器的工作狀況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除編程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。軟件的調(diào)試是利用keil軟件，模塊化調(diào)試，通過觀察存儲單元數(shù)據(jù)的變化，查找并解決程序的語法和邏輯錯(cuò)誤，具體的調(diào)試步驟如下：1.把系統(tǒng)的各個(gè)模塊在仿真軟件中逐個(gè)調(diào)試，如數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊等。2.對各個(gè)需要賦值模塊調(diào)試時(shí)，賦入初值，單步調(diào)試，觀察數(shù)據(jù)窗口，看輸出結(jié)果是否為設(shè)計(jì)時(shí)想要的結(jié)果。3.把各個(gè)模塊組合起來，全速運(yùn)行，看程序是否能流暢的，是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的所有功能。軟硬聯(lián)調(diào)本設(shè)計(jì)是采用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)電路圖設(shè)計(jì)和仿真的，Proteus軟件與Keil軟件聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。在Keil軟件中創(chuàng)建新文件，輸入所編寫的c語言程序并保存，在編譯源程序無誤后，會產(chǎn)出相應(yīng)的”.HEX”文件；將所生成的”.HEX”文件加載到已繪制好的Proteus原理圖中，使Proteus與Keil真正連接起來，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)試。調(diào)試結(jié)果下15所示。、圖11仿真測試圖結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)要求，但上下限閾值的設(shè)置過于繁瑣，在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以更簡化。本課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)89C51單片機(jī)為核心的數(shù)字溫度計(jì)。從確定課設(shè)題目，到查閱質(zhì)料確定總體方案設(shè)計(jì)，硬件電路仿真的設(shè)計(jì)，硬件電路的優(yōu)化，軟件的設(shè)計(jì)，軟件的優(yōu)化，檢驗(yàn)仿真電路，調(diào)試軟件程序，到最后的軟硬件聯(lián)調(diào)，都是我努力去完成的。在最后的仿真電路圖中達(dá)到了我想要的結(jié)果，并且對串口通訊有了更一步的認(rèn)識。對單片機(jī)也有了更加深刻的了解。對以后很好的應(yīng)用單片機(jī)打下了深刻的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]劉復(fù)華.單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng).北京:清華大學(xué)出版社,1992[2]韓志軍.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010[3]余永全.ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002[4]馬中梅.單片機(jī)的C語言程序設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999[5]胡汗才.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2002[6]李華.MCS-51單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京：北京航空航天出版社大學(xué)，1999[7]方彥軍，孫建.智能儀器技術(shù)及其應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003[8]孫傳友.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002[9]劉守義等.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002[10]何立民.單片機(jī)高級教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000課設(shè)體會經(jīng)過了兩個(gè)星期的課設(shè)，讓我對以前學(xué)的理論知識有了較深的體會，要用理論指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，不斷完善自己。這一周的課程設(shè)計(jì)讓我體會到很多東西，不僅僅是知識本身的，更多的是自己動手能力和邏輯思維能力的鍛煉，同時(shí)，也知道自己還有許多要學(xué)的東西。在社會實(shí)踐中，單片機(jī)是一個(gè)熱門的話題，所以我要認(rèn)真學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識，這對我們找工作是很有幫組的，遇到問題并不可怕關(guān)鍵是我們要找到方法去解決問題，一定要勤于動手，這樣自己才會有提高。當(dāng)然在這次寶貴的課程設(shè)計(jì)活動中，經(jīng)驗(yàn)才是對于我們最大的收獲，而且還增強(qiáng)了自身對未知問題以及對知識的深化認(rèn)識的能力，用受益匪淺這個(gè)詞語來概括這次難忘的活動我覺得再合適不過了。但是，光是完成了作品還是不可以自我滿足的，在從一開始的時(shí)候就懷著將作品制作得更加人性化，更加令人滿意，更加地使功能完美又方便地被應(yīng)用領(lǐng)域這個(gè)最終目的下，隨著對單片機(jī)這門學(xué)科的認(rèn)識加深，到達(dá)了拓展的程度，我想這個(gè)目的將在不遠(yuǎn)的時(shí)期內(nèi)被實(shí)現(xiàn)。最后感謝老師及同學(xué)在這兩個(gè)星期對我的幫助。、附錄1電路原理圖 附錄2元件清單 元件名稱型號數(shù)量單片機(jī)AT89C511溫度傳感器DS18B20數(shù)碼管7SEG-MPX8-CA1按鍵BUTTON16電阻RES10三極管2N29261蜂鳴器SOUNDER1附錄3程序源#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e};ucharcodeaddress[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};sbitDQ=P3^0;sbitdot=P1^0;sbitfm=P3^5;uchara,i,temp1,temp2,c,t1,t2,yz1,yz2;bitflag,flag1;uinttemp;voiddelay(uintm){while(m--);}voidInit(){uchari=0;DQ=1;delay(8);DQ=0;delay(80);DQ=1;delay(14);i=DQ;delay(20);}ucharread_byte(){ucharbyte=0;for(i=0;i<8;i++)//先傳低位{DQ=0;byte>>=1;DQ=1;if(DQ)byte|=0x80;delay(4);}return(byte);}voidwrite_byte(ucharbyte){for(i=0;i<8;i++)//先傳低位{DQ=0;byte>>=1;DQ=CY;delay(5);DQ=1;}}voidread_temp(){ Init(); write_byte(0xcc);//SkipROM write_byte(0x44);//啟動溫度轉(zhuǎn)換 delay(10); Init(); write_byte(0xcc);//SkipROM write_byte(0xbe);//讀取溫度寄存器 temp1=read_byte(); //低位 temp2=read_byte(); //高位}voidds(){read_temp(); temp=temp1&0x0f; if(temp2>127) 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