基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院現(xiàn)代通信原理課程設(shè)計四川師范大學(xué)成都學(xué)院現(xiàn)代通信原理課程設(shè)計 基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計測控儀 學(xué)生姓名學(xué)生姓名陳陳 兵兵 學(xué)學(xué) 號號20101010662010101066 所所 在在 系系通信工程系通信工程系 專業(yè)名稱專業(yè)名稱通信工程通信工程 班班 級級20102010 級通信級通信 1 1 班班 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 孫孫 活活 四川師范大學(xué)成都學(xué)院四川師范大學(xué)成都學(xué)院 二二一二年十一月一二年十一月 數(shù)字溫度計測控儀的設(shè)計 學(xué)生：陳 兵 指導(dǎo)教師：孫活 內(nèi)容摘要：隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地推廣，由于它具 有體積小，功能全，功耗低，價格便宜，性

2、價比高，工作可靠方便等諸多優(yōu)點而獨(dú)具 特色，所以在與微控制有關(guān)的系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)過程中， 溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中普遍而且重要的物理量。溫度測量是生活中和工程領(lǐng)域 中經(jīng)常要解決的問題。傳統(tǒng)的測溫元件有熱電阻和熱電偶。然而其測出的一般都是電 壓，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，在這過程中需要較多的外部硬件支持，硬件電路和軟件 調(diào)試也相對復(fù)雜，而且制作成本也非常高。而數(shù)字溫度計的設(shè)計是采用 stc89c52 單片 機(jī)為主控制芯片和美國 dallas 半導(dǎo)體公司推出的智能溫度傳感器 ds18b20 為檢測元件 組成的溫度控制系統(tǒng)。因為 ds18b20 可以直接讀出溫被測溫度值，而且采

3、用“一線總 線” ，減少了外部的硬件電路，具有易使用和高精度的特點。根據(jù)功能要求系統(tǒng)設(shè)計了 相關(guān)的硬件電路和應(yīng)用程序。硬件電路主要包括 stc89c52 單片機(jī)最小系統(tǒng)，測溫電路、 數(shù)碼管顯示電路等。程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序， 計算溫度子程序，數(shù)碼管顯示程序等。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：溫度 單片機(jī) ds18b20 數(shù)字溫度計 digitaldigital thermometerthermometer measurementmeasurement andand controlcontrol instrumentinstrument designdesign abstrac

4、t:abstract: with the rapid development of single-chip microcomputer technology, the application of single chip microcomputer, is continuously promotion, because it has small volume, the function is complete, low power consumption, low price and high performance/price ratio, reliable work is convenie

5、nt wait for a lot of advantage and unique, so in and micro control the related system application is very wide. in our daily life and industrial production process, the temperature is the process of the production and scientific experiment widespread and important physical quantity. temperature meas

6、urement is life and in the field of engineering often want to solve the problem. the traditional temperature measurement element have thermal resistance and the thermocouple. yet its factors are generally voltage, and then converted to the corresponding temperature, in this process needs more extern

7、al hardware support, hardware circuit and software debugging is relatively complex, and the production cost is also very high. and the design of the digital thermometer is used mainly stc89c52 single-chip microcomputer control chip and the united states dallas semiconductor company launch of the int

8、elligent temperature sensor ds18b20 for detecting element composition of the temperature control system. because ds18b20 can directly read temperature measured temperature value, but also adopted a line bus, reduce the external hardware circuit, has the characteristics of high precision and easy to

9、use. according to the functional requirement system design the related hardware circuit and applications. the hardware circuit stc89c52 including single chip minimize system, temperature measurement circuit, digital tube display circuit, etc. program mainly includes the main program, read temperatur

10、e subroutine, temperature conversion command subroutine, calculation of temperature subroutine, digital tube display program. keywords:keywords: temperature mcu ds18b20 digital thermometer 目 錄 前言 .1 概述 .1 設(shè)計目的 .1 設(shè)計原理 .1 設(shè)計難點 .2 1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案.2 1.1 總體方案設(shè)計 .2 1.2 總體設(shè)計框圖.2 2 開發(fā)工具 altium designer 與 keil

11、.3 2.1 keil軟件.3 2.1.1 keil 軟件簡介 .3 2.1.2 keil 軟件功能 .3 2.2 altium designer.4 2.2.1 altium designer 簡介 .4 2.1.2 altium designer 功能模塊 .4 2.3 本節(jié)小結(jié) .6 3 硬件電路設(shè)計 .6 3.1 單片機(jī)控制模塊.6 3.1.1 單片機(jī)簡介 .6 3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路.12 3.2 max7219 控制的顯示電路 .12 3.2.1 max7219 簡介 .12 3.2.2 max7219 引腳功能 .13 3.2.3 max7219 驅(qū)動數(shù)碼管電路圖 .14

12、 3.3 溫度監(jiān)測模塊 .14 3.3.1 ds18b20 簡介 .14 3.3.2 ds18b20 引腳說明 .15 3.3.3 ds18b20 電路圖 .15 3.4 溫度顯示電路 .16 3.5 電源模塊.16 4 軟件設(shè)計 .16 4.1 主程序 .17 4.2 讀出溫度子程序 .17 4.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 .18 4.4 計算溫度子程序.19 45 溫度數(shù)據(jù)刷新子程序 .19 5 系統(tǒng)的功能 .20 6 設(shè)計總結(jié).20 附錄 1：系統(tǒng)電路圖.22 附錄 2：系統(tǒng) pcb 圖.23 附錄 3：系統(tǒng)源程序.24 參考文獻(xiàn)： .30 數(shù)字溫度計測控儀的設(shè)計 前言 隨著時代的進(jìn)步，數(shù)字

13、化無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它給人們帶來了很多方便， 其中數(shù)字溫度計就是一個很好的例子，一切朝著數(shù)字化，智能化控制方向發(fā)展。數(shù)字 溫度計與傳統(tǒng)的指針式溫度計相比，具有精度高，使用方便，測量范圍廣，直觀的顯 示溫度等特點，其主要用于科研實驗室以及對測溫比較準(zhǔn)確的場所。 溫度計是常用的測量儀器，常用于工業(yè)過程中溫度的測量。在工業(yè)生產(chǎn)中，人們 不僅要了解當(dāng)前的溫度，還希望能了解工作過程中溫度的變化情況。隨著工業(yè)的發(fā)展， 對溫度測量儀的要求是越來越高的，但數(shù)字溫度計具有抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可靠 性高，簡單的結(jié)構(gòu)等特點，因此其更加適合于工業(yè)中對溫度在線測量的要求。 本文采用單片機(jī) stc89c52 為

14、主控制芯片設(shè)計了溫度實時測量及控制系統(tǒng)。單片機(jī) stc89c52 能夠根據(jù)溫度傳感器 ds18b20 所采集的溫度在數(shù)碼管上實時顯示，通過控制 從而把溫度控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。 概述 設(shè)計目的 隨著人們生活水平的提高，單片機(jī)的應(yīng)用也越來越廣，單片機(jī)的控制也是人們追 求目標(biāo)之一，它給人們帶來很多方便，數(shù)字溫度計就是一個很好的例子。 本設(shè)計介紹了數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的指針式溫度計相比，具有很多特點，并且應(yīng)用 也非常廣泛。 在生活中人們可以隨處看到數(shù)字溫度計的蹤影。目前，數(shù)字溫度計在溫控系統(tǒng)中 也得到廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計原理 本設(shè)計是基于單片機(jī) at89s52 設(shè)計的數(shù)字溫度計，用來測量環(huán)境溫度，以及檢測

15、 環(huán)境溫度的變化情況。它的測量范圍在-55125。整個系統(tǒng)分為四部分：溫度傳 感器，單片機(jī)控制器，led 數(shù)碼顯示器以及掃描驅(qū)動。整個設(shè)計的核心是 at89s52，通 過數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 來實現(xiàn)溫度的測量，并進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換，因此其輸出為數(shù)字 形式，這就為單片機(jī)處理提供了方便，但也同時對編程提高了要求。單片機(jī)把測量到 的溫度進(jìn)行相應(yīng)的計算，使其能在數(shù)碼管上輸出對應(yīng)的溫度。led 數(shù)碼管采用四位一體 共陽極的數(shù)碼管。 設(shè)計難點 此設(shè)計重要部分在與編程，程序要實現(xiàn)對溫度的采集，轉(zhuǎn)換，bcd 值的計算，溫度 的顯示，以及溫度的刷新，其外圍電路較簡單，所以運(yùn)用的器件相對較少，實現(xiàn)起來

16、也相對容易。 1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 1.1 總體方案設(shè)計 因為本設(shè)計是測量溫度，因此可以利用熱敏電偶之類的元件的感溫效應(yīng)來 測量溫 度，并將溫度的引起的電壓變化采集出來，并將其進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換，就可以利用單片機(jī) 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并經(jīng)過電路在數(shù)碼管上顯示出來。但是此感溫電路比較麻煩，所以 我們直接采用溫度傳感器 ds18b20，其可以很容易的讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換就可以 實現(xiàn)設(shè)計要求，所以給我們的設(shè)計帶來了很多的方便。 實現(xiàn)溫度的測量，我們要考慮的主要是以下三個方面的內(nèi)容： 溫度隨時都在變化，要做到對溫度的時時監(jiān)控。 溫度的精度很重要，要做到高精度。 測量溫度時系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好才行。 于是

17、本設(shè)計就是以這三個部分為核心內(nèi)容展開。 1.2 總體設(shè)計框圖 數(shù)字溫度計的總體設(shè)計方框圖如圖所示，溫度傳感器采用的是 ds18b20，控制器采 用的是單片機(jī) at89c52，用四位共陽極 led 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)的方式來實現(xiàn)溫度的 顯示。 溫度傳感 器 at89c52 主控制器 四位 led 數(shù)碼顯示 器 掃描驅(qū)動 圖 1.2-1 總體設(shè)計框圖 2 開發(fā)工具 altium designer 與 keil 2.1 keil 軟件 2.1.1 keil 軟件簡介 keil c51軟件開發(fā)系統(tǒng)是美國 keil software 公司出品的 51系列兼容單片機(jī) c 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 c 語言與匯

18、編相比，在功能上、可讀性、結(jié)構(gòu)性、可維護(hù)性 上有很大的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的 集成開發(fā)調(diào)試工具。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 keil c51生成的目標(biāo)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。keil c51軟件是一個基于32 位 windows 環(huán)境的應(yīng)用程序，支持 c 語言和匯編語言編程，其6.0以上的版本將編譯和 仿真軟件統(tǒng)一為 vision(通常稱為 v2)。keil 提供包括 c 編譯器、宏匯編、連接器、 庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的

19、完整開發(fā)方案，由以下幾部分組成： vision ide 集成開發(fā)環(huán)境 c51編譯器、a51匯編器、lib51庫管理器、bl51連接/定位 器、oh51目標(biāo)文件生成器以及 monitor-51、rtx51實時操作系統(tǒng)。 2.1.2 keil 軟件功能 keil 進(jìn)行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存建立工程并添加源文 件設(shè)置工程編譯、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件程序調(diào)試。keil 使用“工程”(project) 的概念，對工程進(jìn)行編譯、連接等操作。工程的建立、設(shè)置、編譯及連接產(chǎn)生目標(biāo)文 件的方法非常方便，易于掌握。首先選擇菜單 project-new project，建立新工程并 保存；工程保存后

20、會彈出一個設(shè)備選擇對話框，選擇 cpu 后點確定返回主界面。然后 建立源程序文件，然后打開“target1”，選擇 source group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜 單，選擇“add file to group source group1”，出現(xiàn)一個對話框，要求尋找并 加入源文件。加入源程序文件后點 close 返回主界面，就會看到所加入的文件，雙擊 文件名，即可打開該源程序文件。緊接著對工程進(jìn)行設(shè)置，選擇工程管理窗口的 target1，再選擇 project-option for targettarget1(或點右鍵彈出快捷菜單再 選擇該選項)，打開工程屬性設(shè)置對話框，共有 8 個選項卡，主要

21、設(shè)置工作包括在 target 選項卡中設(shè)置晶振頻率、在 debug 選項卡中設(shè)置實驗仿真板等，如要寫片，還 必須在 output 選項卡中選中“creat hex fi”；其它選項卡內(nèi)容一般可取默認(rèn)值。工 程設(shè)置后按 f7 鍵(或點擊編譯工具欄上相應(yīng)圖標(biāo))進(jìn)行編譯/匯編、連接以及產(chǎn)生目標(biāo) 文件。 成功編譯、連接后，選擇菜單 debug-start/stop debug session(或按 ctrl+f5 鍵)進(jìn) 入程序調(diào)試狀態(tài)，keil 提供對程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個功能強(qiáng)大的仿真 cpu 以 模擬執(zhí)行程序。keil 能以單步執(zhí)行(按 f11 或選擇 debug-step)、過程單步執(zhí)行

22、(按 f10 或選擇 debug-step over)、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)程序有 錯，可采用在線匯編功能對程序進(jìn)行在線修改(debug-inline assambly)，不必執(zhí)行 先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進(jìn)行編譯/匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試 狀態(tài)的步驟。對于一些必須滿足一定條件(如按鍵被按下等)才能被執(zhí)行的、難以用單 步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點設(shè)置的方法處理(debug-insert/remove breakpoint 或 debug-breakpoints等)。在模擬調(diào)試程序后，還須通過編程器將.hex 目標(biāo)文件燒寫入單片機(jī)中才能觀察開發(fā)

23、板的運(yùn)行狀況。 2.2 altium designer 2.2.1 altium designer 簡介 1987-1988 年由美國 accel technologies inc 公司推出了第一個應(yīng)用于電子線路 設(shè)計的軟件包 tango，這個軟件包開創(chuàng)了電子設(shè)計自動化（eda）的先河。 隨著電子行業(yè)的發(fā)展，tango 日益不滿足行業(yè)的需要。為了滿足時代的需要，protel technology 公司推出了 protel for dos 作為 tango 的升級版，從此 protel 的名字在 行業(yè)類日益響亮。 20 世紀(jì) 80 年代末期，protel 推出了 protel for windo

24、ws 1.0、protel for windows 1.5 等版本。20 世紀(jì) 90 年代中期 protel 推出了 protel 3.x 版本。1998 年 protel 推出了 protel 98，這個版本獲得了業(yè)界的一致好評。1999 年 protel 有推出 了 protel 99 版本。2005 年 protel 軟件的原廠商 altium 推出了 protel 系列的最高 端版本 altium designer。 altium designer 是業(yè)界首例將流程、集成化 pcb 設(shè)計、 可編程器件設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品。 2.1.2 altium

25、designer 功能模塊 庫管理：基于單一數(shù)據(jù)庫的一體化的庫管理支持所有元件模式，并和三維模型， 數(shù)據(jù)頁以及元件供應(yīng)商相鏈接。版本控制和外部項目管理系統(tǒng)的單點控制。 仿真 - 混合信號：spice 3f5/xspice 混合信號電路仿真(同時兼容于 pspice) 。 信號完整性 - 原理圖級別：布線前的信號完整性分析，并包含全功能的，使用缺 省 pcb 參數(shù)的分析引擎 。 pcb - 板卡定義 void delay_ms(unsigned int); void delay_us(register unsigned int); void temp2str(signed int tmep,un

26、signed char *); void display(unsigned char *); void start_convert(void); signed int read_temperature(void); unsigned char ow_reset(void); unsigned char ow_read_byte(void); void ow_write_byte(unsigned char val); void main() unsigned char i; unsigned char dispram8; for(i=0;i8;i+) disprami=no_display;

27、while (1) start_convert(); for(i=0;i120;i+) display(dispram); temp2str(read_temperature(),dispram); /*/ /start ds18b20 temperature convert /*/ void start_convert(void) ow_reset(); ow_write_byte(oxcc);/skip rom ow_write_byte(ox44);/start conversion /*/ /read temperature /returns the temperature /*/ s

28、igned int read_temperature(void) unsigned char get9; signed int temp; unsigned char i; ow_reset(); ow_write_byte(oxcc); ow_write_byte(oxbe); for(i=0;i9;i+) geti= ow_write_byte(); temp=(temp8)|get0; return temp; /*/ / ow_reset-per forms a reset on the one-write bus and /returns the presence detect /*

29、/ unsigned char ow_reset(void) unsigned char presence; one_wire_dq=0; delay_us(240); one_wire_dq=1; delay_us(33); presence=! one_wire_dq; delay_us(205); return (presence ); /*/ /read_byte-reads a byte from the one-wire bus. /*/ unsigned char ow_read_byte(void) unsigned char i; unsigned char value; f

30、or(i=0;i=1; one_wire_dq=1; delay_us(1); timeslot if(one_wire_dq) value|=0 x80; delay_us(25); return(value); /*/ /write_byte-writes a byte from the one-wire bus. /*/ void ow_write_byte(char val) unsigned char i; for(i=0;i=1; /*/ temperature data to display string function parameter: int tem,pointer o

31、f string /*/ void temp2str（signed int temp,unsigned char * ch） unsigned char sign; if(temp=4; ch6=(temp%10)|0 x40; temp/=10; ch5=temp%10; temp/=10; ch4=temp%10; ch3=no_display; if (ch4=0) ch4=no_display; if(ch5=0) ch5= no_display; if(sign) if(ch5= no_display) ch5=disp_gign; else if(ch4= no_display)

32、ch4=disp_gign; else ch3=disp_gign; /*/ 8 led digital tubes display function parameter:string pointer to display /*/ void display(unsigned char * disp_ram) static unsigned char disp_count; unsigned char i; unsigned char code table= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e,0 xbf,0 xff; disp_count=( disp_count+1)$0 x7f; for(i=0;i32)?tabledisp_rami else p0=tabledisp_rami if (disp_rami