課程設(shè)計(jì)基于AT89S52的數(shù)字溫度計(jì)(DS18B20)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)WORD

1、文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 1 / 19信息學(xué)院信息學(xué)院電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)報(bào)告完成完成日期：日期： 專 業(yè)：通信工程班 級(jí)：092設(shè)計(jì)題目：數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張慶余、陳子杰、王洪亮指導(dǎo)教師：張錚文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 2 / 19目目 錄錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo).1 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù).1 1.2 性能指標(biāo)性能指標(biāo).1二、設(shè)計(jì)方案二、設(shè)計(jì)方案.1三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).3 3.1 主控制器主控制器 AT89C52.3 3.2 溫度采集裝置溫度采集裝置 DS18B20.4 3.3 顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì)

2、.7 3.4 溫度調(diào)節(jié)設(shè)置按鍵電路溫度調(diào)節(jié)設(shè)置按鍵電路.8 3.5 復(fù)位電路復(fù)位電路.8 3.6 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路.8 3.7 報(bào)警電路報(bào)警電路.9四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).9 4.1 主程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì).9 4.2 溫度檢測裝置設(shè)計(jì)溫度檢測裝置設(shè)計(jì).10 4.3 中斷設(shè)定子程序設(shè)計(jì)中斷設(shè)定子程序設(shè)計(jì).12 4.4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)報(bào)警模塊設(shè)計(jì).14文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 3 / 19五、調(diào)試及性能分析五、調(diào)試及性能分析.14 5.1 調(diào)試步驟調(diào)試步驟.14 5.2 性能分析性能分析.15六、心得體會(huì)六、心得體會(huì).15參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).16附錄附錄 1 系統(tǒng)硬件電路圖系統(tǒng)硬

3、件電路圖.16附錄附錄 2 程序清單程序清單.17文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 3 / 19一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)以智能集成溫度傳感器 DS18B20，89S52 單片機(jī)為控制器構(gòu)成數(shù)字溫度測量裝置，它與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示。要求用 Protel 畫出系統(tǒng)的電路原理圖（要求以最少組件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要求的功能） ，印刷電路板（要求布局合理，線路清晰） ，繪出程序流程圖，并給出程序清單（要求思路清晰，盡量簡潔，主程序和子程序分開，使程序有較強(qiáng)的可讀性） 。1.2 性能指標(biāo)(1)實(shí)時(shí)顯示環(huán)境溫度

4、值 (2)通過按鍵可以設(shè)定報(bào)警溫度的上下限值 (3)當(dāng)環(huán)境溫度大于報(bào)警溫度上限值，通過紅燈閃爍和蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)環(huán)境溫度小于報(bào)警溫度下限值，通過綠燈閃爍和蜂鳴器報(bào)警。二二. .設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 1.1 所示。方案采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在 0100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸

5、，由數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 和微控制器 AT89S52 構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大。采用 51 單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多 DS18B20 控制工作，還可以與 PC 機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外 AT89S52 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。該系統(tǒng)利用 AT89S52 芯片控制溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限

6、報(bào)警溫度。文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 4 / 19 圖 2.1 DS18B20 溫度測溫系統(tǒng)框圖顯示模塊采用采用了四位數(shù)碼管，通過溫度傳感器和單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，把當(dāng)前環(huán)境下的溫度數(shù)據(jù)適時(shí)傳輸給數(shù)碼管。鍵盤采用線性連接，連接方式相對(duì)簡單，使用查詢法實(shí)現(xiàn)調(diào)整功能。獨(dú)立鍵盤輸入DS18B20溫度采集警示電路部分AT89S52單片機(jī)數(shù)碼顯示時(shí)間復(fù)位電路文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 5 / 19三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.13.1 單片機(jī)單片機(jī)的選擇的選擇采用 AT89C52 單片機(jī)為中心控制芯片。AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)

7、，片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的 PEROM 和256bytes 的 RAM 以及通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元。AT89C52 功能強(qiáng)大，可充分滿足該控制器存儲(chǔ)等各方面的需求。AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，256 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè) I/O 口線，3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器，一個(gè) 6 位向量級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52 可降至的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選節(jié)電工作方式：空閑方式停止的工作，但允許 RAM 的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)

8、位。 圖 3.1 AT89C52 引腳圖AT89C52AT89C52 的參數(shù)了解：的參數(shù)了解：工作溫度 55125文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 6 / 19儲(chǔ)藏溫度 65150任一引腳對(duì)地電壓 17最高工作電壓 6.6直流輸出電流 153.2 溫度采集裝置由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對(duì)較高。這里采用 DALLAS 公司的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 作為測溫元件。DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)

9、。DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55+125 攝氏度，可編程為 9 位12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) 0.0625 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上，CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路

10、簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。DS18B20 的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊;DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫;DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi);適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電;文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 7 / 19溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5;零待機(jī)功耗;可編程的分

11、辨率為 912 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫;在 9 位分辨率時(shí)最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快;用戶可定義報(bào)警設(shè)置;報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件;測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力;負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 11 以上特點(diǎn)使 DS18B20 非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測系統(tǒng)。DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由

12、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、各種封裝形式如圖 3-2 所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND 為地信號(hào)；VDD 為可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 圖 3.2 外部封裝形式 圖 圖 3.3 所示圖為引腳圖文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 8 / 1964位ROM單片機(jī)存儲(chǔ)器和控制邏輯高速緩存溫度傳感器高溫觸發(fā) TH低溫觸發(fā) TL配置寄存器8 位 CRC 發(fā)生器圖 3.4 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3

13、.3 顯示電路的設(shè)計(jì) 百位 12 十位 9 個(gè)位 8 十分位 6 A 11 B 7 C 4 D 2 E 1 F 10 G 5 DP 3DS18B20 采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)分析在該數(shù)碼管上顯示。3.4 溫度調(diào)節(jié)設(shè)置按鍵電路通過四個(gè)外圍按鍵與單片機(jī) AT89C52 直接相連，用戶可根據(jù)需要設(shè)置自己想要控制的正常范圍內(nèi)任意想要溫度。文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 9 / 193.5 復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位工作是單片機(jī)進(jìn)入工作的狀態(tài)的初始化操作，是 CPU 和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。另外當(dāng)程序運(yùn)行錯(cuò)誤或由于錯(cuò)誤操作而是單片機(jī)進(jìn)入鎖死狀態(tài)的時(shí)侯。也可以通過復(fù)位操作

14、進(jìn)行的從新啟動(dòng)的操作。等到復(fù)位以后，單片機(jī)的計(jì)算機(jī)初始值被初始化。圖 3.5 復(fù)位電路3.6 時(shí)鐘電路對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)工程的時(shí)鐘電路，都是用于單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)只有在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，其各部件之間才能協(xié)調(diào)一致工作，時(shí)鐘信號(hào)控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 在單片機(jī)的 TXAL1、TXAL12、之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，可以喝單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。這種方式稱之為內(nèi)部的時(shí)鐘源方式。電容 C4 和 C5 的主要作用是幫助振蕩器起振，且振蕩器大小對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，在 80C51 系列中電容的大小 20 微法。另外，振蕩器的頻率只要由石英晶振的頻

15、率來決定本次設(shè)計(jì)選用 12MHz。圖 3.6 時(shí)鐘電路文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 10 / 193.7 溫度報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電。當(dāng)所測溫度超過獲低于所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警輸出。報(bào)警電路硬件連接見圖 3.7。圖 3.7 蜂鳴器電路連接圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì) 主程序模塊主程序需要調(diào)用 4 個(gè)子程序，分別為數(shù)碼管顯示程序，溫度測試及處理子程序，報(bào)警子程序，中斷設(shè)定子程序。各模塊程序功能如下：數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。溫度測試及處理程序：對(duì)溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處

16、理，進(jìn)行判斷和顯示。報(bào)警子程序：進(jìn)行溫度上下限判斷及報(bào)警輸出。中斷設(shè)定程序：實(shí)現(xiàn)設(shè)定上下限報(bào)警功能。主程序流程圖見圖 4.1。文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 11 / 19圖 4.2 DS18B20 初始化流程圖 圖 4.1 主程序流程圖4.2 溫度檢測裝置設(shè)計(jì) 溫度檢測流程 DS18B20 在單片機(jī)控制下分三個(gè)階段:18B20 初始化：初始化流程圖見 4.2讀 18B20 時(shí)序：讀 DS18B20 流程見圖 4.3寫 18B20 時(shí)序：寫 18B20 流程見圖 4.4文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 12 / 19發(fā)出 DS18B20 復(fù)位命令發(fā)跳過 ROM 命令發(fā)出度溫度命令讀取

17、操作，CRC 命令9 字節(jié)完？CRC 效驗(yàn)，正確移入溫度暫存器結(jié)束圖 4.3 讀 DS18B20 流程圖文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 13 / 19DS18B20 寫開始設(shè)置串行位數(shù)為 8DQ 清零，將 DQ 總線電平拉低延時(shí) 15us寫入一位數(shù)據(jù)延時(shí) 15usDQ 置 1 設(shè)置為恢復(fù)狀態(tài)8 為數(shù)據(jù)送完否DS18B20 寫入結(jié)束圖 4.4 寫 DS18B20 流程圖4.3 中斷設(shè)定子程序設(shè)計(jì) 中斷模塊采用了外中斷和內(nèi)中斷套用方法。當(dāng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警時(shí)，利用 INT0 口進(jìn)行中斷，set 鍵進(jìn)行上下限報(bào)警溫度設(shè)定，進(jìn)入溫度設(shè)定狀態(tài)后（按一下溫度設(shè)定鍵），首先會(huì)提示顯示“UP”字母，

18、表示要用戶設(shè)定高溫報(bào)警溫度，按 S3 鍵 ，表示本位數(shù)字+1，按 S4 表示移向下一位，如 果 4 位高溫設(shè)定完畢，則顯示“DO”，表示要用戶設(shè)定低溫報(bào)警溫度。4 位低溫設(shè)定完畢，如果用戶設(shè)置的高溫比設(shè)定的低溫高的話則顯示“ERRO”表示錯(cuò)誤提示，同時(shí)會(huì)有蜂鳴器及時(shí)報(bào)警提示，然后自動(dòng)顯示“UP”，讓用戶重新進(jìn)行溫度設(shè)定。中斷設(shè)定子程序流程圖見下圖文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 14 / 19關(guān)于外部中斷開內(nèi)部中斷顯示 UPSBS1 跳到下一位四位設(shè)定完顯示 DOS3S4 跳到下一位四位設(shè)定完設(shè)置溫度比較高溫？低溫？開外部中斷關(guān)內(nèi)部中斷顯示LED圖 4.5 中斷設(shè)定子程序流程圖文檔可能無法

19、思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 15 / 194.4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 報(bào)報(bào)警警程程序序讀讀取取出出溫溫度度值值C清清除除報(bào)報(bào)警警標(biāo)標(biāo)志志位位CMAX？CMIN？置置上上限限報(bào)報(bào)警警標(biāo)標(biāo)志志置置下下限限報(bào)報(bào)警警標(biāo)標(biāo)志志報(bào)報(bào)警警裝裝置置運(yùn)運(yùn)行行是是否否有有參參數(shù)數(shù)報(bào)報(bào)警警返返回回YYNNY 圖 4.6 報(bào)警模塊子程序流程圖五、調(diào)試及性能分析五、調(diào)試及性能分析5.15.1 調(diào)試步驟調(diào)試步驟調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測試結(jié)果如下：（1）檢查電源與地線是否全部連接上，用萬用表對(duì)照電路原理圖測試各導(dǎo)線是否完全連接，測試結(jié)果所有連接線都已連接好；（2）

20、檢驗(yàn)單片機(jī)的晶振是否起振，用示波器觀察波形；測試結(jié)果波形都很好；（3）檢查各芯片的功能是否正常，檢測按鍵的導(dǎo)通情況。測試結(jié)果正常。軟件調(diào)試主要是程序調(diào)試，將整個(gè)溫度計(jì)顯示程序按照實(shí)現(xiàn)功能分為各子模塊進(jìn)行調(diào)試，首先都要在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試。具體步驟如下：（1）顯示程序調(diào)試。在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課中我們已經(jīng)做過 LED 顯示實(shí)驗(yàn)，所以這部分相對(duì)簡單，很快便調(diào)試無誤了。我們設(shè)計(jì)的硬件顯示部分與實(shí)驗(yàn)臺(tái)雖然并不相同，但相差并不多，經(jīng)改動(dòng)后在單路板上也調(diào)試通過了；文檔可能無法思考全面，請(qǐng)瀏覽后下載! 16 / 19（2）主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等的調(diào)試。由于 DS18B20 與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對(duì) DS18B20 進(jìn)行讀/寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀/寫時(shí)序，否則將無法讀取測量結(jié)果。5.25.2 性能分析性能分析省略.六、心得體會(huì)六、心得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)電子設(shè)計(jì)及制作產(chǎn)生了較為濃厚的興趣，這不僅加強(qiáng)