IO接口溫度控制器報告

1、目錄1、 實驗?zāi)康募耙蟆嶒災(zāi)康?、設(shè)計要求2、 要求分析3、 系統(tǒng)框架圖4、 元件明細表、單片機、顯示屏5、 系統(tǒng)電路總體設(shè)計6、 系統(tǒng)電路總體設(shè)計、系統(tǒng)工作原理、硬件系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)程序設(shè)計7、 系統(tǒng)總體調(diào)試8、 實驗總結(jié)9、 附錄參考文獻10、 附錄程序清單基于簡單I/O口的8LED顯示溫度控制器設(shè)計一、設(shè)計要求（1）基本要求： 1 用18B20或AD590溫度傳感器作溫度探頭，采集溫度數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成BCD碼在數(shù)碼管上顯示。 2 記錄間隔可任意設(shè)定（1S到1h，步長1s），能按設(shè)定時間存儲數(shù)據(jù)。 3 通過鍵回放溫度和記錄時間參數(shù)。（2）發(fā)揮部分： 1 通過DA回放數(shù)據(jù)（直方圖），用模擬示波器

2、顯示。2 設(shè)定溫度告警門限。 3 通過聲、光告警顯示。（3）動態(tài)顯示格式：自定 注：基于簡單IO口是指顯示器由74HC373控制二、要求分析根據(jù)設(shè)計要求，需要利用DS18B20作為溫度探頭，采集溫度數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成BCD碼在數(shù)碼管上顯示。當(dāng)按下鍵盤的設(shè)定步長按鍵后，可以設(shè)定任意長度的步長，能按設(shè)定時間存儲數(shù)據(jù)。當(dāng)按下鍵盤的讀取存儲數(shù)據(jù)按鍵后，可以通過按鍵1-9來回放相應(yīng)的溫度和記錄時間參數(shù)。三、系統(tǒng)框架圖鍵盤單片機89C518LED鎖存器74HC373DS18B20四元件明細表元件名稱 型號單片機89C51溫度探測器DS18B20鎖存器74LS373數(shù)碼顯示器7SEG-MPX8-CC-BLUE4*

3、4鍵盤KEYPAD-SMALLCALC1、單片機 單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。作為嵌入式系統(tǒng)控制核心的單片機具有其體積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點。51 系列單片機是國內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的單片機之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應(yīng)用，51 系列單片機的發(fā)展又進入了一個新的階段。在今后很長一段時間內(nèi)51 系列單片機仍將占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的中低端市場。2、顯示屏五、總體方案的確定在溫度采集方面，在設(shè)計開始時就準(zhǔn)備了兩種方案：一種是采用熱敏電阻式傳感器和ADC0809轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)采集。具體方案如下：溫度傳感器的模

4、擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后由P0口輸入。ADC0809由P3.0啟動轉(zhuǎn)換，由P3.1控制輸出。信號傳輸采用無條件輸入方式，啟動A/D轉(zhuǎn)換后延時100微妙從P0口采集數(shù)據(jù)。時間延遲由T0實現(xiàn)。另一種是采用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行數(shù)據(jù)采集。DSB18B20S數(shù)字溫度計提供9到12位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20送出，因此從中央處理器到DS18B20僅需連接一條線和地，讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，甚至不需要外部電源。而總體方案和系統(tǒng)電路圖方面基本上和熱敏式傳感器相同，只在數(shù)據(jù)采集方面有所差別。根據(jù)選擇傳感器的原則，考慮到模擬量輸出傳感器會帶來

5、許多不便，具體體現(xiàn)在接線多、信號處理復(fù)雜等，在硬件實現(xiàn)方面比較困難。而且熱敏電阻式溫度傳感器互換性差，非線性嚴(yán)重。而數(shù)字溫度傳感器DS18B20接線簡單，數(shù)字輸出量能直接作為單片機的輸入數(shù)據(jù)， 同時考慮到只是在普通環(huán)境下測量，無論在靈敏度、線性范圍、穩(wěn)定性，還是在精度方面，DS18B20的強大功能已足夠滿足設(shè)計需要。在本次設(shè)計中，溫度數(shù)據(jù)采集用到的傳感器是DS18B20。具體電路圖如圖1所示。圖1 數(shù)字傳感器式溫度控制器六、系統(tǒng)電路總體設(shè)計1、系統(tǒng)工作原理該溫度控制系統(tǒng)用到89C51單片機作為系統(tǒng)的CPU進行控制控制，由數(shù)字傳感器DS18B20進行數(shù)據(jù)采集，89C51對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，得

6、到各種信號。而這些信號將作為LED數(shù)碼管顯示的信號輸入，同時將利用單片機的其它使能端口實現(xiàn)鍵盤的控制作用。2、硬件系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)的硬件部分主要可分為溫度采集電路，信號處理與控制控制，溫度顯示電路，鍵盤控制電路四大部分。（1）溫度采集電路本系統(tǒng)中采集溫度使用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器。 DS18B20是Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。與之前的傳感器相比，DS18B20體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接

7、口，測量溫度范圍為 -55到+125，在-10到+85范圍內(nèi),精度為0.5?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V到5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定9到12位的分辨率，精度為0.5。當(dāng)分辨率為12位時，轉(zhuǎn)換時間為750ms。使得用戶可選擇更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍和分辨率設(shè)定，同時用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20一般為三極管型封裝，包括

8、溫度傳感器、64位激光ROM單線單口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等。其引腳圖如圖2所示。這三個引腳分別為：GND電源地；QD數(shù)字信號輸入/輸出端；VDD外接供電電源（可選5V）。圖2 DS18B20引腳圖在單片機89C51中，輸入/輸出端口分別P0、P1、P2、P3。其中P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻吧端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被電阻拉低的引腳會輸出一個電流

9、。在該系統(tǒng)中，DS18B20的數(shù)字信號輸入/輸出端連接到89C51的P3.7中，作為89C51的數(shù)據(jù)輸入。（2）信號處理與控制電路信號處理與控制采用51單片機基本電路。此電路以51單片機為核心，51的具體引腳圖如圖3。在該系統(tǒng)中，要使單片機實現(xiàn)信號處理與控制，則要使單片機的18、19腳（XTAL2、XTAL1）接12MHz的晶振和兩個電容，組成片內(nèi)振蕩電路，為單片機提供時鐘脈沖。9腳（RST）接按鍵復(fù)位電路，提供復(fù)位信號給單片機。圖3 89C51引腳圖 89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以

10、構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。兩個電容通常取30pF左右，穩(wěn)定頻率并對震蕩頻率有微調(diào)作用。如圖4所示。圖4 晶振電路手動復(fù)位是通過接通一按鈕開關(guān)，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。系統(tǒng)上電運行后，若需要復(fù)位，則通過手動復(fù)位來實現(xiàn)的。如圖5所示。 圖5 手動復(fù)位電路（3） 溫度顯示電路本系統(tǒng)中，溫度顯示硬件由74HC373和八位LED數(shù)碼管構(gòu)成。1.八位LED數(shù)碼管八位數(shù)碼管引腳圖如圖6所示。它的1、2、3、4、5、6、7、8腳為位選腳，分別對應(yīng)從左到右八個數(shù)碼管，輸入低電平選通。剩下的其他引腳為數(shù)據(jù)輸入腳，此電路中數(shù)碼管的8個數(shù)據(jù)引腳（a、b、c、d、e、f、g、dp）。圖6 LED數(shù)碼管引腳圖 2、74HC37

11、3 373為三態(tài)輸出的八口透明鎖存器，共有74HC373和74LS373兩種線路結(jié)構(gòu)形式。在本系統(tǒng)中，采用74HC373，因為在PROTUES仿真里，用74LS373會被報錯。74HC373的D0-D7腳分別與單片機的P0.0-P0.7腳相連。74HC373引腳圖如圖7所示： 圖7 74HC373引腳圖（4）鍵盤控制電路鍵盤控制電路的作用是通過按鍵回放溫度和記錄時間參數(shù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，單片機系統(tǒng)應(yīng)該完成該按鍵所設(shè)定的功能，因此，鍵的輸入信息是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的。在本系統(tǒng)中采用4*4的鍵盤，鍵盤的列線與P1口的低4位相連，行線與P1口的高4位相連。鍵盤控制電路如圖8所示： 圖

12、8 鍵盤控制電路3、系統(tǒng)程序設(shè)計（1）主程序模塊（如圖9所示）。主程序開始讀取溫度溫度轉(zhuǎn)換溫度顯示鍵盤按下按鍵盤要求作處理結(jié)束 圖9 主程序流程圖（2）DS18B20的工作流程如圖10所示。 圖11 DS18B20的工作流程（3）溫度顯示流程圖如圖11所示。 圖11 溫度顯示流程圖（4）鍵盤控制電路流程圖如圖12所示是否有鍵按下執(zhí)行相應(yīng)操作顯示新設(shè)置返回 圖12 鍵盤控制電路流程圖完整的程序請詳見附錄。七、系統(tǒng)的調(diào)試1、程序調(diào)試過程中遇到的問題和解決辦法1) 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保

13、證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。2) 在DS1820測溫程序設(shè)計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦DS1820連線未接好，當(dāng)程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。3) 編程時要注意，在程序開始時，要寫入各定時器中斷的入口地址。4) 編程過程中要注意加注釋或分割線，否則，在程序過長時容易變得很亂，不便于查找或更改。5) 程序的結(jié)構(gòu)要設(shè)計的合理，避免上下亂調(diào)用的現(xiàn)象，這樣會使程序更加清晰化。6) 編程前要加流程圖，這樣會使思路清晰。2、調(diào)試結(jié)果（1）溫度顯示結(jié)果 DS1820采集

14、溫度數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成BCD碼在8位LED上顯示，結(jié)果如圖13所示： 圖13 溫度顯示結(jié)果（2）鍵盤控制顯示結(jié)果 通過鍵盤回放溫度和記錄時間參數(shù)，結(jié)果如圖13所示： 圖13 鍵盤控制顯示結(jié)果八、實驗總結(jié)這次的課程設(shè)計，我覺得我學(xué)到了很多的東西，受益匪淺。首先我了解了proteus軟件的基本使用方法，以及利用這個軟件用來仿真，對于電路的設(shè)計有了一定的理解，懂得了如何利用C語言聯(lián)系實際來進行編程，同時在編程的過程中，了解一些管腳的使用方法，以及在C語言中使用的代碼和一些器件的初始化方法，同時也讓我明白了自己的一些不足，認(rèn)識到僅僅把書本上的知識學(xué)好是遠遠不夠的，需要拓寬自己的知識面，來應(yīng)付未來的挑戰(zhàn)。 當(dāng)

15、然在本次課程設(shè)計中，我遇到了很多沒有遇到過的困難，于是圖書館和INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我們受益非淺。而且在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作來進行調(diào)試，然后才能解決。自然而然，我分析問題解決問題的能力得到了增強。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。通過這次的軟件設(shè)計，我熟悉了單片機開發(fā)的每個步驟，它不但檢查了我的整個知識面的掌握程度，知道了自己的不足，讓我更

16、加牢固的掌握了單片機方面的相關(guān)知識！這次的軟件設(shè)計也讓我學(xué)會了在遇到問題時，如何冷靜的思考問題以及解決問題！更讓我懂得了學(xué)習(xí)貴在堅持。我學(xué)到了更多以前沒有學(xué)到過的知識。在這里，我很感謝指導(dǎo)老師和同學(xué)給我的幫助，使我能順利完成我的軟件設(shè)計。 總之通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，如何把理論應(yīng)用于實際，又如何實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。感謝學(xué)校給我們大家這樣一次課程設(shè)計的機會，為我們以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。附錄 參考文獻雷曉平，李曉東，羅海天.2006.單片機原理及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社于珍珠,趙娜,趙剛等.2007.基于51單片機的溫度測量系統(tǒng).單片機開發(fā)與應(yīng)用.23（1-2）

17、：146-148齊建家,胡天明.2008.基于DS18B20的數(shù)字溫度設(shè)計及其應(yīng)用.黑龍江工程學(xué)院學(xué)報.22(2)：59-62羅平,陶冶.袁永超.2007.基于DS18B20的溫度測量系統(tǒng).農(nóng)機化研究.(10)：161-164曹柏榮.2003.單片機原理及其應(yīng)用技術(shù).上海：原子能出版社曹海平.2008.基于單片機和DS18B20的分布式多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計.自動化技術(shù)與應(yīng)用.27(11)：90-93魏英智.2005.DS18B20在溫度控制中的應(yīng)用.煤礦機械.(3)：92-93魏澤鼎.2005.單片機應(yīng)用技術(shù)與實例.北京：電子工業(yè)出版社附錄 程序清單#include #include #in

18、clude #include #include typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint;typedef signed char schar;typedef signed int sint;#define DQ P3_7 /溫度檢測 P3.7#define KEY_SET14 / on/c#define KEY_COMFIRM 15 / =extern void DelayXms(uint xms);extern uchar KeyScan();uchar code dis_code11=0x3f,0x06,0x5b,0x4f

19、,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40;/ 0-9、負(fù)號,共陰極數(shù)碼管uint timecnt = 0,step = 1,stepcnt = 0;uchar temptable11,position=0;schar temp=0;/延時函數(shù)void DelayXus(uint i)while(i-);/初始化函數(shù)void InitialDS18B20() uchar x=0; DQ = 1;/DQ復(fù)位 DelayXus(8);/稍做延時 DQ = 0;/單片機將DQ拉低 DelayXus(80);/精確延時 大于 480us DQ = 1;/拉高總線 Delay

20、Xus(14); x=DQ;/稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗 DelayXus(20);/讀一個字節(jié)uchar ReadByte()uchar i=0,dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0;/ 給脈沖信號 dat=1; DQ = 1;/ 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; DelayXus(4); return dat;/寫一個字節(jié)void WriteByte(uchar dat) uchar i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0;DQ = dat&0x01;DelayXus(5);DQ = 1;dat=1; /

21、DelayXus(4);/讀取溫度uint ReadTemperature()uchar a=0;uchar b=0;uint t=0;float tt=0;InitialDS18B20();WriteByte(0xCC);/ 跳過讀序號列號的操作WriteByte(0x44);/ 啟動溫度轉(zhuǎn)換InitialDS18B20();WriteByte(0xCC);/跳過讀序號列號的操作WriteByte(0xBE);/讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度a=ReadByte();b=ReadByte();t=b;t=8;t=t|a;tt=t*0.0625;/5/8; /t= tt*

22、10+0.5; /放大10倍輸出并四舍五入-此行沒用return t;/*ledplay 數(shù)碼管顯示，chan 0-8,num 數(shù)值0-9 、負(fù)號*/void ledplay(uchar chan,uchar num)if(chan 8 & num = 10 )P2 = 0xff; P2= (0x01chan);/選取第N位P0 = dis_codenum;/顯示DelayXms(100);/delay();void InitTimer1(void) TMOD = 0x10; TH1 = 0xFC; TL1 = 0x18; EA = 1; ET1 = 1; TR1 = 1;/*tempdisp

23、lay 溫度顯示函數(shù)*/void tempdisplay(schar tem) schar tempbit1=0;schar tempbit2=0;/if(tem= 125)return;if(tem 99)ledplay(5, 1);tem = tem - 100;tempbit1 = tem%10;/個位HexToBcdtempbit2 = tem/10;/十位 ledplay(6,tempbit2);ledplay(7,tempbit1); /*Timer1Interrupt 定時器1000us*1000 = 1s*/void Timer1Interrupt(void) interrup

24、t 3 TH1 = 0xFC; TL1 = 0x18;timecnt+; if (timecnt = 1000)/1s-溫度值存放 timecnt = 0;stepcnt +;if (stepcnt = step)stepcnt = 0;if(position10) temptableposition+= temp; else temptableposition= temp;position = 0; uint setStep( ) uchar key,i = 0; uint step = 0;P2 = 0xff;/清屏for(;)key= KeyScan(); if (key = KEY_C

25、OMFIRM) return step;if(key 10)step = key;for(;)key= KeyScan();ledplay(7,step);if (key = KEY_COMFIRM) return step; if(key 10)step =step*10 + key;for(;)key= KeyScan();if (key = KEY_COMFIRM) return step;ledplay(6,step/10);ledplay(7,step%10);if(key 10)step =step*10 +key;for(;)key= KeyScan(); if (key = K

26、EY_COMFIRM) return step;ledplay(5,step/100);ledplay(6,(step%100)/10);ledplay(7,step%10);if(key 4;tempdisplay(temp);/主循環(huán) 顯示溫度key= KeyScan(); /檢查按鍵ledplay( 0, key );if(key = KEY_SET)/進入設(shè)置狀態(tài)if(0 != (j = setStep()step = j;if(key=key)?(position-key):(11+position-key);/找到前N秒的溫度值存放位置for(j=0;j0;i-)for(j=110;j0;j-);uchar KeyScan() uchar cord,keyValue;cord = 0xFF;P1=0xFE; if(P1&0xf0)!=0xf0)DelayXms(5);if(P1&0xf0)!=0xf0) /消除鍵盤抖動 延時10ms cord=P1; P1=0xff