數字溫度計設計(單片機)

1、目 錄1 設計目的 . 錯 誤!未定義書簽。2. 設計要求 . 錯 誤!未定義書簽。3. 總體設計方案 . 錯 誤!未定義書簽。 3.1數字溫度計設計方案論證 . 錯 誤!未定義書簽。 3.2方案一的總體設計框圖 . 錯 誤!未定義書簽。 3.3DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路 . 錯 誤!未定義書簽。 3.4系統(tǒng)整體硬件電路 . . 錯 誤!未定義書簽。 3.5系統(tǒng)軟件算法分析 . 5 3.6讀出溫度子程序 . 6 3.7溫度轉換命令子程序 . 7 3.8計算溫度子程序 . . 83.9顯示數據刷新子程序 . . 94. 總結與體會 . 11參考文獻 . 11附錄 . 錯 誤!未定

2、義書簽。 3.1、元器件選擇 . 8 3.1. 1、 單片機選擇 . 8 3.1. 2、 溫度傳感器選擇 . 8 3.2、溫度檢測電路 . 10 3.3、溫度報警電路 . 11單片機課程設計目的:單片機原理及接口技術是一門專業(yè)技術基礎課,是一門實踐性很強的課程,單片機課程設計要求將所 學的理論知識通過實踐加強理解和認識,提高學生們的單片機接口電路的設計能力和實踐動手能力。 單片機課程設計報告要求:1.根據設計題目要求進行系統(tǒng)總體設計2.設計系統(tǒng)總體電路圖,闡述系統(tǒng)中各個單元電路的工作原理3.系統(tǒng)的硬件設計、電路中元器件的選擇,參數確定4.系統(tǒng)的軟件設計、主程序流程圖和主要子程序流程圖5.給出系

3、統(tǒng)設計硬件元器件清單6.列出參考資料題目二 數字溫度計設計一、設計內容:采用 MCS-51系列單片機進行數字溫度計設計并通過實驗儀驗證通過。二、設計要求:1.設計單片機最小系統(tǒng)(電路包括復位、晶振電路、外擴 3個 2764共 24KROM 、 3個 6264共 24KRAM 等2.設計鍵盤 /顯示器接口電路。3.設計溫度測量接口電路4.通過軟件編程實現環(huán)境溫度的測量和顯示(溫度顯示:25.85.通過鍵盤可預置溫度報警值,實現溫度越限報警功能。三、總體設計方案3.1數字溫度計設計方案論證由于本設計是測溫電路,可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應,進行 A/D轉換后,就可以用單片 機進行數據的

4、處理,在顯示電路上,就可以將被測溫度顯示出來,這種設計需要用到 A/D轉換電路,感溫 電路比較麻煩。進而考慮到用溫度傳感器,在單片機電路設計中,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,進行轉換,就可以滿足 設計要求。所以采用方案二整機電路分析圖 3.4 設計方框 本系統(tǒng)采用單片機作為微控制器,分為四個模塊(如上圖 2.3 :測溫電路 , 數碼管顯示 , 報警電路 , 復位電路。單片機 I/O口資源的利用:P1口作為數碼管控制端輸入, P2口作為測溫電路測量溫度值的輸 入, P0口(已外接了上拉電阻作為數碼

5、管顯示輸出, P2.7接蜂鳴器 ,P2.4接溫度傳感器 DS18B20。采 用 12MHZ 晶振。電源采用 5V 為單片機, LED ,蜂鳴器供電。主要技術指標:準確度達微秒級,以市電 220V50HZ 為輸入電源,工作溫度 -10 60。該電路經過設計分析,繪圖,制板、焊接、仿真調試等工 作后溫度計成形。第三章 硬件設計電路3.1 元器件選擇3.1. 1 單片機選擇對于單片機的選擇,可以考慮使用 8031與 8052系列,由于 8031沒有內部 RAM ,系統(tǒng)又需要大量內存 存儲數據,因而不適用。 AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產的低功耗,高性能 CMOS8 位單片機,片 內含

6、4kbytes 的可編程的 Flash 只讀程序存儲器 , 兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存 儲器既可在線編程(ISP ,也可用傳統(tǒng)方法進行編程,所以低價位 AT89S52單片機可為提供許多高性 價比的應用場合,可靈活應用于各種控制領域,對于簡單的測溫系統(tǒng)已經足夠。單片機 AT89S52 具有低 電壓供電和體積小等特點,四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要,很適合便攜手持式產 品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。DALLAS 最新單線數字溫度傳感器 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、更經濟。 DALLAS

7、 半導體公司的數字化溫度傳感器 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 位轉換精 度,測溫分辨率可達 0.0625攝氏度,分辨率設定參數以及用戶設定的報警溫度存儲在 EEPROM 中,掉電 后依然保存。被測溫度用符號擴展的 16位數字量方式串行輸出;其工作電源既可以在遠端引入,也可以 采用寄生電源方式產生;多個 DS18B20可以并聯到 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測溫系 統(tǒng),具有線路簡單,

8、在一根通信線,可以掛很多這樣的數字溫度計,十分方便。DS18B20內部結構主要由四部分組成:64位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 、配置寄存器。 DS18B20的管腳排列、各種封裝形式, DQ 為數據輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引 腳。當被用著在寄生電源下,也可以向器件提供電源; GND 為地信號; VDD 為可選擇的 VDD 引腳。當工 作于寄生電源時,此引腳必須接地。、3.2 溫度檢測電路DS18B20 最大的特點是單總線數據傳輸方式, DS18B20 的數據 I/O 均由同一條線來完成。 DS18B20 的電源供電方式有 2 種 : 外部供電方式和

9、寄生電源方式。工作于寄生電源方式時 , VDD 和 GND 均接地 , 他在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用 , 原理是當 1 W ire 總線的信號線 DQ 為高電平時 , 竊 取信號能量給 DS18B20 供電 , 同時一部分能量給內部電容充電 , 當 DQ 為低電平時釋放能量為 DS18B20供電。但寄生電源方式需要強上拉電路 , 軟件控制變得復雜 (特別是在完成溫度轉換和拷貝數據到 E2PROM 時 , 同時芯片的性能也有所降低。因此 , 在條件允許的場合 , 盡量采用外供電方式。無論是內 部寄生電源還是外部供電, I/O口線要接 5K 左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。

10、DS18B20與芯片 連接電路如圖 3.2所示:圖 3.2 DS18B20與單片機的連接外部電源供電方式是 DS18B20最佳的工作方式,工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強,而且電路也比較簡 單,可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在開發(fā)中使用外部電源供電方式,畢竟比寄生電源方式 只多接一根 VCC 引線。在外接電源方式下,可以充分發(fā)揮 DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點,即使電源電 壓 VCC 降到 3V 時,依然能夠保證溫度量精度。由于 DS18B20 只有一根數據線,因此它和主機(單片機通信是需要串行通信,而 AT89S51 有兩個 串行端口,所以可以不用軟件來模擬實現。經過單線接口訪問 DC

11、18B20 必須遵循如下協議:初始化、 ROM 操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作,一切處理均嚴格按照時序。3.3 溫度報警電路本設計的發(fā)揮部分,是加入了報警,如果我們所設計的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設備,一當設備的溫度超過 我們所設定的溫度值時,系統(tǒng)會產生報警。報警時由單片機產生一定頻率的脈沖, 由 P2.7引腳輸出, P2.7外接一只 PNP 的三極管來驅動楊 聲器發(fā)出聲音,以便操作員來維護,從而達到報警的目的。如下圖 (g :圖 3.3 溫度報警電路(3數據顯示模塊:采用 4位一體共陰 LED 顯示器。本課程設計中,顯示器型號選取 SM420564。在采用動態(tài)掃描方式時, 要使得

12、LED 顯示的比較均勻,又有足夠的亮度,需要設置適當的掃描頻率,根據課設任務所要求的功能確 定。顯示電路如下: 其中:A G 管腳與 P0口的 P1.0P1.6相連,確定顯示器被選中數據位的段碼;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,分別對應于數據的百位, 十位和個位。(4硬件電路的安裝與調試電路的安裝與調試是我們這次課程設計的主要任務之一, 也是整個過程的最難階段。 在整個過程中, 開始的時候我和我們組的組員們都信心百倍,一切進展順利,直到硬件連接完畢接上 5V 電源時,第一個問 題擺在我們面前,顯示器示數存在卻不發(fā)生變化,甚至在外界溫度

13、變化比較大時也一樣,開始我們懷疑是 硬件連線有問題,可是經過反復檢查,并不斷對照資料上各個元器件管腳圖及其相應功能,并沒發(fā)現連線 方面的錯誤。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 有出現類似問題,所以不應該是這樣。最后經過討論,我們一致決定檢查程序。因為軟件為硬件服務,硬 件出現了問題,也不能完全說程序一定正確?？墒墙涍^重新確認,檢查程序漏洞,并沒有發(fā)現任何錯誤, 大家開始感覺有點煩了, 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虛心求教, 最終我們把目標鎖定在溫度傳感器 DS18B20器件和顯示器 SM420564上, 確認是兩者可能存在問題

14、。 后又分 開檢測兩者之一,經過軟件程序的單獨處理,我們得出最終結論,我們所領取的元器件 DS18B20是劣質品。 我們重新申請領取了一個 DS18B20,用其替換了原來的那個,發(fā)現一切運行正常,經過測試各方面的性能, 而且反復檢查了幾遍,一致認定硬件電路的性能完全符合我們的任務要求指標。直到這時,大家才松了一 口氣,每個人都很興奮,完全沒有了之前的煩悶。至此,裝調工作結束。3.5系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序,讀出溫度子程序,溫度轉換命令子程序,計算溫度子程序,顯示數據刷新子程序等。主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20的測量的當前溫度值,溫度測量每 1s

15、進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度,其程序流程見圖 7所示。 圖 7 主程序流程圖3.6讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9字節(jié),在讀出時需進行 CRC 校驗,校驗有錯時不進行 溫度數據的改寫。其程序流程圖如圖 8示圖 8讀溫度流程圖讀出溫度轉換的子程序:EMPER: SETB P2.0 ; 定時入口LCALL INIT_1820JB 20H.1,TSS2RET ; 若 DS18B20不存在則返回TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳過 ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉換命令LCALL WRITE_1820L

16、CALL INIT_1820MOV A,#0CCH ; 跳過 ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200MOV 37H,A ; 將讀出的溫度數據保存RET3.7溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令, 當采用 12位分辨率時轉換時間約為 750ms , 在本程 序設計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程圖如上圖,圖 9所示 圖 9 溫度轉換流程圖 溫度命令子程序:TEMPER_COV:MOV A,#0F0HANL A,36H ; 舍去溫

17、度低位中小數點SWAP AMOV 37H,AMOV A,36HJNB ACC.3,TEMPER_COV1 ; 四舍五入去溫度值 INC 37HTEMPER_COV1:MOV A,35HANL A,#07HSWAP AADD A,37HMOV 37H,A ; 保存變換后的溫度數據LCALL BIN_BCDRET3.8 計算溫度子程序其程序流程圖如圖 10所示。 圖 10 計算溫度流程圖計算機溫度子程序:BIN_BCD:MOV 39H,37HMOV A,37HMOV B,#100DIV ABMOV 38H,AMOV 37H,BXCH A,BMOV B,#10DIV ABMOV 37H,AMOV 3

18、6H,BRET3.9 顯示數據刷新子程序顯示數據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作,當最高顯示位為 0時將符號 顯示位移入下一位。程序流程圖如圖 11。 圖 11顯示數據刷新流程圖 顯示數據子程序:READ_18200:MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位 DS18B20中讀RE00:MOV R2,#8RE01:CLR CSETB P2.0NOPNOPCLR P2.0NOPNOPNOPSETB P2.0NOPNOPMOV C,P2.0MOV R3,#35RE20:DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01MOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE00RET 4