單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 學(xué)生: 摘要在這個(gè)信息化高速發(fā)展的時(shí)代，單片機(jī)作為一種最經(jīng)典的微控制器，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)，作為自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，我們學(xué)習(xí)了單片機(jī)，就應(yīng)該把它熟練應(yīng)用到生活之中來(lái)。本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，數(shù)字控制，數(shù)碼管顯示，溫度計(jì)，DS18B2

2、0，AT89S52。 目 錄1概述41.1設(shè)計(jì)目的41.2設(shè)計(jì)原理41.3設(shè)計(jì)難點(diǎn)42 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)52.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證52.2.1 主控制器52.4 系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì)73系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)83.1初始化程序83.2讀出溫度子程序93.3讀、寫時(shí)序子程序113.4 溫度處理子程序133.5 顯示程序144 Proteus軟件仿真165硬件實(shí)物166課程設(shè)計(jì)體會(huì).17附錄1：181概述1.1設(shè)計(jì)目的 隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)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(duì)它的要求越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、

3、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。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，可廣泛用于食品庫(kù)、冷庫(kù)、糧庫(kù)、溫室大棚等需要控制溫度的地方。目前,該產(chǎn)品已在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。1.2設(shè)計(jì)原理 本系統(tǒng)是一個(gè)基于單片機(jī)AT89S52的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，用來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度，測(cè)量范圍為-50110度。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為4部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制、溫度傳感器、數(shù)碼顯示以及鍵盤控制電路。整個(gè)設(shè)計(jì)是以AT89S52為核心，通過(guò)數(shù)字溫度傳感器DS18B

4、20來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)因其輸出為數(shù)字形式，且為串行輸出，這就方便了單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，但同時(shí)也對(duì)編程提出了更高的要求。單片機(jī)把采集到的溫度進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后，使之能夠方便地在數(shù)碼管上輸出。LED采用三位一體共陽(yáng)的數(shù)碼管。1.3設(shè)計(jì)難點(diǎn) 此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于編程，程序要實(shí)現(xiàn)溫度的采集、轉(zhuǎn)換、顯示和上下限溫度報(bào)警，其外圍電路所用器件較少，相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)2.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證由于本設(shè)計(jì)是測(cè)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(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，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

5、測(cè)溫度顯示出來(lái)，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。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(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。2.2總體設(shè)計(jì)框圖溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，用3位共陽(yáng)LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。圖1 總體設(shè)計(jì)框圖（要求根據(jù)實(shí)際情況修改）2.2.1 主控制器單片機(jī)AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，適合

6、便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。AT89S52單片機(jī)芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引腳與Intel公司的8052兼容；2）4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程FLASH程序存儲(chǔ)器；3）時(shí)鐘頻率為033MHZ；4）128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）；5）6個(gè)中斷源，2級(jí)優(yōu)先級(jí)；6）2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器；7）全雙工串行通信接口；8）監(jiān)視定時(shí)器；9）兩個(gè)數(shù)據(jù)指針；2.2.2 顯示電路2.2.3溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18

7、B20的性能特點(diǎn)如下：（要求補(bǔ)充完整）l l全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 l l先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 l l最高 12 位分辨率，精度可達(dá)土 0.5攝氏度。 l l12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒。 l l可選擇寄生工作方式。 l l檢測(cè)溫度范圍為55°C +125°C (67°F +257°F) l l內(nèi)置 EEPROM，限溫報(bào)警功能。 l l64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接。 l l多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。2.3 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路（要求補(bǔ)充完整）2.4 系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì)2.4.1 主板

8、電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，單片機(jī)主板電路等，單片機(jī)主板電路如圖5 所示：（要求補(bǔ)充完整）圖5 單片機(jī)主板電路2.4.2 顯示電路（要求補(bǔ)充完整） 圖6 溫度顯示電路3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（要求畫出子程序流程圖）系統(tǒng)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(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。3.1初始化程序RSTSNR: SETB DQ;P3.7置1圖2.25-2溫度初始化時(shí)序圖 NOP NOP CLR DQ ;P3.7置0 MOV R6,#250 ;延時(shí)500us DJNZ R6,$ ;減1不為0則原地跳轉(zhuǎn)， MOV R6,#50 ;延時(shí)100u

9、s DJNZ R6,$ SETB DQ ; ;延時(shí)600us后拉高P3.7 MOV R6,#15 ;延時(shí)30us DJNZ R6,$ CALL CHCK ; ；DS18B20初始化，初始化成功則F0置1 MOV R6,#60 ;延時(shí)120us DJNZ R6,$ SETB DQ ;拉高P3.7 RET 開 始 拉高總線延時(shí)2US 拉低總線 延時(shí)400-960us 拉高總線等待ds18b20發(fā)送存在脈沖Ds18b20是否工作正常是否 延時(shí)60-240us結(jié) 束 圖7 初始化程序流程圖3.2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2字節(jié)，讀出溫度的低八位和高八位，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC

10、校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖8示; Read a temperature from the DS18B20DSWD: LCALL RSTSNR ;Init of the DS18B20即：初始化DS18B20，初始化成功，則F0置1 JNB F0,KEND ;F0為0，則初始化不成功，則退出 MOV R0,#0CCH ;跳過(guò)ROM LCALL SEND_BYTE ;向DS18B20寫#0CCH （SEND_BYTE 是寫一個(gè)字節(jié)） MOV R0,#44H LCALL SEND_BYTE ; Send a Convert Command（#44H溫度變換） SETB E

11、A ; MOV 48H,#1 ;延時(shí)500us左右等待讀取溫度SS2: MOV 49H,#255SS1: MOV 4AH,#255SS0: DJNZ 4AH,SS0 DJNZ 49H,SS1 DJNZ 48H,SS2 CLR EA ;進(jìn)入讀時(shí)序禁用任何中斷 LCALL RSTSNR ;首先進(jìn)行初始化 JNB F0,KEND ;F0為0，則初始化不成功，則退出 MOV R0,#0CCH ;跳過(guò)ROM LCALL SEND_BYTE ;向DS18B20寫#0CCH（SEND_BYTE 是寫一個(gè)字節(jié)） MOV R0,#0BEH ;讀暫存存儲(chǔ)器 LCALL SEND_BYTE ; Send Read

12、Scratchpad command (寫入#0BEH) LCALL READ_BYTE ; Read the low byte from scratchpad (從DS18B20中讀取字節(jié)) MOV WDLSB,A ; Save the temperature (low byte)（把低8位放在WDLSB） LCALL READ_BYTE ; Read the high byte from scratchpad MOV WDMSB,A ; Save the temperature (high byte) （把高8位放在WDLSB） LCALL TRANS12 ;調(diào)用溫度處理KEND: SET

13、B EA RET開 始DS18B20是否初始化成功否是跳過(guò)ROM#44H溫度變換等待500us左右DS18B20再次是否初始化成功否是跳過(guò)ROM讀暫存存儲(chǔ)器把讀到的低8位和高8位別給30H和31H結(jié) 束 圖8 讀溫度程序流程圖3.3讀、寫時(shí)序子程序讀寫的程序是本次設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過(guò)我們對(duì)其時(shí)序的分析，從而寫出高效的程序。寫1，0時(shí)序讀0，1時(shí)序 22WRITE_0:;圖2.25-3寫0時(shí)序圖 CLR DQ;先拉低P3.7 MOV R6,#30;延時(shí)60us DJNZ R6,$ SETB DQ;再拉高P3.7 RET;*WRITE_1: ;圖2.25-4寫1時(shí)序圖 CLR DQ;先拉低P3

14、.7 NOP ;延時(shí)5us NOP NOP NOP NOP SETB DQ;再拉高P3.7 MOV R6,#30;延時(shí)60us DJNZ R6,$ RETREAD: SETB DQ ;拉高P3.7 （讀一位） 圖2.25-5讀時(shí)序圖 NOP ;延時(shí)2US NOP CLR DQ;拉低P3.7 NOP ;延時(shí)2US NOP SETB DQ ; ;拉高P3.7 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP MOV C,DQ;讀P3.7到C MOV R6,#23;延時(shí)46US DJNZ R6,$ RET開 始拉低總線延時(shí)>60us拉高總線結(jié) 束開 始拉低總線延時(shí)5us拉高總線延時(shí)>

15、;60us結(jié) 束延時(shí)2us拉高總線延時(shí)7us讀一位延時(shí)>60us拉低總線延時(shí)2us拉高總線開 始結(jié) 束寫0時(shí)序 寫1時(shí)序圖9 寫時(shí)序子程序流程圖 圖10 讀時(shí)序子程序流程圖3.4 溫度處理子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖11所示TRANS12:MOV A,30H ;取小數(shù)位ANL A,#0FH ;將WDLSB低4位給A，高四位為0MOV DPTR,#TAB ;查表MOVC A,A+DPTRMOV 44H,A; ;把取到的小數(shù)位給44HMOV A,30H ;30H（WDLSB）從1820取的溫度值A(chǔ)NL A,#0F0H ;

16、取WDLSB的高4位MOV 3AH,A ;把讀到的高4位給3AH ，暫時(shí)存在3AH中，MOV A,31H ;31H（WDMSB）從1820取的溫度值A(chǔ)NL A,#0FH ;把WDMSB的低4位給AORL A,3AH ;把3AH中的高4位和A中低4位相或，得到8位整數(shù)SWAP A ;A中的高低半字節(jié)交換MOV B,#10 ;轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制DIV AB ;A/BBAMOV 43H,B ; 除10 取余數(shù)(把低4位給43H，即個(gè)位)MOV b,#10DIV ab ;此時(shí)A為上面A除法預(yù)算的高四位在這句A的第四位MOV 42H,B ; 除10 取余數(shù)(把低4給43H，即十位)MOV 41H,ARET開

17、 始取溫度小數(shù)值取溫度整數(shù)值個(gè)位給43H十位給42H結(jié) 束圖11 溫度處理程序流程圖 3.5 顯示程序此函數(shù)實(shí)現(xiàn)的對(duì)數(shù)碼管顯示的處理，其亮點(diǎn)在于可以直接對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行操作，其本身是個(gè)兩變量函數(shù)，第一個(gè)變量是要開通的位選，第二個(gè)變量是要顯示的數(shù)據(jù)，這樣我們可以直接方便而又簡(jiǎn)單直觀的對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行操作。程序流程圖如圖12。TMR0: MOV TH0,#swpH ;輪流送溫度值的高低兩位到數(shù)碼管 MOV TL0,#swpL;定時(shí)器4.097us JB 21H,DSL1 JB 22H,DSL2 DSL0: MOV P0,42H ;十位 ORL P0,#10100000B SJMP EXIT0DSL1: M

18、OV P0,43H;個(gè)位 ORL P0,#00010000B SJMP EXIT1DSL2: MOV P0,44H;小數(shù) ORL P0,#11000000B SJMP EXIT2EXIT0: CPL 21HCPL 22H RETIEXIT1: CPL 21H RETIEXIT2: CPL 22H RETI（要求補(bǔ)充完整）21H.22H都為1開 始顯示個(gè)位21H=0，22H=1顯示小數(shù)位21H=0，22H=0顯示十位21H=1，22H=1圖12顯示程序流程圖 4 Proteus軟件仿真（要求補(bǔ)充完整）5 硬件實(shí)物（要求補(bǔ)充完整）6 課程設(shè)計(jì)體會(huì)（要求補(bǔ)充完整） 參考文獻(xiàn)1DS18b20數(shù)據(jù)手冊(cè)。

19、2 求是科技編著8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)完全手冊(cè)北京: 人民郵電出版社, 20063 余發(fā)山，王福忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003附錄1：（程序代碼） DQ BIT P3.7; 1 wire line swpH equ 0efH ;swpH=0d2H swpL equ 0ffH ;swpL=0ffH WDLSB DATA 30H ; WDLSB地址空間30H WDMSB DATA 31H ;* ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TMR0 ; Timer0 isr;*; Timer0 Interrupt Service Rout

20、ineTMR0: MOV TH0,#swpH ;輪流送溫度值的高低兩位到數(shù)碼管 MOV TL0,#swpL;定時(shí)器4.097us JB 21H,DSL1 JB 22H,DSL2 DSL0:MOV P0,42H ;十位 ORL P0,#10100000B SJMP EXIT0DSL1: MOV P0,43H;個(gè)位 ORL P0,#00010000B SJMP EXIT1DSL2: MOV P0,44H;小數(shù) ORL P0,#11000000B SJMP EXIT2EXIT0: CPL 21HCPL 22H RETIEXIT1: CPL 21H RETIEXIT2: CPL 22H RETI; M

21、ain programMAIN: TOINIT: CLR EA MOV TMOD,#01H ;定時(shí)器0，方式1 MOV TH0,#swpH ;裝初值 MOV TL0,#swpL SETB EA ;開總開關(guān) SETB ET0 ;開T0 SETB TR0;* MOV R2,#2 ;把42H、43H清0 MOV R0,#42H ;OVER: MOV R0,#00H; ;首先給42H清0， INC R0 ;然后R0+1 ，給下一次的43H清0 DJNZ R2,OVER ;R2-1不為0則轉(zhuǎn)移，LOOP: ;相當(dāng)于while(1) LCALL DSWD ; ;調(diào)用溫度函數(shù) SJMP LOOP;*; Re

22、ad a temperature from the DS18B20DSWD: LCALL RSTSNR ; Init of the DS18B20即：初始化DS18B20，初始化成功，則F0置1 JNB F0,KEND ;F0為0，則初始化不成功，則退出 MOV R0,#0CCH ;跳過(guò)ROM LCALL SEND_BYTE ;向DS18B20寫#0CCH（SEND_BYTE 是寫一個(gè)字節(jié)） MOV R0,#44H LCALL SEND_BYTE ; Send a Convert Command（#44H溫度變換） SETB EA ; MOV 48H,#1 ;延時(shí)SS2: MOV 49H,#2

23、55SS1: MOV 4AH,#255SS0: DJNZ 4AH,SS0 DJNZ 49H,SS1 DJNZ 48H,SS2 CLR EA ;進(jìn)入讀時(shí)序禁用任何中斷 LCALL RSTSNR ;首先進(jìn)行初始化 JNB F0,KEND ;F0為0，則初始化不成功，則退出 MOV R0,#0CCH ;跳過(guò)ROM LCALL SEND_BYTE ;向DS18B20寫#0CCH（SEND_BYTE 是寫一個(gè)字節(jié)） MOV R0,#0BEH ;讀暫存存儲(chǔ)器 LCALL SEND_BYTE ; Send Read Scratchpad command (寫入#0BEH) LCALL READ_BYTE ;

24、 Read the low byte from scratchpad (從DS18B20中讀取字節(jié)) MOV WDLSB,A ; Save the temperature (low byte)（把低8位放在WDLSB） LCALL READ_BYTE ; Read the high byte from scratchpad MOV WDMSB,A ; Save the temperature (high byte) （把高8位放在WDLSB） LCALL TRANS12 ;調(diào)用溫度處理KEND: SETB EA RET;*TRANS12: MOV A,30H ;取小數(shù)位ANL A,#0FH ;

25、將WDLSB低4位給A，高四位為0MOV DPTR,#TAB ;查表MOVC A,A+DPTRMOV 44H,A; ;把取到的小數(shù)位給44H MOV A,30H ;30H（WDLSB）從1820取的溫度值 ANL A,#0F0H ;取WDLSB的高4位 MOV 3AH,A ;把讀到的高4位給3AH ，暫時(shí)存在3AH中， MOV A,31H ;31H（WDMSB）從1820取的溫度值 ANL A,#0FH ;把WDMSB的低4位給A ORL A,3AH ;把3AH中的高4位和A中低4位相或，得到8位整數(shù) SWAP A ;A中的高低半字節(jié)交換 MOV B,#10 ;轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制 DIV AB ;

26、A/BBA MOV 43H,B ; 除10 取余數(shù)(把低4位給43H，即個(gè)位) MOV b,#10 DIV ab ;此時(shí)A為上面A除法預(yù)算的高四位在這句A的第四位 MOV 42H,B ; 除10 取余數(shù)(把高4給43H，即十位) MOV 41H,A RET;*; Send a byte to the 1 wire line （寫字節(jié)）SEND_BYTE: ;；寫一個(gè)字節(jié)（8位），循環(huán)寫，R5作為循環(huán)個(gè)數(shù) MOV A,R0 ;把要寫的數(shù)給A MOV R5,#8 ;8位SEN3: CLR C RRC A ;A（帶進(jìn)位標(biāo)志的）循環(huán)右移，將低位給C，用來(lái)判斷 JC SEN1;判斷R0中的每一位數(shù)，從低

27、位開始向高位判斷，為1就調(diào)用WRITE_1（寫1），為0就調(diào)用WRITE_0 LCALL WRITE_0 ;調(diào)用寫0 SJMP SEN2SEN1: LCALL WRITE_1 ;寫1SEN2: DJNZ R5,SEN3 ;循環(huán)8次，若R5-1不為0就跳轉(zhuǎn)到SEN3繼續(xù)寫 RET;*; Read a byte from the 1 wire lineREAD_BYTE: ;讀一個(gè)字節(jié) 圖2.25-5讀時(shí)序圖 MOV R5,#8;8位READ1: LCALL READ ;（READ是讀一位） RRC A ;將讀到的C依次右循環(huán)到A（讀到的第一個(gè)為最低位，循環(huán)8次后即在最低位） DJNZ R5,READ1 ; 判斷一個(gè)字節(jié)（8位）是否讀完 MOV R0,A ;把讀到的數(shù)給R0 RET;*; Reset 1 wire lineRSTSNR: SETB DQ;P3.7置1圖2.25-2溫度初始化時(shí)序圖 NOP NOP CLR DQ ;P3.7置0 MOV R6,#250 ;延時(shí)500us DJNZ R6,$ ;減1不為0則原地跳轉(zhuǎn)， MOV R6,#50