基于單片機的溫度計的設(shè)計說明

1、 PAGE31 / NUMPAGES31單片機課程設(shè)計論文設(shè)計題目：基于單片機的溫度計的設(shè)計學(xué)院：汽車學(xué)院班級：2009級電氣工程與其自動化3班成員：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計時間：2012年5月142012年5月271. 芯片功能簡介一、AT89C51的功能簡介1、AT89C51芯片簡介 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASHHYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱HYPERLINK :/baike.

2、baidu /view/1012.htm單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除HYPERLINK :/baike.baidu /view/132973.htm只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多HYPERLINK :/baike.baidu /view/2613031.htm嵌入式控制系統(tǒng)

3、提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形與引腳排列如圖所示 HYPERLINK :/baike.baidu /albums/1270245/1270245/0/0.html2、引腳功能說明 （1）VCC:電源電壓 （2）GND:地 （3） P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問期間激活部上拉電阻。 （4）P1口:P1是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可

4、驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTE邏輯門電路。對端口寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(ILL)。P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P 1.0/T2)和輸入(P 1.1/T2EX ),參見下表。P1.0和P1.1的第二功能引 腳 號 功能特性P1.0T2（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）（5）P2口:P2是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。

5、對端口P2寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(ILL)。 在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX DPTR指令)時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行MOVX RI指令)時，P2口輸出P2鎖存器的容。（6）P3口:P3口是一組帶有部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(ILL)。P3

6、口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表4-2所示。（7）RST:復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時/計數(shù)0）P3.5T1（定時/計數(shù)1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）（8）/VPP:外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH ) 。端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被編程，復(fù)位時部會鎖存端狀態(tài)。如端

7、為高電平(接VCC端)，CPU則執(zhí)行部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VCC 。（9）XTAL1:振蕩器反相放大器的與部時鐘發(fā)生器的輸入端。（10）XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。（11）數(shù)據(jù)存儲器：AT89C52有256個字節(jié)的部RAM,80H-FFH高128個字節(jié)與特殊功能寄存器(SFR)地址是重疊的，也就是高128。字節(jié)的RAM和特殊功能寄存器的地址是一樣的，但在物理上它們是分開的。當一條指令訪問7FH以上的部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高128字節(jié)。RAM

8、還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。（12）中斷：AT89C52共有6個中斷向量:兩個外中斷（INT0和INT1），3個定時器中斷(定時器0, 1, 2)和串行口中斷。（13）時鐘振蕩器：AT89C52中有一個用于構(gòu)成部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖4-1（a）圖所示。外接石英晶體（或瓷諧振器）與電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率

9、的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度與溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF士10pF，而如果使用瓷諧振器，建議選擇40pF士l0pF。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖4-1（b）圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。二 DS1624功能簡介1.DS1624基本原理 DS1624是美國DALLAS公司生產(chǎn)的集成了測量系統(tǒng)和存儲器于一體的芯片。

10、數(shù)字接口電路簡單，與I2C總線兼容，且可以使用一片控制器控制多達8片的DS1624。其數(shù)字溫度輸出達13位，精度為0.03125。DS1624可工作在最低2.7V電壓下，適用于低功耗應(yīng)用系統(tǒng)。（1）DS1624基本特性 無需外圍元件即可測量溫度 測量圍為55125，精度為0.03125 測量溫度的結(jié)果以13位數(shù)字量（兩字節(jié)傳輸）給出 測量溫度的典型轉(zhuǎn)換時間為1秒 集成了256字節(jié)的E2PROM非易性存儲器 數(shù)據(jù)的讀出和寫入通過一個2線（I2C）串行接口完成 采用8腳DIP或SOIC封裝，如圖2.34.1 圖2.34.1（2）引腳描述與功能方框圖 DS1624的功能結(jié)構(gòu)圖如圖所示：（3）DS16

11、24工作原理 溫度測量 圖4.34.3 溫度測量的原理結(jié)構(gòu)圖DS1624在測量溫度時使用了獨有的在線溫度測量技術(shù)。它通過在一個由對溫度高度敏感的振蕩器決定的計數(shù)周期對溫度低敏感的振蕩器時鐘脈沖的計數(shù)值的計算來測量溫度。DS1624在計數(shù)器中預(yù)置了一個初值,它相當于55。如果計數(shù)周期結(jié)束之前計數(shù)器達到0，已預(yù)置了此初值的溫度寄存器中的數(shù)字就會增加，從而表明溫度高于55。與此同時，計數(shù)器斜坡累加電路被重新預(yù)置一個值，然后計數(shù)器重新對時鐘計數(shù)，直到計數(shù)值為0。通過改變增加的每1的計數(shù)器的計數(shù)，斜坡累加電路可以補償振蕩器的非線性誤差，以提高精度，任意溫度下計數(shù)器的值和每一斜坡累加電路的值對應(yīng)的計數(shù)次數(shù)

12、須為已知。DS1624通過這些計算可以得到0.03125的精度，溫度輸出為13位，在發(fā)出讀溫度值請求后還會輸出兩位補償值。表2給出了所測的溫度和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。這些數(shù)據(jù)可通過2線制串行口連續(xù)輸出，MSB在前，LSB在后。表2 溫度與輸出數(shù)據(jù)關(guān)系表 溫度數(shù)字量輸出（二進制）數(shù)字量輸出（十六進制）1250111，1101，0000，00007D00H25.06250001，1001，0001，00001910H0.50000，0000，1000，00000080H00000，0000，0000，00000000H-0.51111，1111，1000，0000FF80H-25.06251110，01

13、10，1111，0000E6F0H-551100，1001，0000，0000C900H 由于數(shù)據(jù)在總線上傳輸時MSB在前，所以DS1624讀出的數(shù)據(jù)可以是一個字節(jié)(分辨率為1)，也可以是兩個字節(jié)，第二個字節(jié)包含的最低位為0.03125。表2是13位溫度寄存器中存儲溫度值的數(shù)據(jù)格式高八位字節(jié) 低八位字節(jié)SB14B13B12B11B10B9B8B7B6B5B4B3000其中S為符號位，當S0時，表示當前的測量的溫度為正的溫度；當S1時，表示當前的測量的溫度為負的溫度。B14B3為當前測量的溫度值。最低三位被設(shè)置為0。（4）DS1624工作方式DS1621的工作方式是由片上的配置/狀態(tài)寄存器來決定

14、的，如表4，該寄存器的定義如下：表4 配置/狀態(tài)寄存器格式DONE1001011SHOT其中DONE為轉(zhuǎn)換完成位，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束時置1，正在進行轉(zhuǎn)換時為0；1SHOT為溫度轉(zhuǎn)換模式選擇。1SHOT為1時為單次轉(zhuǎn)換模式，DS1624在收到啟動溫度轉(zhuǎn)換命令EEH后進行一次溫度轉(zhuǎn)換。1SHOT為0時為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，此時DS1624將連續(xù)進行溫度轉(zhuǎn)換，并將最近一次的結(jié)果保存在溫度寄存器中。該位為非易失性的。（5）片256字節(jié)存儲器操作控制器對DS1624的存儲器編程有兩種模式：一種是字節(jié)編程模式，另一種是頁編程模式。在主器件發(fā)出開始（START）信號以后，主器件發(fā)送寫控制字節(jié)即1001A2A1A00（其

15、中R/W控制位為低電平“0”）。指示從接收器被尋址，DS1624接收后應(yīng)答，再由主器件發(fā)送訪問存儲器指令（17H）后，DS1624接收后應(yīng)答，接著由主器件發(fā)送的下一個字節(jié)字地址將被寫入到DS1624的地址指針。主器件接收到來自DS1624的另一個確認信號以后，發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，并寫入到尋址的存儲地址。DS1624再次發(fā)出確認信號，同時主器件產(chǎn)生停止條件STOP，啟動部寫周期。在部寫周期DS1624將不產(chǎn)生確認信號。在頁編程模式中，如同字節(jié)寫方式，先將控制字節(jié)、訪問存儲器指令（17H）、字地址發(fā)送到DS1624，接著發(fā)N個數(shù)據(jù)字節(jié)，其中以8個字節(jié)為一個頁面。主器件發(fā)送不多于一個頁面字節(jié)的數(shù)據(jù)字節(jié)到D

16、S1624，這些數(shù)據(jù)字節(jié)暫存在片頁面緩存器中，在主器件發(fā)送停止信號以后寫入到存儲器。接收每一個字節(jié)以后，低位順序地址指針在部加1。高位順序字地址保持為常數(shù)。如果主器件在產(chǎn)生停止條件以前要發(fā)送多于一頁字的數(shù)據(jù)，地址計數(shù)器將會循環(huán)，并且先接收到的數(shù)據(jù)將被覆蓋。像字節(jié)寫操作一樣，一旦停止條件被接收到，則部寫周期將開始。（6）存儲器的讀操作在這種模式下，主器件可以從DS1624的EEPROM中讀取數(shù)據(jù)。主器件在發(fā)送開始信號之后，主器件首先發(fā)送寫控制字節(jié)1001A2A1A00，主器件接收到DS1624應(yīng)答之后，發(fā)送訪問存儲器的指令（17H），收到DS1624的應(yīng)答之后，接著發(fā)送字地址將被被寫入到DS16

17、24的地址指針。這時DS1624發(fā)送應(yīng)答信號之后，主器件并沒有發(fā)送停止信號，而是重新發(fā)送START開始信號，接著又發(fā)送讀控制字節(jié)1001A2A1A01，主器件接收到DS1624應(yīng)答之后，開始接收DS1624送出來的數(shù)據(jù)，主器件每接收完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)之后，都要發(fā)送一個應(yīng)答信號給DS1624，直到主器件發(fā)送一個非應(yīng)答信號或停止條件來結(jié)束DS1624的數(shù)據(jù)發(fā)送過程。（7）DS1624的指令集數(shù)據(jù)和控制信息的寫入讀出是以表5和表6所示的方式進行的。在寫入信息時，主器件輸出從器件(即DS1624)的地址，同時R/W位置0。接收到響應(yīng)位后，總線上的主器件發(fā)出一個命令地址，DS1624接收此地址后，產(chǎn)生響應(yīng)

18、位，主器件就向它發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要對它進行讀操作，主器件除了發(fā)出命令地址外，還要產(chǎn)生一個重復(fù)的啟動條件和命令字節(jié)，此時R/W位為1，讀操作開始。下面對它們的命令進行說明。訪問存儲器指令17H：該指令是對DS1624的EEPROM進行訪問，發(fā)送該指令之后，下一個字節(jié)就是被訪問存儲器的字地址數(shù)據(jù)。訪問設(shè)置寄存器指令A(yù)CH：如果R/W位置0，將寫入數(shù)據(jù)到設(shè)置寄存器。發(fā)出請求后，接下來的一個字節(jié)被寫入。如果R/W位置1，將讀出存在寄存器中的值。讀溫度值指令A(yù)AH：即讀出最后一個測溫結(jié)果。DS1624產(chǎn)生兩個字節(jié)，即為寄存器的結(jié)果。開始測溫指令EEH：此命令將開始一次溫度的測量，不需再輸入數(shù)據(jù)。在單次測量

19、模式下，可在進行轉(zhuǎn)換的同時使DS1624保持閑置狀態(tài)。在連續(xù)模式下，將啟動連續(xù)測溫。停止測溫指令22H：該命令將停止溫度的測量，不需再輸入數(shù)據(jù)。此命令可用來停止連續(xù)測溫模式。發(fā)出請求后，當前溫度測量結(jié)束，然后DS1624保持閑置狀態(tài)。直到下一個開始測溫的請求發(fā)出才繼續(xù)進行連續(xù)測量。表5 主機對DS1624寫操作通信格式I2C通信開始主器件發(fā)送控制字節(jié)（DS1624地址和寫操作）DS1624應(yīng)答主器件發(fā)送訪問DS1624的指令DS1624應(yīng)答主器件發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)DS1624應(yīng)答I2C通信停止表6 主機對DS1624讀操作通信格式I2C通信開始主器件發(fā)送控制字節(jié)（DS1624地址和寫操作）DS16

20、24應(yīng)答主器件發(fā)送訪問DS1624的指令DS1624應(yīng)答I2C通信開始主器件發(fā)送控制字節(jié)（DS1624地址和讀操作）DS1624應(yīng)答數(shù)據(jù)字節(jié)0主機應(yīng)答數(shù)據(jù)字節(jié)1主機非應(yīng)答I2C通信停止2. 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計整個電路由主控器AT89C51控制，與其相連的分別是一個溫度傳感器DS1624和一個數(shù)碼管。傳感器感知周圍的溫度并將感知的溫度傳給單片機，在通過相應(yīng)的接口將溫度傳給數(shù)碼管顯示。這樣就實現(xiàn)了溫度的采集與顯示。整個電路的電路圖如下圖所示：3. 軟件編程調(diào)試與性能分析1.整個軟件的主流程圖如下圖所示：開始傳感器初始化程序向傳感器讀取一個字節(jié)程序從傳感器讀一個字節(jié)程序溫度轉(zhuǎn)換程序調(diào)用溫度轉(zhuǎn)換程序調(diào)用

21、寫程序?qū)懭胂鄳?yīng)的數(shù)調(diào)用讀程序讀取溫度值顯示對應(yīng)的溫度2.電路原理圖3.系統(tǒng)板上硬件連線（1）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0P0.7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端子上。（2）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0P2.7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。（3）把DS1624芯片插入到“二線總線模塊”區(qū)域中的8腳集成座上，注意芯片不插反。（4）把“二線總線模塊”區(qū)域中的PIN1 PIN2分別用導(dǎo)線連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.6和P1.7端子上。（5）把“二線總線模塊”區(qū)域中的PIN4 PIN5 PIN6分別用導(dǎo)線連接到“電

22、源模塊”區(qū)域中的GND端子上。4.程序設(shè)計容（1）由于DS1624是I2C總線結(jié)構(gòu)的串行數(shù)據(jù)傳送，它只需要SDA和SCL兩根線完成數(shù)據(jù)的傳送過程。因此，我們在進行程序設(shè)計的時候，也得按著I2C協(xié)議來對DS1624芯片數(shù)據(jù)訪問。有關(guān)I2C協(xié)議參看有關(guān)資料，這里不詳述。對于AT89S51單片機本身沒有I2C硬件資源，所以必須用軟件來模擬I2C協(xié)議過程。（2）要從DS1624中讀取溫度值，首先啟動DS1624的部溫度A/D開始轉(zhuǎn)換，對應(yīng)著有相應(yīng)的命令用來啟動開始溫度轉(zhuǎn)換，有關(guān)DS1624的指令集參考前面的敘述。一般情況下，DS1624經(jīng)過一次溫度的變換，需要經(jīng)過1秒鐘左右的時間，所以等待1秒鐘后，即

23、可讀取部的溫度值，對于讀取的溫度值，仍然通過DS1624的指令集來完成溫度的讀取。但所有有數(shù)據(jù)的傳送過程必須遵循I2C協(xié)議。5.C語言源程序#include #include unsigned char code displaybit=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7, 0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f;unsigned char code displaycode=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c, 0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,0 x

24、00;unsigned char code dotcode32=0,3,6,9,12,16,19,22, 25,28,31,34,38,41,44,48, 50,53,56,59,63,66,69,72, 75,78,81,84,88,91,94,97;sbit SDA=P16;sbit SCL=P17;unsigned char displaybuffer8=0,1,2,3,4,5,6,7;unsigned char eepromdata8;unsigned char temperdata2;unsigned char timecount;unsigned char displaycount

25、; bit secondflag=0;unsigned char secondcount=0;unsigned char retn;unsigned int result;unsigned char x;unsigned int k;unsigned int ks;void delay(void);void delay10ms(void);void i_start(void);void i_stop(void);void i_init(void);void i_ack(void);bit i_clock(void);bit i_send(unsigned char i_data);unsign

26、ed char i_receive(void);bit start_temperature_T(void);bit read_temperature_T(unsigned char *p);void delay(void) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();void delay10ms(void) unsigned int i; for(i=0;i1000;i+) delay(); void i_start(void) SCL=1; delay(); SDA=0; delay(); SCL=0; delay();void

27、i_stop(void) SDA=0; delay(); SCL=1; delay(); SDA=1; delay(); SCL=0; delay();void i_init(void) SCL=0; i_stop();void i_ack(void) SDA=0; i_clock(); SDA=1;bit i_clock(void) bit sample; SCL=1; delay(); sample=SDA; _nop_(); _nop_(); SCL=0; delay(); return(sample);bit i_send(unsigned char i_data) unsigned

28、char i; for(i=0;i8;i+) SDA=(bit)(i_data & 0 x80); i_data=i_data1; i_clock(); SDA=1; return(i_clock();unsigned char i_receive(void) unsigned char i_data=0; unsigned char i; for(i=0;i8;i+) i_data*=2; if(i_clock() i_data+; return(i_data);bit start_temperature_T(void) i_start(); if(i_send(0 x90) if(i_se

29、nd(0 xee) i_stop(); delay(); return(1); else i_stop(); delay(); return(0); else i_stop(); delay(); return(0); bit read_temperature_T(unsigned char *p) i_start(); if(i_send(0 x90) if(i_send(0 xaa) i_start(); if(i_send(0 x91) *(p+1)=i_receive(); i_ack(); *p=i_receive(); i_stop(); delay(); return(1); e

30、lse i_stop(); delay(); return(0); else i_stop(); delay(); return(0); else i_stop(); delay(); return(0); void main(void) P1=0 xff; timecount=0; displaycount=0; TMOD=0 x21; TH1=0 x06; TL1=0 x06; TR1=1; ET1=1; ET0=1; EA=1; if(start_temperature_T() /向DS1624發(fā)送啟動A/D溫度轉(zhuǎn)換命令，成功則啟動T0定時1s。 secondflag=0; secondcount=0; TH0=55536/256; TL0=55536%256; TR0=1; while(1) if(secondflag=1) secondflag=0; TR0=0; if(read_temperature_T(temperdata) /T0定時1s時間到，讀取DS1624的溫度值 for(x=0;x3; displ