《溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告》word版

1、河南理工大學(xué)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 姓 名 ： 王靜 楊 曉 雪 學(xué) 號(hào) :0828030090/0828010150 專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)老師： 李 宏 偉 時(shí) 間：2011年6月24日 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。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，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字

2、顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)，數(shù)字控制，數(shù)碼管顯示，溫度計(jì)，DS18B20，AT89S52。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc233446743 1、概述3 HYPERLINK l _Toc233446744 1.1設(shè)計(jì)目的3 HYPERLINK l _Toc233446745 1.2設(shè)計(jì)原理3 HYPERLINK l _Toc233446746 1.3設(shè)計(jì)難點(diǎn)3 HYPERLINK l _Toc233446747 2 、系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)4 HYPERLINK l _Toc233446748 2.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證5 HYPERLIN

3、K l _Toc233446749 2.2. 主控制器52.2.3溫度傳感器52.3 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路7 HYPERLINK l _Toc233446750 2.4 系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc233446750 h 8 HYPERLINK l _Toc233446751 3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l _Toc233446752 3.1初始化程序9 HYPERLINK l _Toc233446753 3.2讀出溫度子程序10 HYPERLINK l _Toc233446755 3.3讀、寫時(shí)序子程序11 HYPERLINK l _Toc

4、233446759 3.4延時(shí)程序 PAGEREF _Toc233446759 h 12 HYPERLINK l _Toc233446760 4 Proteus軟件仿真 PAGEREF _Toc233446760 h 14 HYPERLINK l _Toc233446761 5、課程設(shè)計(jì)體會(huì)16附錄1.17附錄2.221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)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來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)它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、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

5、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，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫、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)，用來測量環(huán)境溫度，測量范圍為-50110度。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為4部分：單片機(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，通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(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

6、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采用四位一體共陰的數(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)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，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，就可以將被測溫度顯示出來，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

7、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4位共陰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，適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。2.2.2 顯示電路 顯示電路采用4位共陰LED數(shù)碼管，從P0口輸出段碼

8、，P2.0P2.3作片選端。但在焊電路板的時(shí)候發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管亮度不夠，所以在P2.0P2.3端口接四個(gè)10K的電阻和四個(gè)NPN的三極管，以使數(shù)碼管高亮顯示。2.2.3溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國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)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20采用腳PR35封裝或腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 圖2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位ROM的結(jié)構(gòu)開始位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也

9、是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器和，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低位一直為，是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為，用戶要去改動(dòng)

10、，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度 LSB溫度 MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留CRC圖3 DS18B20字節(jié)定義由下面表1可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存的第、字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯。第字節(jié)讀出前面所有字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第、字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)

11、時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625LSB形式表示。當(dāng)符號(hào)位時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表2是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、T字節(jié)內(nèi)容作比較。若TH或TTL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。 在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和

12、存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。2.3 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路圖4 DS18B20與單片機(jī)的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉，多個(gè)DS18B20可以將2口串接到一條總線上，而本設(shè)計(jì)只用了一個(gè)DS18B20。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟

13、時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。2.4 系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì)2.4.1 主板電路 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，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，單片機(jī)主板電路如圖5 所示：圖5 單片機(jī)主板電路圖5 中包括時(shí)鐘振蕩電路和按鍵復(fù)位電路，按鍵復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。另外擴(kuò)展電路中，蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音，同時(shí)LED數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上下限，從而測出

14、被測的溫度值。2.4.2 顯示電路 顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用口資源比較少，只用P0和P3口,串口的發(fā)送和接收，采用4位共陰LED數(shù)碼管，從P0口輸出段碼，P2.0P2.3作片選端。但在焊電路板的時(shí)候發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管亮度不夠，所以在P2.0P2.3端口接四個(gè)10K的電阻和四個(gè)NPN的三極管，期望增加驅(qū)動(dòng)電流，以使數(shù)碼管高亮顯示。圖6 溫度顯示電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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DQ置1短延時(shí)DQ置0延時(shí)450usDQ置1延時(shí)15-60us延時(shí)至少60usX=DQ結(jié)束X=DQ 圖7

15、 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示初始化發(fā)跳過ROM指令開始溫度轉(zhuǎn)換延時(shí)2ms初始化寫入跳過ROM、讀取暫存器和CRC字節(jié)指令讀取溫度的低八位和高八位取中間八位結(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DQ=0延時(shí)15usdat&=0 x01dat1延時(shí)45usDQ=1結(jié)束 DQ置1短延時(shí)DQ置0延時(shí)450usDQ置1延時(shí)15-6

16、0us延時(shí)至少60usX=DQ結(jié)束X=DQ 3.4延時(shí)程序延時(shí)程序主要分為短延時(shí)和長延時(shí)，短延時(shí)如果要求十分的精確可以采用定時(shí)器，如果要求不太高的話可以采用普通函數(shù)的疊加，可以近似時(shí)間的延時(shí)。長延時(shí)同樣的道理，不過要求不是很精確的話，可以采取語言結(jié)構(gòu)的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。具體程序如下:表3 delay15（）延時(shí)函數(shù)的取值采樣：n的取值1234101520222324時(shí)間17us48us69us90us216us321us426us468us489us510us4 Proteus軟件仿真5課程設(shè)計(jì)體會(huì) 經(jīng)過將兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我們的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底

17、里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)把實(shí)物都做了出來，高興之余不得不深思呀！ 在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個(gè)程序并不是一件簡單的事，舉個(gè)例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時(shí)，我用的都是BCD碼，這一次，我全部用的都是16進(jìn)制的數(shù)直接加減，顯示處理時(shí)在用對(duì)不同的位，求商或求余，感覺效果比較好。還有時(shí)序的問題，通過這次的設(shè)計(jì)我明白了時(shí)序才真正是數(shù)字芯片的靈魂，所有的程序我們都可以通過對(duì)其時(shí)序的理解來實(shí)現(xiàn)對(duì)其操作，同時(shí)體會(huì)到了單總線結(jié)構(gòu)的魅力。 從

18、這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。 最重要的是本次設(shè)計(jì)是兩個(gè)人一組，讓我們有種組隊(duì)做單片機(jī)開發(fā)項(xiàng)目的感覺，畢竟一個(gè)項(xiàng)目只靠一個(gè)人是很難完成的，今后我們做的項(xiàng)目肯定要多人協(xié)作。在這次設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，便于我們走到工作崗位后能很快適應(yīng)工作環(huán)境。 參考文獻(xiàn)1DS18b20數(shù)據(jù)手冊(cè)。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

19、礦業(yè)大學(xué)出版社，2003附錄1：程序名稱：DS18B20溫度測量、報(bào)警系統(tǒng)簡要說明：DS18B20溫度計(jì)，溫度測量范圍099.9攝氏度 可設(shè)置上限報(bào)警溫度、下限報(bào)警溫度 即高于上限值或者低于下限值時(shí)蜂鳴器報(bào)警 默認(rèn)上限報(bào)警溫度為38、默認(rèn)下限報(bào)警溫度為5 報(bào)警值可設(shè)置范圍：最低上限報(bào)警值等于當(dāng)前下限報(bào)警值 最高下限報(bào)警值等于當(dāng)前上限報(bào)警值 將下限報(bào)警值調(diào)為0時(shí)為關(guān)閉下限報(bào)警功能 */#include #include DS18B20.h #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義#define SET P3_1 /定義調(diào)整

20、鍵#define DEC P3_2 /定義減少鍵#define ADD P3_3 /定義增加鍵#define BEEP P3_7 /定義蜂鳴器bit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit DIAN = P07; /小數(shù)點(diǎn)uchar x=0; /計(jì)數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志signed char shangxian=38; /上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為38signed char xiaxian=5; /下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為38uchar code

21、 LEDData=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F,0 x00;unsigned int ReadTemperature(void);/*延時(shí)子程序*/void Delay(uint num) while( -num );/*初始化定時(shí)器0*/void InitTimer(void) TMOD=0 x1; TH0=0 x3c; TL0=0 xb0; /50ms（晶振12M）/*定時(shí)器0中斷服務(wù)程序*/void timer0(void) interrupt 1 using 0 TH0=0 x3c; TL0=0

22、xb0; x+;/*外部中斷0服務(wù)程序*/void int0(void) interrupt 0using 1 EX0=0; /關(guān)外部中斷0 if(DEC=0&set_st=1) shangxian-; if(shangxianxiaxian)shangxian=xiaxian; else if(DEC=0&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian99)shangxian=99; else if(ADD=0&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxianshangxian)xiaxian=shangxian; /*讀取溫度*/void check_wendu(

23、void) uint a,b,c; c=ReadTemperature()-5; /獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差 a=c/100; /計(jì)算得到十位數(shù)字 b=c/10-a*10; /計(jì)算得到個(gè)位數(shù)字 m=c/10; /計(jì)算得到整數(shù)位 n=c-a*100-b*10; /計(jì)算得到小數(shù)位 if(m99)m=99;n=9; /設(shè)置溫度顯示上限 /*顯示開機(jī)初始化等待畫面*/Disp_init() P0 = 0 x40; /顯示- P2 = 0 xf7; Delay(200); P2 = 0 xfb; Delay(200); P2 = 0 xfd; Delay(200); P2 = 0 xfe

24、; Delay(200); P2 = 0 xff; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/Disp_Temperature() /顯示溫度 P2 = 0 xf7; P0 =0 x39; /顯示C Delay(300); P2 = 0 xfb; P0 =LEDDatan; /顯示個(gè)位 Delay(300); P2 = 0 xfd; P0 =LEDDatam%10; /顯示十位 DIAN = 1; /顯示小數(shù)點(diǎn) Delay(300); P2 = 0 xfe; P0 =LEDDatam/10; /顯示百位 Delay(300); P2 = 0 xff; /關(guān)閉顯示/*顯示報(bào)警溫度子程序*/Disp_alarm(uchar baojing)P2 = 0 xf7; P0 =0 x39; /顯示C Delay(200); P2 = 0 xfb; P0 =LEDDatabaojing%10; /顯示十位 Delay(200); P2 = 0 xfd; P0 =