單片機(jī)DS18B20課程設(shè)計(jì)

word文檔可自由復(fù)制編輯無(wú)線單片機(jī)及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：溫度計(jì)專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程組別：溫度計(jì)個(gè)人組學(xué)生姓名:周根弟學(xué)號(hào):1121316123起止日期：2014年6月16日~2014年6月20日指導(dǎo)教師:邵鶴帥胡榮林目錄1內(nèi)容摘要 32溫度計(jì)的概述及設(shè)計(jì)要求 42.1溫度計(jì)的概述 42.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 42.2.1基本任務(wù) 42.2.2設(shè)計(jì)要求 43硬件設(shè)計(jì) 53.1單片機(jī)系統(tǒng) 52.1.1功能控制 53.1.2單片機(jī)系統(tǒng)電路原理圖 53.2數(shù)字溫度傳感器模塊 63.2.1DS18B20性能 63.2.2DS18B20外形及引腳說(shuō)明 63.2.3DS18B20接線原理圖 73.3顯示電路 73.4聲光報(bào)警電路 83.5數(shù)據(jù)處理 84軟件設(shè)計(jì) 94.1主程序模塊 94.2讀溫度值模塊 94.2.1讀值模塊 104.2.2DS18B20初始化子程序流程圖 114.2.3DS18B20寫(xiě)字節(jié)和讀字節(jié)子程序 124.3中斷模塊 124.4溫度設(shè)定、報(bào)警模塊 134.5數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊 135源程序 156總結(jié)體會(huì) 207參考文獻(xiàn) 201內(nèi)容摘要目前，單片機(jī)已經(jīng)在測(cè)控領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用，它除了可以測(cè)量電信以外，還可以用于溫度、濕度等非電信號(hào)的測(cè)量，能獨(dú)立工作的單片機(jī)溫度檢測(cè)、溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用很多領(lǐng)域。單片機(jī)是一種特殊的計(jì)算機(jī),它是在一塊半導(dǎo)體的芯片上集成了CPU,存儲(chǔ)器，RAM，ROM，及輸入與輸出接口電路，這種芯片稱為:單片機(jī)。由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便的優(yōu)點(diǎn)，使它迅速的得到了推廣應(yīng)用，目前已成為測(cè)量控制系統(tǒng)中的優(yōu)選機(jī)種和新電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件。單片機(jī)已不僅僅局限于小系統(tǒng)的概念，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于家用電器，機(jī)電產(chǎn)品，辦公自動(dòng)化用品，機(jī)器人，兒童玩具，航天器等領(lǐng)域。本次課程設(shè)計(jì)，就是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制，傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多以熱敏電阻為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差，測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，而且必須經(jīng)過(guò)專門(mén)的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。本次采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的溫度計(jì)有反應(yīng)速度慢、讀數(shù)麻煩、測(cè)量精度不高、誤差大等缺點(diǎn)而下面利用集成溫度傳感器AD590設(shè)計(jì)并制作了一款基于AT89C51的4位數(shù)碼管顯示的數(shù)字溫度計(jì)，其電路簡(jiǎn)單，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，易于實(shí)現(xiàn)。

該數(shù)字溫度計(jì)利用AD590集成溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測(cè)量并轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，然后送到單片機(jī)AT89C51中進(jìn)行處理變換，最后將溫度值顯示在D2、D1共2位七段碼LED顯示器上。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，2位溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源、時(shí)鐘電路等組成。本次設(shè)計(jì)完成一個(gè)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。2溫度計(jì)的概述及設(shè)計(jì)要求2.1溫度計(jì)的概述數(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)溫精確、功能多樣話等優(yōu)點(diǎn)。其主要用于對(duì)測(cè)溫要求準(zhǔn)確度比較高的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)使用STC89C51單片機(jī)作控制器，數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度，單片機(jī)接受傳感器輸出，經(jīng)處理用LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度值顯示。利用集成溫度傳感器DS18B20設(shè)計(jì)并制作了一款基于AT89C51的2位數(shù)碼管顯示的數(shù)字溫度計(jì)，其電路簡(jiǎn)單，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，易于實(shí)現(xiàn)。2.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.2.1基本任務(wù)1.數(shù)字溫度計(jì)利用DS18B20集成溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測(cè)量并轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，經(jīng)由模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)。2.模擬電壓信號(hào)送到單片機(jī)AT89C51中進(jìn)行處理變換，最后將溫度值顯示在D2、D1共2位七段碼LED顯示器上。3.系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，加上AT89C51測(cè)溫電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、2位溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源、時(shí)鐘電路等組成。2.2.2設(shè)計(jì)要求5V供電；溫度采集采用DS18B20；4位LED顯示；2個(gè)按鍵；設(shè)計(jì)溫度控制器原理圖，學(xué)習(xí)用PROTEL畫(huà)出該原理圖，并用proteus進(jìn)行仿真；設(shè)計(jì)和繪制軟件流程圖，用C語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)；焊接硬件電路，進(jìn)行調(diào)試。3硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)系統(tǒng)2.1.1功能控制DS18B20數(shù)字溫度傳感器的初始化和讀取溫度值LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)與控制按鍵識(shí)別和響應(yīng)控制溫度設(shè)置和報(bào)警溫度值的存儲(chǔ)和讀取3.1.2單片機(jī)系統(tǒng)電路原理圖圖2單片機(jī)系統(tǒng)原理圖3.2數(shù)字溫度傳感器模塊3.2.1DS18B20性能獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用無(wú)需外部器件可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電零待機(jī)功耗測(cè)溫范圍-55~+125℃，以0.5℃遞增負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，傳感器不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作3.2.2DS18B20外形及引腳說(shuō)明圖3DS18B20外形及引腳GND：地DQ：?jiǎn)尉€運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳VD：可選的電源引腳3.2.3DS18B20接線原理圖單總線通常要求接一個(gè)約4.7K左右的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線空閑時(shí)，其狀態(tài)為高電平。圖4DS18B20接線原理圖3.3顯示電路 LED數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，能簡(jiǎn)化電路布線，節(jié)約單片機(jī)I/O端口。段碼和位碼由單片機(jī)P0送出，分別用74HC673N鎖存。圖9數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路

3.4聲光報(bào)警電路 當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度值時(shí)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，蜂鳴器鳴叫、8個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。蜂鳴器由單片機(jī)P2^3口控制，用三極管驅(qū)動(dòng)，發(fā)光二極管接單片機(jī)P1口，由74HC673N鎖存。圖10聲光報(bào)警電路3.5數(shù)據(jù)處理高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表5所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。圖7字節(jié)分配4軟件設(shè)計(jì)4.1主程序模塊主程序需要調(diào)用3個(gè)子程序，分別為：實(shí)時(shí)溫度顯示子程序：驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管把實(shí)時(shí)溫度值送出在LED數(shù)碼管顯示溫度設(shè)定、報(bào)警子程序：設(shè)定報(bào)警溫度值，當(dāng)溫度超過(guò)該值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，即驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫、8個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光主程序流程圖：開(kāi)始開(kāi)始定時(shí)器初始化、啟動(dòng)定時(shí)器初始化、啟動(dòng)顯示實(shí)時(shí)溫度顯示實(shí)時(shí)溫度溫度設(shè)定、報(bào)警溫度設(shè)定、報(bào)警完成溫度的復(fù)位完成溫度的復(fù)位圖12主程序流程圖4.2讀溫度值模塊讀溫度值模塊需要調(diào)用4個(gè)子程序，分別為：DS18B20初始化子程序：讓單片機(jī)知道DS18B20在總線上且已準(zhǔn)備好操作DS18B20寫(xiě)字節(jié)子程序：對(duì)DS18B20發(fā)出命令DS18B20讀字節(jié)子程序：讀取DS18B20存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)延時(shí)子程序：對(duì)DS18B20操作時(shí)的時(shí)序控制4.2.1讀值模塊入口入口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理讀取溫度值高低位跳過(guò)讀序列號(hào)DS18B20初始化延時(shí)啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換跳過(guò)讀序列號(hào)DS18B20初始化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理讀取溫度值高低位跳過(guò)讀序列號(hào)DS18B20初始化延時(shí)啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換跳過(guò)讀序列號(hào)DS18B20初始化返回 返回 圖13讀溫度值子程序流程圖4.2.2DS18B20初始化子程序流程圖入口入口DQ為低電平？延時(shí)15~60msDQ拉高電平延時(shí)>480msDQ復(fù)位0稍延時(shí)DQ置高電平DQ為低電平？延時(shí)15~60msDQ拉高電平延時(shí)>480msDQ復(fù)位0稍延時(shí)DQ置高電平 N返回Y返回 圖14DS18B20初始化子程序流程圖4.2.3DS18B20寫(xiě)字節(jié)和讀字節(jié)子程序 圖15DS18B20寫(xiě)字節(jié)子程序流程圖 圖16DS18B20讀字節(jié)子程序流程圖4.3中斷模塊中斷采用T0方式1，初始值定時(shí)為50ms。中斷模塊需調(diào)用兩個(gè)子程序：讀溫度值子程序：定時(shí)讀取溫度值，實(shí)時(shí)更新溫度值記錄溫度值子程序：定時(shí)記錄溫度值，供查詢使用把這兩個(gè)子程序放在中斷的原因是，不會(huì)因?yàn)檎{(diào)整報(bào)警溫度或查詢歷史溫度值而停止更新溫度值和記錄溫度值。中斷模塊流程圖：1秒？計(jì)數(shù)值加1定時(shí)器重置初值中斷入口1秒？計(jì)數(shù)值加1定時(shí)器重置初值中斷入口讀溫度值 Y讀溫度值中斷返回記錄溫度值N中斷返回記錄溫度值 圖17中斷模塊流程圖4.4溫度設(shè)定、報(bào)警模塊此模塊跟溫度查詢模塊類似，需要接受按鍵輸入，進(jìn)入模塊界面后，按加減鍵分別上調(diào)和下調(diào)設(shè)定報(bào)警溫度值，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，并點(diǎn)亮8位發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。4.5數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)數(shù)碼管通過(guò)鎖存器接單片機(jī)P0口，采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)7段LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，需調(diào)用延時(shí)子程序以穩(wěn)定顯示。模塊流程圖如下：P0清零關(guān)位選送位碼開(kāi)位選P0置高關(guān)段選入口P0清零關(guān)位選送位碼開(kāi)位選P0置高關(guān)段選入口 開(kāi)段選開(kāi)段選 延時(shí)關(guān)段選送段碼延時(shí)關(guān)段選送段碼 返回返回圖20數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊流程圖5源程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/*************************變量定義************************************/sbitDQ=P2^2;//ds18b20端口sbitbeep=P2^3;//蜂鳴器使能端sbitdula=P2^6;//數(shù)碼管段選使能sbitwela=P2^7;//數(shù)碼管位選使能sbitalarm=P3^6;//設(shè)定報(bào)警功能鍵ucharcodetabled[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,//0~9的七段數(shù)碼管段碼0x40,0x63,0x39};//-c的段碼ucharcodetablew[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//1~8個(gè)數(shù)碼管的位選碼uintcountmin;//計(jì)數(shù)變量ucharalanum=30;//報(bào)警溫度值,初始值為30攝氏度/**********************函數(shù)聲明***************************************/voiddelay1(ucharMS);//動(dòng)態(tài)掃描延時(shí)子程序voiddelay(uchari);//DS18B20工作延時(shí)子程序 voidInit_DS18B20();//DS18B20初始化子程序voidWriteOneChar(unsignedchardat);//向DS18B20寫(xiě)一字節(jié)數(shù)據(jù)ucharReadOneChar(void);//向DS18B20讀一字節(jié)數(shù)據(jù)voidGetTemperature();//由DS18B20產(chǎn)生溫度值voidDisplay(ucharwei,ucharduan);//數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)子程序voidAlarm();//溫度報(bào)警voidShowtemperature(uchartt);//溫度顯示/*********************主函數(shù)*******************************************/voidmain(){ TMOD=0x01;//定時(shí)器初始化，定時(shí)器0方式1 TH0=(65536-50000)/256;//50ms TL0=(65536-50000)%256; EA=1;//開(kāi)中斷 ET0=1; TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器 while(1) { Showtemperature(temperature);//顯示實(shí)時(shí)溫度 Alarm();//溫度設(shè)定、報(bào)警 }}/************************動(dòng)態(tài)掃描延時(shí)函數(shù)********************************/voiddelay1(ucharMS){ inti,j; for(i=80;i>0;i--) for(j=MS;j>0;j--);}/************************DS18B20工作延時(shí)函數(shù)*****************************/voiddelay(uchari){while(i--);}/*************************DS18B20初始化函數(shù)******************************/voidInit_DS18B20(void){ unsignedcharx=0; DQ=1;//DQ復(fù)位 delay(8);//稍做延時(shí) DQ=0;//單片機(jī)將DQ拉低 delay(80);//精確延時(shí)大于480us DQ=1;//拉高總線 delay(10); x=DQ;//稍做延時(shí)后如果x=0則初始化成功x=1則初始化失敗 delay(5); while(!x) { x=DQ; }}/*************************讀一個(gè)字節(jié)**************************************/ucharReadOneChar(void){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//給脈沖信號(hào)dat>>=1;DQ=1;//給脈沖信號(hào)if(DQ)dat|=0x80;delay(5);}return(dat);}/**************************寫(xiě)一個(gè)字節(jié)*************************************/voidWriteOneChar(unsignedchardat){unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=dat&0x01;delay(5);DQ=1;dat>>=1;}delay(5);}/*************************產(chǎn)生溫度值***************************************/voidGetTemperature(){ uchartempL,tempH;//分別為數(shù)據(jù)低位和高位 uinttemp; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC);//跳過(guò)讀序列號(hào)的操作 WriteOneChar(0x44);//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 delay(200); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC);//跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneChar(0xBE);//讀取溫度寄存器等（共可讀9個(gè)寄存器）前兩個(gè)就是溫度 tempL=ReadOneChar();//讀出溫度低位LSB tempH=ReadOneChar();//讀出溫度高位MSB temp=tempH*16+tempL/16;//tempL右移四位去掉小數(shù)位 temperature=temp&0xff;//測(cè)量0～50度，只取temp低八位}/**********************數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)函數(shù)*************************************/voidDisplay(ucharwei,ucharduan){ dula=0; P0=0xff; wela=1; P0=tablew[wei]; wela=0; P0=0; dula=1; P0=tabled[duan]; dula=0; delay1(1);}/**********************溫度顯示函數(shù)**************************************/voidShowtemperature(uchartt){ Display(2,tt/10);//顯示溫度數(shù)值 Display(3,tt%10); Display(4,11);//顯示攝氏度單位 Display(5,12); }/***************************報(bào)警函數(shù)************************************/voidAlarm(){ bitflag; if(alarm==0) { delay1(80); //延時(shí)消抖 if(alarm==0) { flag=1; } } while(flag) { if(add==0) { delay1(z);//延時(shí)消抖 if(add==0) { alanum++;//add鍵按下，上調(diào)設(shè)定值 if(alanum==51) { alanum=0;//最大值為50攝氏度，顯示 } } } } Showtemperature(alanum); Display(0,10);//選中數(shù)碼管的其他空閑位 Display(1,10);//區(qū)別于實(shí)時(shí)溫度顯示“----” Display(6,10); Display(7,10); if(temperature>alanum)//此處設(shè)置報(bào)警可以保證調(diào)整設(shè)定值時(shí)即可及時(shí)報(bào)警 { beep=0;//溫度大于設(shè)定值，聲光報(bào)警 P1=0; } else { beep=1;//溫度不大于設(shè)定值即不報(bào)警 P1=0xff; } } if(temperature>alanum)//此處設(shè)置報(bào)警即保證即使沒(méi)有進(jìn)入設(shè)置界面任然可以報(bào)警 { beep=0;//溫度大于設(shè)定值，聲報(bào)警 P1=0; } else { beep=1;//溫度不大于設(shè)定值即不報(bào)警 P