數(shù)電課程設(shè)計(jì)-數(shù)字溫度計(jì)

河北聯(lián)合大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目數(shù)字溫度計(jì)專業(yè)09表二姓名學(xué)號(hào)200901020214200901020205200901020224指導(dǎo)教師2012年1月6日時(shí)間2012年1月6日地點(diǎn)科技樓211課程設(shè)計(jì)內(nèi)容數(shù)字溫度計(jì)1.設(shè)計(jì)務(wù)任和要求 32．系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì) 32.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證 32.1.1方案一 32.1.2方案二 32.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 32.3模塊簡(jiǎn)介 32.3.1主控制器 32.3.2顯示電路 42.3.3溫度傳感器 42.3.4報(bào)警溫度調(diào)整按鍵 43.系統(tǒng)軟件算法分析 43.2讀出溫度子程序 53.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 53.4計(jì)算溫度子程序 63.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 63.6按鍵掃描處理子程序 64.電路仿真 75.附錄 91.設(shè)計(jì)務(wù)任和要求1.1、基本范圍-55℃—125℃1.2、精度誤差小于0.5℃1.3、LED數(shù)碼直讀顯示1.4、可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能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2.1.1方案一由于本設(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，其中還涉及到電阻與溫度的對(duì)應(yīng)值的計(jì)算，感溫電路比較麻煩。而且在對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)容易受溫度的影響從而出現(xiàn)較大的偏差。2.1.2方案二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，電路簡(jiǎn)單，精度高，軟硬件都以實(shí)現(xiàn)，而且使用單片機(jī)的接口便于系統(tǒng)的再擴(kuò)展，滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，可靠性高，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1所示，控制器采用單片機(jī)STC89C52，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。圖2.1有了總體設(shè)計(jì)方案后，下面就是原理圖的制作了。原理圖如下圖2.2及圖2.3示。將數(shù)碼管電路與主控制電路分開(kāi)畫(huà)，最后兩者是用導(dǎo)線連接。數(shù)碼管位選接P20—P23，段選接P3口。2.3模塊簡(jiǎn)介系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。2.3.1主控制器單片機(jī)STC89C52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，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。晶振采用12MHZ。復(fù)位電路采用上電加按鈕復(fù)位。2.3.2顯示電路顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管，P3口由上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。P2口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示。2.3.3溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(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。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：1、獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；2、多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能3、無(wú)須外部器件；4、可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；5、零待機(jī)功耗；6、溫度以９或１２位數(shù)字；7、用戶可定義報(bào)警設(shè)置；8、報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；9、負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；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。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(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)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(kāi)啟時(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。2.3.4報(bào)警溫度調(diào)整按鍵本系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)按鍵，采用查詢方式，一個(gè)用于選擇切換設(shè)置報(bào)警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個(gè)分別用于設(shè)置報(bào)警溫度的加和減。均采用軟件消抖。3.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(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，按鍵掃描處理子程序等。主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖3.1所示。圖3.1主程序流程圖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9字節(jié)，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(xiě)。其程序流程圖如圖3.2示3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖3.3所示發(fā)18B20復(fù)位命令發(fā)跳ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令結(jié)束發(fā)18B20復(fù)位命令發(fā)跳ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令結(jié)束圖3.2讀文讀流程圖圖3.3溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.4計(jì)算溫度子程序計(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3.4所示。3.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為1時(shí)將符號(hào)顯示位移入第一位。3.6按鍵掃描處理子程序按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為1時(shí)，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。如下圖3.6示。圖3.6按鍵掃描處理流程圖4.電路仿真通過(guò)仿真軟件驗(yàn)證該原理圖的可行性。采用protues軟件對(duì)電路仿真，可以得到預(yù)期效果。因protues軟件中沒(méi)有STC89C52故用AT89C52代替。仿真圖如圖4.1示。圖4.1電路仿真圖下圖4.2為溫度傳感器的仿真效果圖，此圖驗(yàn)證了傳感器的溫度與數(shù)碼管顯示的數(shù)字一致。圖4.2溫度傳感器當(dāng)按下SET鍵一次時(shí)，進(jìn)入溫度報(bào)警上線調(diào)節(jié)，此時(shí)顯示軟件設(shè)置的溫度報(bào)警上線，按ADD或DEC分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一。當(dāng)再次按下SET鍵時(shí)，進(jìn)入溫度報(bào)警下線調(diào)節(jié)，此時(shí)顯示軟件設(shè)置的溫度報(bào)警下線，按ADD或DEC分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一。當(dāng)?shù)谌伟聪耂ET鍵時(shí)，退出溫度報(bào)警線設(shè)置。顯示當(dāng)前溫度。參考資料[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，2006[2]王衛(wèi)東.模擬電子電路基礎(chǔ)[M].西安：西安·電子科技大學(xué)出版社，2003[3]曹丙霞，趙艷華.PROTEL99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社，2007[4]李群芳，張士軍，黃建.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社，2008[5]趙世強(qiáng).電子電路EDA技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000 [6]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.電子工業(yè)出版社，2009 5.附錄程序源代碼#include"reg52.h"#include"intrins.h"http://_nop_();延時(shí)函數(shù)用#definedmP3//段碼輸出口#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P2^7;//溫度輸入口sbitw0=P2^0;//數(shù)碼管4sbitw1=P2^1;//數(shù)碼管3sbitw2=P2^2;//數(shù)碼管2sbitw3=P2^3;//數(shù)碼管1sbitbeep=P1^7;//蜂鳴器和指示燈sbitset=P2^6;//溫度設(shè)置切換鍵sbitadd=P2^4;//溫度加sbitdec=P2^5;//溫度減inttemp1=0;//顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度的標(biāo)志位為0時(shí)顯示當(dāng)前溫度uinth;uinttemp;ucharr;ucharhigh=35,low=20;ucharsign;ucharq=0;uchartt=0;ucharscale;//**************溫度小數(shù)部分用查表法***********//ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//小數(shù)斷碼表ucharcodetable_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};//共陰LED段碼表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""-"uchartable_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//個(gè)位帶小數(shù)點(diǎn)的斷碼表uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};//讀出溫度暫放uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//顯示單元數(shù)據(jù)，共4個(gè)數(shù)據(jù)和一個(gè)運(yùn)算暫用/*****************11us延時(shí)函數(shù)*************************/voiddelay(uintt){for(;t>0;t--);}voidscan(){intj;for(j=0;j<4;j++){switch(j){case0:dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//xiaoshucase1:dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//geweicase2:dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//shiweicase3:dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//baiwei//else{dm=table_dm[b3];w3=0;delay(50);w3=1;}}}}//***************DS18B20復(fù)位函數(shù)************************/ow_reset(void){charpresence=1;while(presence){while(presence){DQ=1;_nop_();_nop_();//從高拉倒低DQ=0;delay(50);//550usDQ=1;delay(6);//66uspresence=DQ;//presence=0復(fù)位成功,繼續(xù)下一步}delay(45);//延時(shí)500uspresence=~DQ;}DQ=1;//拉高電平}/****************DS18B20寫(xiě)命令函數(shù)************************///向1-WIRE總線上寫(xiě)1個(gè)字節(jié)voidwrite_byte(ucharval){uchari;for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();//從高拉倒低DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//5usDQ=val&0x01;//最低位移出delay(6);//66usval=val/2;//右移1位}DQ=1;delay(1);}/****************DS18B20讀1字節(jié)函數(shù)************************///從總線上取1個(gè)字節(jié)ucharread_byte(void){uchari;ucharvalue=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//4usDQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//4usif(DQ)value|=0x80;delay(6);//66us}DQ=1;return(value);}/*****************讀出溫度函數(shù)************************/read_temp(){ow_reset();//總線復(fù)位delay(200);write_byte(0xcc);//發(fā)命令write_byte(0x44);//發(fā)轉(zhuǎn)換命令ow_reset();delay(1);write_byte(0xcc);//發(fā)命令write_byte(0xbe);temp_data[0]=read_byte();//讀溫度值的第字節(jié)temp_data[1]=read_byte();//讀溫度值的高字節(jié)temp=temp_data[1];temp<<=8;temp=temp|temp_data[0];//兩字節(jié)合成一個(gè)整型變量。returntemp;//返回溫度值}/****************溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)************************///二進(jìn)制高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一字節(jié),這個(gè)//字節(jié)的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制后,就是溫度值的百、十、個(gè)位值,而剩//下的低字節(jié)的低半字節(jié)轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制后,就是溫度值的小數(shù)部分/********************************************************/work_temp(uinttem){ucharn=0;if(tem>6348)//溫度值正負(fù)判斷{tem=65536-tem;n=1;}//負(fù)溫度求補(bǔ)碼,標(biāo)志位置1display[4]=tem&0x0f;//取小數(shù)部分的值display[0]=ditab[display[4]];//存入小數(shù)部分顯示值display[4]=tem>>4;//取中間八位,即整數(shù)部分的值display[3]=display[4]/100;//取百位數(shù)據(jù)暫存display[1]=display[4]%100;//取后兩位數(shù)據(jù)暫存display[2]=display[1]/10;//取十位數(shù)據(jù)暫存display[1]=display[1]%10;//個(gè)位數(shù)據(jù)r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;/////符號(hào)位顯示判斷/////if(!display[3]){display[3]=0x0a;//最高位為0時(shí)不顯示if(!display[2]){display[2]=0x0a;//次高位為0時(shí)不顯示}}if(n){display[3]=0x0b;}//負(fù)溫度時(shí)最高位顯示"-"}voidBEEP(){if((r>=high&&r<129)||r<low){beep=!beep;}else{beep=0;}}//*********設(shè)置溫度顯示轉(zhuǎn)換************//voidxianshi(inthorl){intn=0;if(horl>128){horl=256-horl;n=1;}display[3]=horl/100;display[3]=display[3]&0x0f;display[2]=horl%100/10;display[1]=horl%10;display[0]=0;if(!display[3]){display[3]=0x0a;//最高位為0時(shí)不顯示if(!display[2]){display[2]=0x0a;//次高位為0時(shí)不顯示}}if(n){display[3]=0x0b;//負(fù)溫度時(shí)最高位顯示"-"}}//*********按鍵查詢程序**************//voidkeyscan(){inttemp1;//最高溫度和最低溫度標(biāo)志位if(set==0){while(1){delay(500);//消抖if(set==0){temp1++;while(!set)scan();}if(temp1==1){xianshi(high);scan();if(add==0){while(!add)scan();high+=1;}if(dec==0){while(!dec)scan();high-=1;}}if(temp1==2){xianshi(low);if(add==0){while(!add)scan();low+=1;}if(dec==0){while(!dec)scan();low-=1;}scan();}if(temp1>=3){temp1=0;break;}}}}/****************主函數(shù)************************/voidmain(){dm=0x00;//初始化端口w0=0;w1=0;w2=0;w3=0;for(h=0;h<4;h++)//開(kāi)機(jī)顯示"0000"{display[h]=0;}ow_reset();//開(kāi)機(jī)先轉(zhuǎn)換一次write_byte(0xcc);//SkipROMwrite_byte(0x44);//發(fā)轉(zhuǎn)換命