單片機數(shù)字顯示溫度計

課題名稱：單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計子課題名稱：單片機數(shù)字顯示溫度計院（系）：計算機學(xué)院專業(yè)：通信工程班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：職稱：2012年6月23目錄第一章緒論 -3-1.1發(fā)展現(xiàn)狀、目的及意義 -3-1.2設(shè)計內(nèi)容 -3-第二章單片機數(shù)字顯示溫度計的原理 -3-第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 -4-3.1整體框架概述 -4-3.2主控器AT89C52 -5-3.2.1概述 -5-3.2.2主要性能 -5-3.2.3功能性描述 -6-3.3溫度傳感器DS18B20 -7-3.3.1概述 -7-3.3.2功能性描述 -7-3.4四位LED數(shù)碼管5461BS -8-第四章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計 -8-4.1主程序 -8-4.2溫度測試子程序 -9-4.3溫度轉(zhuǎn)換子程序 -9-4.4顯示子程序 -10-4.5程序源代碼 -10-第五章系統(tǒng)調(diào)試 -14-第六章總結(jié) -16-參考文獻 -16-附錄 -17-第一章緒論1.1發(fā)展現(xiàn)狀、目的及意義單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機具有體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機在出現(xiàn)時，Intel公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（embeddedmicrocontroller）。單片機的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。這一點是巨型機和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。單片機在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。近年來單片機技術(shù)飛速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量越來越好，而成本卻越來越低，現(xiàn)階段許多復(fù)雜、多用的電子器件普遍采用單片機來實現(xiàn)。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計水平的提高，單片機還會不斷產(chǎn)生新的變化和進步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認。用單片機來實現(xiàn)對溫度的自動控制，把測得的溫度通過數(shù)碼管顯示出來，從而大幅度提高被測溫度的技術(shù)指標。1.2設(shè)計內(nèi)容基于單片機的數(shù)字顯示溫度計設(shè)計，主要探討了一種帶數(shù)字顯示的溫度計方案。本方案采用單片機AT89C52作為控制單元，與數(shù)字溫度芯片DS18B20接口獲得溫度數(shù)據(jù)，通過與液晶4位數(shù)碼管接口顯示溫度。整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計在Keil環(huán)境下通過用C語言編程實現(xiàn)。 第二章單片機數(shù)字顯示溫度計的原理溫度測量通常可以使用兩種方式來實現(xiàn)：一種是用熱敏電阻之類的器件，由于感溫效應(yīng)，熱敏電阻的阻值能夠隨溫度發(fā)生變化，當(dāng)熱敏電阻接入電路，則流過它的電流或其兩端的電壓就會隨溫度發(fā)生相應(yīng)的變化，再將隨溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到單片機進行數(shù)據(jù)處理，通過顯示電路，就可以將被測溫度顯示出來。這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，其測溫電路比較麻煩。第二種方法是用溫度傳感器芯片。溫度傳感器芯片能把溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，直接發(fā)送給單片機，轉(zhuǎn)換后通過顯示電路顯示即可。這種方法電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計方便，現(xiàn)在使用非常廣泛。本次課程設(shè)計就是采用第二種方法設(shè)計的單片機數(shù)字顯示溫度計。要求溫度測量范圍為-55℃—99℃，精度誤差小于0.5℃。第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1整體框架概述單片機數(shù)字顯示溫度計的系統(tǒng)硬件電路由單片機系統(tǒng)、測溫電路和顯示電路等組成，電路原理圖及PCB圖如圖(a)所示。單片機系統(tǒng)由AT89C52單片機、復(fù)位電路和時鐘電路組成，時鐘采用12MHz晶振。測溫電路由溫度傳感器組成，溫度傳感器采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的智能溫度傳感器DS18B20，溫度測量范圍為-55℃—+125℃，可編程為9—12位的A/D轉(zhuǎn)換精度，溫度分辨率可達0.0625℃，完全能夠滿足系統(tǒng)要求。DS18B20采用單總線結(jié)構(gòu)，只需一根信號線DQ即可與單片機通信。在本系統(tǒng)中，DS18B20的DQ與單片機的P1.0相連，DQ通過電阻接電源，另外，DS18B20采用外部電源供電，Vcc引腳接+5V電源，GND接地。顯示電路由四位數(shù)碼管組成，用于分別顯示符號，溫度十位、個位和小數(shù)點后一位。四位數(shù)碼管采用共陽極動態(tài)顯示方式，8位字段碼輸入端接AT89C52的P0口，四位位選端由P2口的低四位控制，AT89C52的P0口作輸出時外接上拉電阻，四位位選端不是與P2口低四位直接相連，而是通過三極管連接，這樣是為了增加驅(qū)動能力。但須注意，這樣連接數(shù)碼管的位選端與P2口低四位的輸出有一個反向關(guān)系，P2口的低四位是通過低電平來選中數(shù)碼管。(a)電路原理圖及PCB圖3.2主控器AT89C523.2.1概述AT89C52是51系列單片機的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，但不可以在線編程（S系列的才支持在線編程）。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3.2.2主要性能（1）兼容MCS51指令系統(tǒng)，8k可反復(fù)擦寫（>1000次）FlashROM；（2）32個雙向I/O口，256*8bit內(nèi)部RAM；（3）3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷，時鐘頻率0-24MHz；（4）2個串行中斷，可編程UART串行通道；（5）2個外部中斷源，共8個中斷源；（6）2個讀寫中斷口線，3級加密位；（7）低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。3.2.3功能性描述AT89C52為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。AT89C52的主要管腳有：（1）XTAL1和XTAL2：振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC和VSS為供電端口，分別接+5V電源的正負端；P0~P3：為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義。（2）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)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1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。對端口寫“1”，通過內(nèi)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，因為內(nèi)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（IIL）。與AT89C51不同之處是，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（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），P2口：P2是一個帶有內(nèi)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。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)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，因為內(nèi)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（IIL）。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鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)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，它們被內(nèi)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（IIL）。P3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，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。（3）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)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。（4）ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。（5）PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。（6）EA/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），EA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)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)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(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。（7）XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。（8）XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出3.3溫度傳感器DS18B203.3.1概述溫度傳感器DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝。3.3.2功能性描述獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。測溫范圍－55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃。支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫。（1）工作電源:3~5V/DC；（2）在使用中不需要任何外圍元件；（3）測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送；（4）適用于DN15~25，DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫；（5）標準安裝螺紋M10X1，M12X1.5，G1/2”任選；（6）PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其它電器設(shè)備連接；3.4四位LED數(shù)碼管5461BS數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成,行成一個日字形,它可以共陰極,也可以共陽極，通過解碼一般由單片機的程序來完成電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字,這就是它的工作原理.第四章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計單片機數(shù)字顯示溫度計的系統(tǒng)軟件程序主要由主程序、溫度測量子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序等組成。4.1主程序在主程序中首先初始化，檢測DS18B20是否存在，然后通過讀溫度子程序讀出DS18B20的當(dāng)前值，調(diào)用溫度轉(zhuǎn)換子程序把從DS18B20中讀出的值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，調(diào)用顯示子程序把溫度值在數(shù)碼管的相應(yīng)位置進行顯示。主程序流程圖如圖(b)所示。(b)主程序流程圖4.2溫度測試子程序溫度測量子程序的功能是讀出并處理DS18B20測量的當(dāng)前溫度值，讀出的溫度值以BCD碼的形式存放在緩沖區(qū)，溫度的正負號用一個符號標志來表示，溫度為正表示為0，溫度為負表示為1。注意：DS18B20每一次讀寫之前都要先進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令。這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。溫度測量子程序流程圖如圖(c)所示。(c)溫度測量子程序流程圖4.3溫度轉(zhuǎn)換子程序溫度轉(zhuǎn)換子程序?qū)崿F(xiàn)把從DS18B20中讀出的值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值，以BCD碼的形式存放在緩沖區(qū)，正負號存放在符號標志位中。溫度轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖(d)所示。(d)溫度轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.4顯示子程序顯示子程序首先把溫度轉(zhuǎn)換子程序得到的值變換后放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用四位數(shù)碼管動態(tài)顯示程序顯示。顯示子程序流程圖如圖(e)所示。(e)顯示子程序流程圖4.5程序源代碼#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P1^0;//定義端口union{ucharc[2];uintx;}temp;ucharflag;uintcc,xs;uchardisbuffer[4];voiddelay(uinti)//延時程序{uintj;for(j=i;j>0;j--);}ucharow_reset(void)//復(fù)位{ucharreset;DQ=0;//DQ低電平delay(50);//480usDQ=1;//DQ高電平delay(3);//等待reset=DQ;//reset信號delay(25);return(reset);//0允許，1禁止}ucharread_byte(void)//從1-wire總線上讀取一個字節(jié){uchari;ucharvalue=0;for(i=8;i>0;i--){value>>=1;DQ=0;DQ=1;delay(1);if(DQ)value|=0x80;delay(6);}return(value);}voidwrite_byte(ucharval)//向1-wire總線上寫入一個字節(jié){uchari;for(i=8;i>0;i--)//一次寫入一個字節(jié){DQ=0;DQ=val&0x01;delay(5);DQ=1;val=val/2;}delay(5);}voidinitds18b20(void)//初始化設(shè)置{ow_reset();write_byte(0xCC);//跳過ROMwrite_byte(0x4E);//寫暫存存儲器命令write_byte(0x00);//寫高溫觸發(fā)器write_byte(0x00);//寫高溫觸發(fā)器write_byte(0x7f);//選擇12位溫度分辨率}voidRead_Temperature(void)//讀取溫度{ow_reset();write_byte(0xCC);//發(fā)跳過ROMwrite_byte(0x44);//開始轉(zhuǎn)換ow_reset();write_byte(0xCC);//發(fā)跳過ROMwrite_byte(0xBE);//發(fā)讀溫度命令temp.c[1]=read_byte();//讀低字節(jié)temp.c[0]=read_byte();//讀高字節(jié)}voidTemperature_cov(void)//溫度轉(zhuǎn)換{if(temp.c[0]>0xf8){flag=1;temp.x=~temp.x+1;}//如果為負，則符號標志置1，計算溫度值cc=temp.x/16;//計算出溫度值的整數(shù)部分xs=temp.x&0x0f;//取溫度值小數(shù)部分的第一位xs=xs*10;xs=xs/16;}//*********顯示函數(shù)voiddisplay(void)//定義顯示函數(shù){ucharcodevalue[]={ 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0xff,0xbf};//0~F,全滅-的字段碼表ucharchocode[]={0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};//位選碼表uchari=0,p,t;if(flag==1)disbuffer[3]=0x11;elsedisbuffer[3]=0x10;disbuffer[0]=xs;disbuffer[1]=(cc%10);disbuffer[2]=(cc/10);for(7=0;i>=4;i--){t=chocode[i];//取當(dāng)前的位選碼P2=t;//送出位選碼p=disbuffer[i];//取當(dāng)前顯示的字符t=codevalue[1];//查得顯示字符的字段侶?if(i==1)t=t+0x80;P0=t;//送出字段碼delay(40);//延時}P2=0xFF;}voidmain()//主程序{delay(10);EA=0;flag=0;initDS18B20();//初始化while(1){flag=0;Read_Temperature();//讀取雙字節(jié)溫度Temperature_cov();//溫度轉(zhuǎn)換display();//顯示display();display();display();}}第五章系統(tǒng)調(diào)試本次電路設(shè)計是在AltiumDesignersummer09軟件下畫好電路原理圖，如下圖(1)所示。圖(1)然后在該軟件下將電路原理圖轉(zhuǎn)換成PCB圖，如圖(2