單片機數(shù)字式溫度計設(shè)計說明書(附帶源程序)

1、武漢理工大學單片機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計說明書附件1：學 號： 0121218700312課 程 設(shè) 計題 目數(shù)字式溫度計學 院物流工程學院專 業(yè)物流工程班 級姓 名指導(dǎo)教師2015年1月18日附件2：課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 數(shù)字式溫度計設(shè)計 初始條件：1、設(shè)計與仿真軟件：Keil uVision 和Proteus要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1.18B20 設(shè)計一款能夠顯示當前溫度值的溫度計；2. 切換按鈕可以切換華氏度和攝氏度顯示；3.其他功能時間安排：2015年1月4 - 5日 選擇題目，

2、布置任務(wù)2015年1月6 - 8日 功能分析，硬件設(shè)計及修改2015年1月9 -13日 軟件設(shè)計與編程2015年1月14-18日 調(diào)試并修改硬件組成2015年1月19-20日 編寫任務(wù)說明書2015年1月21-22日 確認提交版、答辯指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日附件6：本科生課程設(shè)計成績評定表姓 名 性 別 專業(yè)、班級 課程設(shè)計題目： 數(shù)字式溫度計課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：1. Respack-8是什么？作用是什么？答：Respack-8是排阻，作上拉電阻，使得單片機P0口具備I/O能力2. 如何實現(xiàn)復(fù)位？答：接通復(fù)位回路，按下復(fù)位按鈕，保持兩個機器周期以上的

3、時間，即可實現(xiàn)復(fù)位。3. DS18B20是什么芯片？有何特點答：DS18B20是一種常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。測溫范圍為-55+125，固有測溫誤差為1。成績評定依據(jù)：1.硬件電路和軟件程序的正確性2.設(shè)計說明書的規(guī)范性和完整性3.答辯情況4.功能實現(xiàn)的難易程度最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄1 設(shè)計任務(wù)22設(shè)計方案32.1 任務(wù)分析32.2 方案設(shè)計33系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1時鐘電路設(shè)計53.2復(fù)位電路設(shè)計53.3 1602控制電路53.4 DS18B20通信電路，開關(guān)電路設(shè)計63.5系統(tǒng)原理圖 74系統(tǒng)

4、軟件設(shè)計84.1 1ms定時84.2 DS18B20初始化程序84.3對DS1802寫一個字節(jié)的數(shù)據(jù)84.4 1602的操作程序 84.5溫度測算及轉(zhuǎn)換程序105仿真與性能分析115.1系統(tǒng)仿真過程115.2系統(tǒng)性能分析116.小結(jié)與展望13參考文獻14附錄1 元件清單15附錄2 系統(tǒng)程序16數(shù)字式溫度計的設(shè)計摘要溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人民的生活、生產(chǎn)與環(huán)境的溫度息息相關(guān)。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此 研究溫度的測量方法和裝置也有重要的意義。本文將介紹智能集成溫度傳感器 DS18B20 的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并以此為傳感器 DS18B20 和

5、AT89C52 單片機為控制器構(gòu)成的溫度測量裝置的工作原理做了詳細的介紹。該產(chǎn)品適用于人民的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn),用于溫度測量。關(guān)鍵詞AT89C52；DS18B20；LM016L；數(shù)字；溫度計。1設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計任務(wù)（1）用 DS18B20 設(shè)計一款能夠顯示當前溫度值的溫度計；（2）通過切換按鈕可以切換華氏度和攝氏度顯示；（3）其他功能（創(chuàng)新部分）設(shè)計例圖如圖1.1所示圖1.1 設(shè)計例圖1.2基本要求（1）用 DS18B20 設(shè)計一款能夠顯示當前溫度值的溫度計；（2）通過切換按鈕可以切換華氏度和攝氏度顯示；1.3拓展要求選作：實現(xiàn)測量多組的溫度，都可以顯示出來。2設(shè)計方案2.1任務(wù)分析數(shù)字

6、式溫度傳感器就是使用單片機來實現(xiàn)與 DS18B20 溫度傳感器的通信，實現(xiàn)溫度計 的功能。溫度由單片機計算出后，顯示在 1602 液晶上，并且可以通過轉(zhuǎn)換按鈕實現(xiàn)顯示 華氏溫度和攝氏溫度的轉(zhuǎn)換。2.2方案設(shè)計2.2.1硬件方案根據(jù)設(shè)計的要求可知，系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖 2.1 所示。按 鍵1602液晶單片機DS18B20圖2.1 硬件原理框圖單片機選用AT89C51，設(shè)計時無需外接程序存儲器，為設(shè)計和調(diào)試帶來極大的方便。DS18B20 與單片機的通信是通過 1wire 總線方式。我將該通信線路與單片機 P3.2口連接，從該口對 DS18B20 進行讀寫操作。另外，將一個按鍵開關(guān)與 P3.7 口

7、連接，進行攝氏華氏溫度的換算。 2.2.2軟件方案根據(jù)設(shè)計要求，程序框圖如圖 2.2 所示。軟件可由匯編語言完成，也可由 C 語言完成，我選擇的C語言。 軟件設(shè)計可以分為以下幾個功能模塊：（1）主程序：初始化及鍵盤。（2）延時子程序：由_nop_()及 while 執(zhí)行空循環(huán)來實現(xiàn)。用于通信時序。（3）LM160LCD液晶初始化及讀寫 RAM 子程序：初始化 1602 液晶，讀寫 1602RAM。（4）18B20 初始化及讀寫 RAM 程序：初始化 18B20 以及讀寫 18B20 片內(nèi) RAM 的程序。 鍵盤掃描程序模塊：掃描鍵盤有無按鍵按下。開始初始化啟動溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)值攝氏或華氏計算

8、數(shù)據(jù)更新溫度顯示判斷鍵值圖2.2 程序框圖3.系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1時鐘電路設(shè)計如圖3.1所示，采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式，在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自擊震蕩。其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入片內(nèi)定時控制部件。我采用的是12MHZ的晶振。圖3.1單片機時鐘電路3.2復(fù)位電路設(shè)計如圖3.2所示，采用上電+按鈕電平復(fù)位方式，當按下按鈕時，RST 管腳高電平觸發(fā)。 為保證復(fù)位可靠，RC 時間常數(shù)應(yīng)大于兩個機器周期，電容取30pF,電阻10k歐。3.2單片機復(fù)位電路3.3 1602 控制電路如圖3.3所示，通過上拉電阻使得單片機P0口具備I/O能力，P0與1602的數(shù)據(jù)端口

9、依次連接。RS、RW、EN分別連接單片機P1.0,P1.1,P1.2口。上拉電阻1口為+5v。圖3.3控制電路3.4 DS18B20 通信電路，開關(guān)電路設(shè)計如圖3.4所示，由DS18B20的數(shù)據(jù)通信端口與P3.2連接，開關(guān)電路與單片機P3.7口連接，按下開關(guān)即可將攝氏溫度轉(zhuǎn)化成華氏溫度并顯示在LCD上，保持閉合狀態(tài)則可以實時顯示華氏溫度。圖3.4 DS18B20通信電路，開關(guān)電路電路3.5系統(tǒng)電路圖如圖3.5所示。圖3.5 系統(tǒng)電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 1ms定時在這里我們并不需要太精確的定時，故我采用的是執(zhí)行無實際意義的語句的方法定時。采用了2層while語句，內(nèi)層為執(zhí)行while空循環(huán)1

10、10次，通過keil軟件的調(diào)試可以發(fā)現(xiàn)， 該空循環(huán)可延時約1ms，這樣只用確定外層while執(zhí)行的次數(shù)，就能實現(xiàn)大約毫秒級的延時。4.2 1820初始化程序18b20的復(fù)位時序圖如圖4.1所示。 單片機io口必須要維持400960us的低電平，以顯示單片機現(xiàn)在接管總線，然后釋放總線至少15us（即給單片機IO口給高電平），此后，18b20會拉低總線約200us，并釋放總線， 此時代表ds18b20復(fù)位成功。按照對應(yīng)時序用軟件給單片機IO口賦值即可。圖4.1 18b20復(fù)位時序圖4.3對18B20 寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)18b20寫操作時，先必須保證總線是高電平。寫 0 時，拉低總線至少 60us，ds

11、18b20 會在 1560us 完成讀入 0。然后釋放總線至少1us，完成一次寫 1 操作。寫 1 時，也是先拉低總線，然后必須在 15us 之內(nèi)拉高總線超過 60us，在 15us 之后 ds18b20會完成讀入 1。如此就完成了一次寫 1 抄作。 將一字節(jié)數(shù)據(jù)的低位先寫入，完成一次字節(jié)的寫入。讀出時也是先讀出的是低位數(shù)據(jù)。4.4 1602的操作程1602操作指令如下：讀狀態(tài)：輸入：RS=L,RW=H,E=H 輸出：D0-D7=狀態(tài)字寫指令：輸入：RS=L,RW=L,D0-D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：無讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H,RW=H,E=H 輸出：D0-D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù): 輸入：RS=

12、H,RW=L,D0-D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無這使得1602顯示字符的程序流程圖如圖4.2所示。開始忙檢測不忙信號不忙設(shè)置顯示模式等寫指令，給出字符的ram地址寫出數(shù)據(jù)庫，給出字符的ASCII碼圖4.2 1602顯示字符流程圖先寫指令 55H,判斷 1602 是否忙。寫指令 38H 設(shè)置顯示模式，寫指令 06H，0CH 設(shè)置光標及數(shù)據(jù)地址指針移動方向?？偟姆椒ň褪?，在數(shù)據(jù)地址指針指向的 RAM 內(nèi)寫字符的ASCII 碼，該地址對應(yīng)的 lcd 塊就會顯示相應(yīng)的字符。數(shù)據(jù)地址映射圖如圖 4.3。圖4.3 1602數(shù)字地址映射圖4.5 溫度測算及轉(zhuǎn)換程序DS18B20 的在完成溫度測量之后會發(fā)

13、送 11 位 2 進制數(shù)，以表征溫度的絕對值前 5位為溫度的符號位，見圖 4.4 所示。圖4.4 DS18B20溫度輸出軟件的思路為，先將 2 個八位數(shù)據(jù)存在一個無符號整形的變量中，再將 2 個八位數(shù)據(jù) 拼接在一起存放在一個有符號的 16 位整形變量中。然后將其后 4 位分離出來，這是小數(shù) 部分。前 12 位要判斷最高 5 位是否為 1。若為 1，代表為溫度為負值，如此低 7 位就是反碼，取反再加 1 求得溫度的絕對值；若為 0，代表溫度是正值，讀出低 7 位的值就是溫度 的絕對值。如此一來就得出了攝氏溫度值。華氏溫度攝氏溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系式：華氏度 = 32 + 攝氏度 ×1.85仿真與

14、性能分析5.1系統(tǒng)仿真過程1.利用 protues 平臺做仿真。2.搭建如圖 5.1 所示電路，配置電源端子為設(shè)計值，運行。3.通過圖上每個 IO 口的顏色（紅色表示高電平，藍色表示低電平）判斷程序的執(zhí)行是否符合預(yù)期。4.調(diào)整 DS18B20 上面的溫度按鈕，看看溫度顯示能否跟隨 DS18B20 處溫度變化而變化。圖5.1 系統(tǒng)仿真圖5.2系統(tǒng)性能分析當系統(tǒng)上電后，LCD大約1s后顯示DS18B20所設(shè)溫度,并保持恒定不會變化，如圖5.2所示。當按下切換按鈕后，LCD上排即對此時溫度進行換算，顯示當前攝氏溫度所對應(yīng)的華氏溫度。調(diào)整DS18B20溫度后，LCD溫度隨即更改，再次按下切換按鈕，即可

15、顯示當前新溫度所對應(yīng)的華氏溫度，如圖5.3所示。如果將切換按鈕處于長期閉合狀態(tài)，則可以同時顯示攝氏溫度及華氏溫度，當調(diào)節(jié)DS18B20溫度后，兩排溫度都會發(fā)生變化。圖5.2系統(tǒng)仿真結(jié)果圖5.3系統(tǒng)仿真圖6小結(jié)與展望這次單片機課程設(shè)計我受益良多，不僅學會了兩款軟件：Keil uVision 和Proteus的使用方法，也學習到了許多硬件電路設(shè)計的基本準則和軟件編制的好習慣。為了達到設(shè)計功能要求，我接觸了自己以前從沒接觸過的DS18B20溫度傳感器和LCD1602液晶芯片，雖然在有限的設(shè)計時間內(nèi)沒有把這兩個芯片的應(yīng)用原理研究透徹，但可以實現(xiàn)基本的應(yīng)用編程。設(shè)計的這幾天時間里，我閱讀了單片機電路設(shè)計

16、與仿真的相關(guān)資料，雖然是特別枯燥的，但收獲到了新知識是值得高興的，比如了解了溫度傳感器 DS18B20 的功能，如何編寫單片機AT89C51的程序來實現(xiàn)數(shù)碼管直接顯示環(huán)境溫度等等知識，與此同時還鞏固了以前學過的知識。最值得一說的收獲我覺得還是通過課程設(shè)計我能利用硬件和軟件的結(jié)合，完成一個產(chǎn)品的設(shè)計和制作！在這個課程設(shè)計完成的過程中，我感覺是對單片機課程的重溫以及相關(guān)知識的拓展，讓我知道如何有計劃、有條理地去完成一項任務(wù)。同時，讓我覺得自己所掌握的只是其實是很少量的，完全談不上專業(yè)人才。這對自己大學有限的未來的發(fā)展是一個啟發(fā)。我做的這個溫度傳感器設(shè)計并不是最佳的，還有很多功能等待去完善和開發(fā)，比

17、如如何提高溫度測量的范圍，如何設(shè)置溫度警告等等。參考文獻：1李全利.單片機原理及接口技術(shù)M.2版.北京：高等教育出版社,2009.2楊居義.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)M.北京：清華大學出版社,2009.3閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.3版.北京：電子工業(yè)出版社,2009.4馬忠梅，劉濱.單片機 C 語言 Windows 環(huán)境編程寶典M.北京:北京航空航天大學出版社，2003.5歐陽文.ATMEL89系列單片機的原理與開發(fā)實踐M.北京：中國電力大學出版社，2006.6楊欣，王玉鳳，劉湘黔，張延強.51單片機應(yīng)用從零開始M.北京：清華大學出版社，2008.附錄1 元件清單如表1所示。表1 數(shù)字式溫度計設(shè)計元件

18、清單元件名規(guī)格標號數(shù)目單片機AT89C511電阻10kR2,R3,R43電容20pFC1,C22電容47uFC31電位計RP11傳感器DS18B201顯示屏LM016LLCD1按鈕2附錄2 系統(tǒng)程序#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P32;sbit RS=P10;sbit RW=P11;sbit EN=P12;sbit sw0=P37;sbit led=P20;unsigned char code str1= "H: "unsigned cha

19、r code str2= "temp: "uchar data disdata5;uchar data disdata15;uchar data disdata25;uint tvalue, tvalueh;uchar tflag;void delay1ms(unsigned int ms) unsigned int i,j; for(i=0;i<ms;i+) for(j=0;j<100;j+);void wr_com(unsigned char com) delay1ms(1); RS=0; RW=0; EN=0; P0=com; delay1ms(1); E

20、N=1; delay1ms(1); EN=0;void wr_dat(unsigned char dat) delay1ms(1); RS=1; RW=0; EN=0; P0=dat; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0;void lcd_init()delay1ms(15); wr_com(0x38); delay1ms(5); wr_com(0x08);delay1ms(5); wr_com(0x01);delay1ms(5); wr_com(0x06);delay1ms(5); wr_com(0x0c);delay1ms(5);void displa

21、y(unsigned char *p) while(*p!='0') wr_dat(*p); p+; delay1ms(1); void init_play() lcd_init(); wr_com(0x80); display(str1); wr_com(0xc0); display(str2); void delay_18B20(unsigned int i) while(i-); void ds1820rst() unsigned char x=0; DQ = 1; delay_18B20(4); DQ = 0; delay_18B20(100); DQ = 1; del

22、ay_18B20(40); uchar ds1820rd() unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; dat>>=1; DQ = 1; if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata) unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata&g

23、t;>=1; read_temp() uchar a,b; ds1820rst(); ds1820wr(0xcc); ds1820wr(0x44); ds1820rst(); ds1820wr(0xcc); ds1820wr(0xbe); a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); tvalue=b; tvalue<<=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue<0x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1; tflag=1; tvalue=tvalue*(6.25); return(tvalue); /*/vo

24、id writebsg(uchar add,uchar date) uchar bai,shi,ge; bai=date/100; shi=date%100/10; ge=date%10; wr_com(0x80+add);wr_dat(0x30+bai);wr_dat(0x30+shi);wr_dat(0x30+ge); void ds1820disp() uchar flagdat; disdata0=tvalue/10000+0x30; disdata1=tvalue%10000/1000+0x30; disdata2=tvalue%1000/100+0x30; disdata3=tvalue%100/10+0x30; disdata4=tvalue%10+0x30; if(tflag=0) flagdat=0x20; else flagdat=0x2d; if(disdata0=0x30) disdata0=0x20; if(disdata1=0x30) disdata1=0x20; wr_com(0x80+0x40+8); wr_dat(flagdat); wr_com(0x80+0x40+9); wr_dat(disdata0); wr_com(0x80+0x40+10); wr_dat(disdata1); wr_com(0x80+0x40+1