基于AT89S52單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計黎奔騰

1、. . . . 鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院單片機課程設(shè)計選題名稱：基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計系 （院）：機械工程系（東院）專 業(yè)：機電一體化班 級：3092班姓 名：黎奔騰 指導(dǎo)老師：安紅戰(zhàn) 錄目1 項目設(shè)計綜述2 1.1項目設(shè)計概述.21.2項目設(shè)計要求.21.3項目程設(shè)計方案.22 系統(tǒng)設(shè)計.4 2.1 圖框設(shè)計方案.4 2.2DS18B20簡介.4 2.2.1單片機AT89S52簡介.43硬件設(shè)計.6 3.1電路圖原理.6 3.2DS18B20與單片機接口的設(shè)計.6 3.3顯示電路圖接口.7 3.4其他外圍電路.84 軟件設(shè)計.11 4.1 程序設(shè)計流程圖.11 4.2程序清單.12 5 系統(tǒng)

2、仿真與調(diào)試.17 5.1.硬件調(diào)試.17 5.2軟件調(diào)試 .17總結(jié).18參考文獻.191項目設(shè)計綜述1.1項目設(shè)計概述在生活和生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到一些測溫設(shè)備。但是傳統(tǒng)的測溫設(shè)備具有制作成本高、硬件電路和軟件設(shè)計復(fù)雜等缺點?；贏T89S52單片機的數(shù)字溫度計具有制作簡單、成本低、讀數(shù)方便、測溫圍廣和測溫準(zhǔn)確等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。1.2項目設(shè)計要求基于AT89S52單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計要求如下： 溫度值用4位LED數(shù)碼管顯示 測溫圍為30100，且測量誤差不得大于±0.5 成品的體積、質(zhì)量盡可能小。1.3項目設(shè)計方案大多單片機接口輸入的信號是數(shù)字信號，或有帶AD轉(zhuǎn)換的高端單片機也可

3、以輸入模擬信號。由單片機獲取非電信號的溫度信息，必須通過溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度測量雖多以熱敏電阻作為溫度傳感器。但是，熱敏電阻的可靠性較差、測量溫度精度較低，而且還需經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能由單片機進行處理。因此，使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20了簡化硬件設(shè)計、方便單片機讀取數(shù)據(jù)、節(jié)約成本。 2 系統(tǒng)設(shè)計2.1 圖框設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求分析，基于AT89S52單片機的數(shù)字溫度計由AT89S52單片機控制器、電源、顯示電路、溫度傳感器、復(fù)位電路和時鐘電路組成，系統(tǒng)圖框如圖21所示。電源給整個電路供電，顯示電路顯示溫度值，時鐘電路為AT89S52提供時鐘頻率。傳感器采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)

4、的一種智能溫度傳感器DS18B20，其測溫圍為-50125，最高分辨率可達0.0625，可完全符合設(shè)計要求。2.2DS18B20簡介本公司最新推出TS-18B20數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 1: 技術(shù)性能描述 1.1 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。 1.2 測溫圍 55+125，固有測溫分辨率0.5。 1.3 支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)

5、在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，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。 1.4 工作電源: 35V/DC 1.5 在使用中不需要任何外圍元件 1.6 測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送 1.7 不銹鋼保護管直徑 6 1.8 適用于DN1525, DN40DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 1.9 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選 1.10 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。 2：應(yīng)用圍 2.1 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 2.2 軸瓦，

6、缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 2.3 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以與中低溫干燥箱等。 2.5 供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制 2.3單片機AT89S52簡介AT89S52具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash 片程序儲存器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入輸出（I0）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片時鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為并通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式，暫停工作，而定時計數(shù)器，串行口

7、，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電式凍結(jié)振蕩器而保存的數(shù)據(jù)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有、和等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：·兼容Mcs51指令系統(tǒng) ·可反復(fù)擦寫（1000次）ISP Flash ROM·32個雙向IO口 ·4.55.5v工作電壓·3個16位可編程定時計數(shù)器 ·時鐘頻率033MHz·全雙工作UART穿行中斷口線·256bit部RAM·2個外部中斷源 ·低功耗空閑和省電模式·中斷喚醒省電模式 ·3級加密位 ·

8、看門狗（WDT）電路 ·軟件設(shè)置空閑和省電功能·靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 ·雙數(shù)據(jù)寄存器指針3硬件設(shè)計3.2 DS18B20與單片機接口的設(shè)計DS18B20最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)IO均由同條線來完成。DS18B20的電源供電方式有2種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時，VDD和GND均接地，他在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用，原理是當(dāng)1W ire總線的信號線DQ為高電平，竊取電信號能量給DS18B20供電，同時一部分能量雖給部電容充電，當(dāng)DQ為低電平時釋放能量為DS18B20供電。但寄生電源方式需要強上拉電

9、路，軟件控制變得復(fù)雜（特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM時），同時芯片的性能也有所降低。外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設(shè)計采用外部供電方式。如下圖所示：3.3顯示電路接口本設(shè)計顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管來顯示測量得到的溫度值。LED數(shù)碼管能在低電壓工作，而且體積小、重量輕、使用壽命長，因此本次設(shè)計選用此數(shù)碼管作為顯示器件。一個LED數(shù)碼管只能顯示一位的字符，如果字符位數(shù)不止一位，可以用幾個數(shù)碼管組成，但要控制多位的顯示電路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要

10、顯示的字符是什么，控制電路應(yīng)將字符的七段碼通過輸出口連接到LED的ag的引腳，是某些段點亮，某些段處于熄滅狀態(tài)。字位控制是指控制在多位顯示器中，哪幾位發(fā)光或那幾位不發(fā)光，字位控制則需要通過字位碼作用于LED數(shù)碼管的公共引腳，是某一位或某幾位的數(shù)碼管可以發(fā)光。數(shù)碼光顯示電路分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示方式時指每一個數(shù)碼管的字段控制是獨立的，每一個數(shù)碼管都需要配置一個8位輸出口來輸出該字位的七段碼。應(yīng)此需要顯示多位時需要多個輸出口，通常片并口不夠用，需要在片外擴展。動態(tài)顯示又稱為掃描顯示方式，也就是在某一時刻只能讓一個字位處于選通狀態(tài)，其他字位一律斷開，同時在字段線上發(fā)出該位要顯示的字段碼，

11、這樣在某一時刻某一位數(shù)碼管就會被點亮，并顯示出相應(yīng)的字符。下一刻該改變所顯示的字位和字段碼，點亮另一個數(shù)碼管，顯示另一個字符。繞后一次掃描輪流點亮其他數(shù)碼管，只要掃描速度快，利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，會使人感覺到幾位數(shù)碼管都在穩(wěn)定的顯示。本次試驗用74LSO4非門作驅(qū)動。如圖所示3.4其他外圍電路復(fù)位電路：在單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機部就執(zhí)行復(fù)位操作。實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上點瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平逐漸下降。只要RST引腳保

12、持兩個機器周期的高電平單片機就可以進行復(fù)位操作。本設(shè)計用的上電與接鍵均有效的復(fù)位。電路圖如下：時鐘電路：單片機的時鐘信號通常有兩種方式生產(chǎn)：一是部時鐘方式，二是外部時鐘方式。本設(shè)計采用部時鐘方式，在單片機部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2腳外接石英晶體（簡稱晶振），就構(gòu)成了自己震蕩器并在單片機部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容器的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF.j晶振CYS的振蕩頻率圍在1.212MHz和6MHz.本設(shè)計采用12MHz晶振，電容值為30pF。在電路總體設(shè)計中，先從片程序儲存器取指還是從部程序儲存器取指的選擇信號。當(dāng)EAVpp接高電平時

13、，先從片程序存儲器讀取指令，讀完4KB后，自動改為片外取指。 若EAVpp接低電平，則所有指令均從片外程序存儲器讀取。ALE腳用于輸出允許地址所存信號。PSEN腳用于外部程序存儲器選通信號，在對外部程序存儲器取指操作時此引腳置低電平有效。在執(zhí)行片程序存儲器取指時PESN腳無效。本設(shè)計無片外程序儲存區(qū)擴展，所以將EAVpp接高電平，ALE與PSEN腳懸空。4軟件設(shè)計4.1程序設(shè)計流程圖主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示。讀出并處理DS18B20測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量值每1s進行一次。這樣可以在1s之測量一被測溫度，其程序流程如圖4-1所示讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀

14、出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫，其流程圖如圖42所示。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。計算溫度子程序RAM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當(dāng)最高顯示位0時將符號顯示位移入下一位。4.2程序清單#include "reg51.h"#include "intrins.h" /延時函數(shù)用#define Disdata P1 /段碼輸出口#define

15、 discan P3 /掃描口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P37; /溫度輸入口sbit DIN=P17; /LED小數(shù)點控制uint h;uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;/溫度小數(shù)部分用查表法uchar code dis_712=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,

16、0xbf;/* 共陽LED段碼表 "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-" */ uchar code scan_con4=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; / 列掃描控制字uchar data temp_data2=0x00,0x00; / 讀出溫度暫放uchar data display5=

17、0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/顯示單元數(shù)據(jù),共4個數(shù)據(jù),一個運算暫存用void delay(uint t)/11微秒延時函數(shù)for(;t>0;t-);scan()/顯示掃描函數(shù)char k; for(k=0;k<4;k+) /四位LED掃描控制 Disdata=dis_7displayk; if(k=1)DIN=0; discan=scan_conk;delay(90);discan=0x00; ow_reset(void)/18B20復(fù)位函數(shù)char presence=1;while(presence)while(presence) DQ=1;_nop_()

18、;_nop_();DQ=0; delay(50); / 550usDQ=1; delay(6); / 66uspresence=DQ; / presence=0繼續(xù)下一步 delay(45); /延時500uspresence = DQ;DQ=1; void write_byte(uchar val)/18B20寫命令函數(shù)uchar i;for (i=8; i>0; i-) /DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usDQ = val&0x01; /最低位移出delay(6);

19、 /66usval=val/2; /右移一位DQ = 1;delay(1); uchar read_byte(void)/從總線上讀取一個字節(jié)uchar i;uchar value = 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_(); /4us if(DQ)value|=0x80;delay(6); /66usDQ=1;return(value);read_t

20、emp()/讀出溫度函數(shù)ow_reset(); /總線復(fù)位write_byte(0xCC); / 發(fā)Skip ROM命令write_byte(0xBE); / 發(fā)讀命令temp_data0=read_byte(); /溫度低8位temp_data1=read_byte(); /溫度高8位ow_reset();write_byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉(zhuǎn)換命令work_temp()/溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)uchar n=0; /if(temp_data1>127) temp_data1=(256-temp_data1);temp_data0

21、=(256-temp_data0);n=1;/負溫度求補碼display4=temp_data0&0x0f;display0=ditabdisplay4;display4=(temp_data0&0xf0)>>4)|(temp_data1&0x0f)<<4);/display3=display4/100;display1=display4%100;display2=display1/10;display1=display1%10;if(!display3)display3=0x0A;if(!display2)display2=0x0A;/最高位為

22、0時都不顯示if(n)display3=0x0B;/負溫度時最高位顯示"-"main()/主函數(shù)Disdata=0xff; /初始化端口discan=0xff;for(h=0;h<4;h+)displayh=8;/開機顯示8888ow_reset(); / 開機先轉(zhuǎn)換一次write_byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉(zhuǎn)換命令for(h=0;h<500;h+) scan(); /開機顯示"8888"2秒while(1) read_temp(); /讀出18B20溫度數(shù)據(jù) work_temp()

23、; /處理溫度數(shù)據(jù) for(h=0;h<500;h+) scan(); /顯示溫度值2秒 5系統(tǒng)設(shè)計仿真與調(diào)試5.1硬件調(diào)試先排除硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障，一般原則先靜態(tài)后動態(tài)。利用萬用表或測試儀器，檢查電路中的各器件與引腳是否連接正確，是否有短路故障。先要將單片機AT89S52芯片取下，對電路板進行通電檢查，通過觀察看是否有異常，然后用萬用表測試個電源電壓，若這些都沒問題，則接上仿真機進行聯(lián)機調(diào)試觀察各接線口線路是否正常。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試是利用仿真工具進行再線仿真調(diào)試，我們用KELL軟件調(diào)試，處發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤外，還可以發(fā)現(xiàn)硬件上的問題。總結(jié)經(jīng)過將近兩周的單片機課程設(shè)計，終于完成了我的數(shù)字溫度計的設(shè)計，雖然沒有完全達到設(shè)計要求，但從心底說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計把實物都做了出來，高興之余不得不深思?。≡诒敬卧O(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做