單片機(jī)溫度采集顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱：微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目名稱：溫度采集顯示系統(tǒng)學(xué)生學(xué)院 專業(yè)班級(jí)學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 一、設(shè)計(jì)題目溫度采集系統(tǒng)二、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 功能要求：（1） 溫度測(cè)量范圍 0 - 99。（2） 溫度分辨率±1。（3） 選擇合適的溫度傳感器。（4） 使用鍵盤輸入溫度的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，溫度超出范圍時(shí)候報(bào)警。（報(bào)警溫度不 需要保存）要求完成的內(nèi)容：（1）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并用電子CAD軟件繪制出原理圖，（2）給出流程圖，編寫并調(diào)試程序。（3）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。三、原理電路圖和設(shè)計(jì)程序1、方案比較（1）、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)總體框架圖如圖1示，軟件流程圖如圖示該溫度控制系

2、統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分，結(jié)合實(shí)際情況，該系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：A、實(shí)時(shí)采集溫度；B、顯示溫度；C、串行傳送數(shù)據(jù)；D、控制外設(shè)；E、溫度超限報(bào)警； 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分主要由以下幾部分組成：A、單片機(jī)最小系統(tǒng)；B、溫度采集模塊；C、溫度顯示模塊；D、串行通信模塊；E、報(bào)警電路；圖2 軟件流程圖（2）、方案比較方案一 采用8031作為控制核心,以使用最為普遍的器件ADC0809作模數(shù)轉(zhuǎn)換,控制上使用對(duì)電阻絲加電使其升溫和開動(dòng)風(fēng)扇使其降溫。此方案簡(jiǎn)易可行,器件的價(jià)格便宜,但8031內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器,需要擴(kuò)展,增加了電路的復(fù)雜性,且ADC0809是8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換,不能滿足本題

3、目的精度要求。方案二 采用比較流行的AT89S51作為電路的控制核心, AT89S52不但與8051，8052 指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器采用FLASH 工藝，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。AT89S52 單片機(jī)還支持在線編程，用戶通過簡(jiǎn)單的電路連接就可以將電腦里的程序下載到單片機(jī)中，減少調(diào)試程序時(shí)不斷拆卸和插入給芯片帶來的損壞。此外AT89S52 單片機(jī)有8 KB的程序存儲(chǔ)器和256 B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，不需外部擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片，可以降低硬件電路的復(fù)雜度。此方案電路簡(jiǎn)單并且可以滿足題目中的各項(xiàng)要求的精度。綜上分析,我們采用方案二。仿真總體電路圖如圖3示 圖3 圖3（3）、單元電

4、路設(shè)計(jì)、單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心處理器，其負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)溫度傳感器DS18B20 工作、溫度顯示、控制外圍設(shè)備的工作以及與上位機(jī)進(jìn)行通信等工作。單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由兩塊組成，其一為晶振起振電路，其二為復(fù)位電路，在此，采用按鍵手動(dòng)復(fù)位，相對(duì)來講，這種復(fù)位方式更加方便，更加人性化，不必要切斷電源即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。AT89S51簡(jiǎn)介：AT89S52 是89 系列單片機(jī)的一種，它不但與8051，8052 指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器采用FLASH 工藝，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。AT89S52 單片機(jī)還支持在線編程，用戶通過簡(jiǎn)單的電路連接就可以將電腦里的程序下載到單片

5、機(jī)中，減少調(diào)試程序時(shí)不斷拆卸和插入給芯片帶來的損壞。此外AT89S52 單片機(jī)有8 KB的程序存儲(chǔ)器和256 B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，不需外部擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片，可以降低硬件電路的復(fù)雜度。、 溫度采集模塊設(shè)計(jì)溫度傳感器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，本系統(tǒng)選用的是美國(guó)Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20。本系統(tǒng)中DS18B20 的DQ 口與單片機(jī)的 P1.0 口連接，GND 接地，VDD 接電源，信號(hào)和5V 電源之間的接上一個(gè)上拉電阻R。DS18B20簡(jiǎn)介：DS18B20 有三個(gè)主要數(shù)字部件組成：64 位激光ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL 。DS18B20 支持“一

6、線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55°C+125°C，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16 位數(shù)字量方式串行輸出，在-10+85°C 范圍內(nèi)，精度為±0.5°C。DS18B20 采集到的現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。DS18B20 可程序設(shè)定912 位的分辨率，精度可達(dá)±0.5°C。DS18B20具有內(nèi)置的EEPROM，用戶設(shè)定的分辨率和報(bào)警溫度都可存儲(chǔ)在其中，且掉電后依然存在。CPU 只需一根端口線就能與DS18B2

7、0 進(jìn)行通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與前一代產(chǎn)品（DS1820 溫度傳感器）不同，DS18B20 支持3.0V 5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便，而且DS18B20 價(jià)格更便宜，體積更小。如圖J1所示，DS18B20 有三個(gè)管腳：3腳 GND 為電源地，2腳DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，1腳VDD 為外接供電電源接入端（用寄生電源方式時(shí)接地）。在外部電源供電方式下，DS18B20 工作電源由VDD 引腳接入，此時(shí)I/O 線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)理論上總線可以掛接任意多個(gè)DS18B20 傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。在外

8、部供電的方式下，DS18B20 的GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。 溫度顯示模塊設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，該溫度顯示模塊采用七段數(shù)碼管顯示電路，數(shù)碼管選用共陽(yáng)極數(shù)碼管，如圖U3示，以動(dòng)態(tài)方式顯示，顯示數(shù)據(jù)由P1口送出，位控信號(hào)由P2口送出，經(jīng)74LS244進(jìn)行信號(hào)放大，以產(chǎn)生足夠大的電流驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。流程圖如圖示： 串行通信模塊設(shè)計(jì)AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部含有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口，由TXD 引腳來傳送串行數(shù)據(jù)，而由RXD 引腳來接收數(shù)據(jù)。該接口具有UART(通用異步接收和發(fā)送器)的全部功能，它不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用，可

9、構(gòu)成雙機(jī)或者多機(jī)通信系統(tǒng)。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器報(bào)警電路，它由晶體管和蜂鳴器組成。當(dāng)溫度的測(cè)量值超出給定的上下限時(shí)，由單片機(jī)的P3.7 口輸出信號(hào)控制晶體管導(dǎo)通，則蜂鳴器報(bào)警。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 AT89S52 作為核心處理器件，把經(jīng)過DS18B20 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入AT89S52 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并送LED 數(shù)碼管顯示，并與溫度的設(shè)定值進(jìn)行比較，然后由單片機(jī)輸出控制信號(hào)去控制外部設(shè)備。進(jìn)行溫度控制程序的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮越限報(bào)警，當(dāng)采集到的溫度值與溫度的設(shè)置值進(jìn)行比較后，若發(fā)現(xiàn)當(dāng)前溫度值越限，則產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。與硬件電路相關(guān)聯(lián)，本溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)部

10、分：主程序，溫度上下限值設(shè)定子程序、溫度讀取子程序、溫度顯示子程序、串口通信子程序、輸出控制子程序和報(bào)警子程序等。其中溫度上下限值設(shè)定子程序完成對(duì)溫度范圍值的設(shè)定及數(shù)據(jù)保存；溫度讀取子程序完成對(duì)溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取，并通過溫度顯示子程序顯示溫度值；串口通信子程序?qū)⒉杉降臏囟葦?shù)據(jù)傳送到PC 機(jī)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；輸出控制子程序根據(jù)采集到的溫度數(shù)據(jù)完成對(duì)外部設(shè)備的控制；報(bào)警子程序則當(dāng)采集到的溫度數(shù)據(jù)超過設(shè)定的溫度上下限值時(shí)報(bào)警。整個(gè)運(yùn)行程序，見電子版下面是測(cè)溫程序段：sbit DQ = P33; / 定義DQ引腳為P3.3/* 延時(shí)函數(shù) * 功能：在11.059MHz的晶振條件下調(diào)用本函數(shù)需要24

11、s ，然后每次計(jì)數(shù)需16s */void DS18_delay(int useconds) int s;for (s=0; s<useconds;s+);/* 復(fù)位函數(shù) * 功能：完成單總線的復(fù)位操作。* 復(fù)位時(shí)間為480s，因此延時(shí)時(shí)間為(480-24)/16 = 28.5，取29s。* 經(jīng)過70s之后檢測(cè)存在脈沖，因此延時(shí)時(shí)間為(70-24)/16 = 2.875，取3s。*/unsigned char ow_reset(void) unsigned char presence;DQ = 0; / 將 DQ 線拉低DS18_delay(29); / 保持 480sDQ = 1; /

12、DQ返回高電平DS18_delay(3); / 等待存在脈沖presence = DQ; / 獲得存在信號(hào)DS18_delay(25); / 等待時(shí)間隙結(jié)束return(presence); / 返回存在信號(hào)，0 = 器件存在, 1 = 無器件/* 位寫入函數(shù) * 功能：向單總線寫入1位值：bitval*/void write_bit(char bitval) DQ = 0; / 將DQ 拉低開始寫時(shí)間隙if(bitval=1) DQ =1; / 如果寫1，DQ 返回高電平DS18_delay(5); / 在時(shí)間隙內(nèi)保持電平值，DQ = 1; / DS18_delay函數(shù)每次循環(huán)延時(shí)16s，因

13、此DS18_delay(5) = 104s/* 字節(jié)寫入函數(shù) * 功能：向單總線寫入一個(gè)字節(jié)值：val*/void ds18write_byte(char val) unsigned char i;unsigned char temp;for (i=0; i<8; i+) / 寫入字節(jié), 每次寫入一位 temp = val>>i; temp &= 0x01; write_bit(temp); DS18_delay(5);/* 位讀取函數(shù) * 功能：從單總線上讀取一位信號(hào)，所需延時(shí)時(shí)間為15s，因此無法調(diào)用前面定義* 的DS18_delay()函數(shù)，而采用一個(gè)for()

14、循環(huán)來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。* */unsigned char read_bit(void) unsigned char i;DQ = 0; /將DQ 拉低開始讀時(shí)間隙DQ = 1; / then return highfor (i=0; i<3; i+); / 延時(shí)15sreturn(DQ); / 返回 DQ 線上的電平值/* 字節(jié)讀取函數(shù) * 功能：從單總線讀取一個(gè)字節(jié)的值*/unsigned char DSread_byte(void) unsigned char i;unsigned char value = 0;for (i=0;i<8;i+) / 讀取字節(jié)，每次讀取一個(gè)字節(jié)if(r

15、ead_bit() value|=0x01<<i; / 然后將其左移DS18_delay(6); return(value);/* 讀取溫度函數(shù) * 功能：如果單總線節(jié)點(diǎn)上只有一個(gè)器件則可以直接掉用本函數(shù)。如果節(jié)點(diǎn)上有多個(gè)器* 件，為了避免數(shù)據(jù)沖突，應(yīng)使用Match ROM函數(shù)來選中特定器件。* 注： 本函數(shù)是根據(jù)DS1820的溫度數(shù)據(jù)格式編寫的，若用于DS18B20，必須根據(jù)* DS18B20的溫度數(shù)據(jù)格式作適當(dāng)修改。*/unsigned int ReadTemperature(void) unsigned char get10;unsigned char temp_lsb,te

16、mp_msb;unsigned int t;unsigned char k;ow_reset();ds18write_byte(0xCC); / 跳過 ROMds18write_byte(0x44); / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換DS18_delay(5);ow_reset();ds18write_byte(0xCC); / 跳過 ROMds18write_byte(0xBE); / 讀暫存器for (k=0;k<2;k+)getk=DSread_byte();temp_msb = get1; / Sign byte + lsbittemp_lsb = get0; / Temp data plus

17、lsbt=temp_msb*256+temp_lsb;t=t&0x0ff0;if(t<0xff&&t>0xf0)t=(-1)*t;return t>>4;/temp_f = (int)temp_c)* 9)/5 + 32; / 輸出華氏溫度值、軟件清單四、 電路仿真使用protel 99se 仿真軟件仿真，優(yōu)點(diǎn)在于此軟件為這學(xué)期剛剛學(xué)的一款電子電路軟件，使用起來比較熟悉和順手，且不用花過多的時(shí)間在軟件學(xué)習(xí)，缺點(diǎn)在于，此仿真軟件對(duì)于單片機(jī)類實(shí)例進(jìn)行不了仿真，也就相當(dāng)于沒有仿真數(shù)據(jù)，這樣會(huì)容易出錯(cuò)，但是AT89S52剛剛好能夠彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，所以還是選

18、擇用protel 99se來做仿真實(shí)驗(yàn)。電路原理圖如下圖示：電路版的預(yù)覽圖如下圖示： PCB打印預(yù)覽圖該設(shè)計(jì)的pcb圖見附圖：完整的PCB圖五、 總結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多很多新的知識(shí)，同時(shí)，也加深了對(duì)舊知識(shí)的了解和認(rèn)知。不管是從動(dòng)手能力還是理論學(xué)習(xí)上講，這次課程設(shè)計(jì)都讓我有了一定的提高。首先是對(duì)單片機(jī)芯片AT89S52的學(xué)習(xí)，之前我們學(xué)的89C51系列的，前者對(duì)于后者來講，比較先進(jìn)和高級(jí)，而且更加貼近于我們的生活。鑒于自己對(duì)AT89S52的一點(diǎn)認(rèn)識(shí)也沒有，所以一切只能從頭開始學(xué)起，從到圖書館找資料到網(wǎng)上查找，從一個(gè)人奮戰(zhàn)到找同學(xué)幫助，一點(diǎn)一滴地，從無到有，在不斷的努力之下，我終于也了

19、解到一點(diǎn)點(diǎn)AT89S52單片機(jī)芯片的工作原理和功能了接著便是DS18B20溫度傳感器的學(xué)習(xí)，AT89S52單片機(jī)芯片還可以從89C53系列找相似之處，但DS18B20就完全沒有了，不過，還好，現(xiàn)代DS18B20的應(yīng)用技術(shù)也比較普遍和熟練，所以能找得到比較多的資料區(qū)了解和學(xué)習(xí)。一門比較成熟的技術(shù)要掌握起來是比較容易的，只要你有耐心和恒心去學(xué)習(xí)。有了初步的構(gòu)思之后，就要開始著手仿真實(shí)驗(yàn)了，雖然protel 99se軟件進(jìn)行不了單片機(jī)芯片的仿真實(shí)驗(yàn)，拿不到確切的仿真數(shù)據(jù)，但是使用protel 99se軟件卻也是這次課程設(shè)計(jì)中必不可少的步驟，因?yàn)槭褂胮rotel 99se軟件可以設(shè)計(jì)此次課程設(shè)計(jì)的pcb電路圖，這樣就可以制作pcb感光板。使用感光板來做此次實(shí)驗(yàn)，能大大地減少花費(fèi)的時(shí)間和精力。但是制作感光板的過程也是一個(gè)挑戰(zhàn)，它講究的是耐心和技術(shù)，一不小心，之前所做的功夫就很有可能被白白的浪費(fèi)掉。而且，通過此次制作感光板，我也大大地感受到高新技術(shù)的作用，