基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計課程設(shè)計

1、精選文檔河南理工大學(xué)單片機(jī)應(yīng)用與仿真訓(xùn)練設(shè)計報告基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計姓 名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)老師： 所在學(xué)院： 電氣工程與自動化系 2011年6月26日基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計摘要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)能夠獨(dú)立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續(xù)信號處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計相比，這里設(shè)計的數(shù)字溫度計具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點。選用AT89S52型單片機(jī)作為主控制器件，DSl8B20作為

2、測溫傳感器通過4位共陽極LED數(shù)碼管串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示。通過DSl8B20直接讀取被測溫度值，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該器件的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，線性度較好，在0100最大線性偏差小于0.1。該器件可直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號，便于單片機(jī)處理及控制。另外，該溫度計還能直接采用測溫器件測量溫度，從而簡化數(shù)據(jù)傳輸與處理過程。目錄1 概述 4 1.1課題名稱 4 1.2課題要求4 1.3設(shè)計的目的意義42 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 5 2.1單片機(jī)的選擇5 2.2溫度傳感器的介紹6 2.3溫度傳感器與單片機(jī)的連接8 2.4復(fù)位信號及外部復(fù)位電路8 2.5單片機(jī)與報警電路92.6顯示電路93 軟件設(shè)計 104

3、 Proteus軟件仿真 12 4.1 仿真圖 12 4.2仿真結(jié)果分析135 總結(jié)體會 14參考文獻(xiàn) 15附錄 1 程序源代碼 15附錄 2 系統(tǒng)原理圖231概述1.1課題名稱 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計的設(shè)計1.2課題要求 1）基本范圍-501102）精度誤差小于0.53）LED數(shù)碼直讀顯示4）可以設(shè)定溫度的上下限報警功能1.3設(shè)計目的和意義 溫度數(shù)我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中實時在接觸到的物理量，但是它是看不到的，僅憑感覺只能感覺到大概的溫度值，傳統(tǒng)的指針式的溫度計雖然能指示溫度，但是精度低，使用不夠方便，顯示不夠直觀，數(shù)字溫度計的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少度。數(shù)字溫度計采用

4、溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導(dǎo)體，熱敏電阻等），將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，一定的曲線關(guān)系等，這個電信號可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號再送給處理單元，如單片機(jī)或者PC機(jī)等，處理單元經(jīng)過內(nèi)部的軟件計算將這個數(shù)字信號和溫度聯(lián)系起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，如25.0攝氏度，然后通過顯示單元，如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計的基本測溫功能。數(shù)字溫度計根據(jù)使用的傳感器的不同，AD轉(zhuǎn)換電路，及處理單元的不同，它的精度，穩(wěn)定性，測溫

5、范圍等都有區(qū)別，這就要根據(jù)實際情況選擇符合規(guī)格的數(shù)字溫度計。數(shù)字溫度計有手持式，盤裝式，及醫(yī)用的小體積的等等。另外作為電氣工程及其自動化的學(xué)生，通過基于單片機(jī)數(shù)字溫度計的設(shè)計可以提高自己理論聯(lián)系實際的能力，可以更好的掌握所學(xué)的專業(yè)理論只是，也培養(yǎng)了自己的動手能力，同時，也培養(yǎng)了信息搜集能力和分析問題解決問題的能力 2系統(tǒng)總體設(shè)計方案及硬件設(shè)計作為對專業(yè)理論知識學(xué)習(xí)后的實踐環(huán)節(jié)，我選擇了自行設(shè)計基于AT89S52單片機(jī)的數(shù)字溫度計。設(shè)計原理框圖如,圖 1。圖 1 數(shù)字溫度計原理框圖2.1 單片機(jī)的選擇AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲

6、器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。Protues仿真軟件中用AT89C51代替AT89S52，單片機(jī)小系統(tǒng)的電路圖如圖2所示。圖2 單片機(jī)小系統(tǒng)電路 AT89S52主要性能1、與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；3、1000次擦寫周期； 4、全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz； 5、三級加密程序存儲器；6、32個可編程I/O

7、口線；7、三個16位定時器/計數(shù)器；8、六個中斷源；9、全雙工UART串行通道； 10、低功耗空閑和掉電模式；11、掉電后中斷可喚醒；12、看門狗定時器；13、雙數(shù)據(jù)指針；14、掉電標(biāo)識符 。2.2 溫度傳感器介紹DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為±0.5°C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EPROM中，掉電后依然保存。圖3 溫度傳感器引腳功能說明： NC ：空引腳，懸空不使用； VDD ：可選電源腳，電源電壓范圍35.5V。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DQ ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏極開路，常態(tài)下高電平

8、。 GND ：為電源地DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)

9、碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。 這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和

10、低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 該字節(jié)各位的意義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如表1所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置

11、為12位） 表1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間00993.750110187.510113751112750根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)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(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。2.3 溫度傳感器與單片機(jī)的連接DS18B20采用外部電源供電方式，在外部電源供

12、電方式下，DS18B20工作電源由VCC引腳接入，此時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，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，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。圖4 DS18B20接線2.4 復(fù)位信號及外部復(fù)位電路該復(fù)位信號高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩脈沖周期即兩個機(jī)器周期以上。若使用頻率為12 MHz的晶體振蕩器，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過2s才完成復(fù)位操作。 圖 5 復(fù)位電路2.5 單片機(jī)與報警電路報警電路分為兩部分，一部分是蜂鳴器聲音報警，另一部分

13、是發(fā)光二極管放光報警。具體情況如下：接通電源，兩個（紅色，黃色）發(fā)光二極管都不亮，當(dāng)溫度超過上線設(shè)定值（如38攝氏度）時，紅色二極管亮，同時蜂鳴器也報警；當(dāng)溫度低于下限設(shè)定值時（如5攝氏度）時，黃色二極管亮，同時蜂鳴器也開始報警。 圖6 蜂鳴器報警 圖7 發(fā)光二極管報警 2.6 顯示電路采用技術(shù)成熟的5461AS共陰4位數(shù)碼管 0.56英寸紅色。LED顯示分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。這里采用靜態(tài)顯示，系統(tǒng)通過單片機(jī)的串行口來實現(xiàn)靜態(tài)顯示。串行口為方式零狀態(tài)，即工作在移位寄存器方式，波特率為振蕩頻率的1/12。當(dāng)器件執(zhí)行任何一條將SBUF作為目的寄存器的命令時，數(shù)據(jù)便開始從RXD端發(fā)送。在寫信號有效

14、時，相隔一個機(jī)器周期后發(fā)送控制端SEND有效，即允許RXD發(fā)送數(shù)據(jù)，同時允許從TXD端輸出移位脈沖。圖8為顯示電路的連接圖。 圖 8 數(shù)碼顯示連接圖3 軟件設(shè)計DSl8820的主要數(shù)據(jù)元件有：64位激光Lasered ROM，溫度靈敏元件和非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。DSBl820可以從單總線獲取電源，當(dāng)信號線為高電平時，將能量貯存在內(nèi)部電容器中；當(dāng)單信號線為低電平時，將該電源斷開，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳?電容)電源為止。此外，還可外接5 V電源，給DSl8820供電。DSl8820的供電方式靈活，利用外接電源還可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。圖9為讀取數(shù)據(jù)流程圖。開始DS18B2

15、0的初始化啟動溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度寄存器跳過讀序列號的操作跳過讀序列號的操作DS18B20的初始化RETLOW-低八位 HIGH-高八位圖9 讀取數(shù)據(jù)的流程圖讀出溫度數(shù)據(jù)后，LOW的低四位為溫度的小數(shù)部分，可以精確到0.0625，LOW的高四位和HIGH的低四位為溫度的整數(shù)部分，HIGH的高四位全部為1表示負(fù)數(shù)，全為0表示正數(shù)。所以先將數(shù)據(jù)提取出來，分為三個部分：小數(shù)部分、整數(shù)部分和符號部分。小數(shù)部分進(jìn)行四舍五入處理：大于0.5的話，向個位進(jìn)1；小于0.5的時候，舍去不要。當(dāng)數(shù)據(jù)是個負(fù)數(shù)的時候，顯示之前要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將其整數(shù)部分取反加一。還因為DS18B20最低溫度只能為-55，所以可以將整數(shù)部

16、分的最高位換成一個“-”，表示為負(fù)數(shù)。圖10為溫度數(shù)據(jù)處理程序的流程圖。開始提取整數(shù)部分存入HT提取小數(shù)部分存入LTLT右移三位,將精度降低到0.5攝氏度HT+將小數(shù)部分整數(shù)化提取符號部分存入signLT是否大于5Sign=?0XF0RET負(fù)數(shù)表示flag=1 HT=HT+1YNNY圖10 溫度數(shù)據(jù)處理流程圖4 Proteus軟件仿真 仿真過程相當(dāng)順利，需要注意原件的選取，尤其是數(shù)碼管顯示塊的共陰、共陽，還有就是電阻的選取，太大太小都會影響實驗效果。在仿真中不存在焊接的問題，所以接線只要引腳接口正確就是沒問題的。另外就是程序的調(diào)試，相當(dāng)重要。4.1 仿真圖 圖 11 當(dāng)溫度為上下限之間時的仿真

17、情況圖 12 溫度在溫度下限設(shè)定值以下的仿真圖 圖 13 溫度在溫度上限設(shè)定值以上的仿真圖4.2仿真結(jié)果分析溫度在上下限設(shè)定值范圍內(nèi)是，放光二極管都是不亮的，當(dāng)實際溫度值，低于設(shè)定下限時，黃色放光二極管亮;當(dāng)實際溫度高于上限設(shè)定值時，紅色發(fā)光二極管亮。 原因，通過程序控制P1.0(紅色放光二極管) P1.1（黃色發(fā)光二極管），度在上下限設(shè)定值范圍內(nèi)是，P1.0,P1.1都是低電平，故發(fā)光二極管不會亮，當(dāng)實際溫度值，低于設(shè)定下限時，P1.0 為低電平P1.1為高電平，故黃色放光二極管亮;當(dāng)實際溫度高于上限設(shè)定值時，P1.0為高電平P1.1為低電平，故紅色發(fā)光二極管亮。5 總結(jié)與體會作為一名電氣工

18、程及其自動化大三學(xué)生，我覺得做單片機(jī)課程設(shè)計是很有意義的，而且也是必要的。在做這次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計資料了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，查閱這方面的實際資料是十分必要的，也是必不可少的。其次，在這次課程設(shè)計中，我們運(yùn)用了以前學(xué)過的專業(yè)課知識，如：proteus仿真、C語言、模擬和數(shù)字電路知識等。雖然過去我從未獨(dú)立應(yīng)用過他們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計的又一收獲。最后，要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖；在設(shè)計程序

19、時，不能妄想一次將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，這樣為資料的保留和交流提供了方便；在設(shè)計中遇到的問題要記錄，以免下次遇到同樣的問題。在這次的課程設(shè)計中，我真正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常寫與讀的過程中才能提高，這就是這次課程設(shè)計的最大收獲。參考文獻(xiàn)1單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù). 余發(fā)山，王福忠 徐州 中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2 微型計算機(jī)控制技術(shù) 王新 中國電力出版社3 模擬電子技術(shù) 艾永樂 中國電力出版社附錄 1 程序源代碼/*程序名稱：DS18B20溫度測量、報警系統(tǒng)簡

20、要說明：DS18B20溫度計，溫度測量范圍099.9攝氏度 可設(shè)置上限報警溫度、下限報警溫度 即高于上限值或者低于下限值時蜂鳴器報警 默認(rèn)上限報警溫度為38、默認(rèn)下限報警溫度為5 報警值可設(shè)置范圍：最低上限報警值等于當(dāng)前下限報警值 最高下限報警值等于當(dāng)前上限報警值 將下限報警值調(diào)為0時為關(guān)閉下限報警功能 */#include <AT89X52.h>#include "DS18B20.h" #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義#define SET P3_1 /定義調(diào)整鍵#define

21、DEC P3_2 /定義減少鍵#define ADD P3_3 /定義增加鍵#define BEEP P3_7 /定義蜂鳴器bit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit DIAN = P07; /小數(shù)點uchar x=0; /計數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志signed char shangxian=38; /上限報警溫度，默認(rèn)值為38signed char xiaxian=5; /下限報警溫度，默認(rèn)值為5uchar code LEDData=0

22、x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00;unsigned int ReadTemperature(void);/*延時子程序*/void Delay(uint num) while( -num );/*初始化定時器0*/void InitTimer(void) TMOD=0x1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; /50ms（晶振12M）/*定時器0中斷服務(wù)程序*/void timer0(void) interrupt 1 using 0 TH0=0x3c; TL0=0xb0; x+;/*外部中斷0服務(wù)程序*/void

23、int0(void) interrupt 0using 1 EX0=0; /關(guān)外部中斷0 if(DEC=0&&set_st=1) shangxian-; if(shangxian<xiaxian)shangxian=xiaxian; else if(DEC=0&&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian<0)xiaxian=0; /*外部中斷1服務(wù)程序*/void int1(void) interrupt 2 using 2 EX1=0; /關(guān)外部中斷1 if(ADD=0&&set_st=1) shangxian+

24、; if(shangxian>99)shangxian=99; else if(ADD=0&&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian; /*讀取溫度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=ReadTemperature()-5; /獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差 a=c/100; /計算得到十位數(shù)字 b=c/10-a*10; /計算得到個位數(shù)字 m=c/10; /計算得到整數(shù)位 n=c-a*100-b*10; /計算得到小數(shù)位 if(m<

25、;0)m=0;n=0; /設(shè)置溫度顯示上限 if(m>99)m=99;n=9; /設(shè)置溫度顯示上限 /*顯示開機(jī)初始化等待畫面*/Disp_init() P0 = 0x40; /顯示- P2 = 0xf7; Delay(200); P2 = 0xfb; Delay(200); P2 = 0xfd; Delay(200); P2 = 0xfe; Delay(200); P2 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/Disp_Temperature() /顯示溫度 P2 = 0xf7; P0 =0x39; /顯示C Delay(300); P2 = 0xfb; P0 =LEDData

26、n; /顯示個位 Delay(300); P2 = 0xfd; P0 =LEDDatam%10; /顯示十位 DIAN = 1; /顯示小數(shù)點 Delay(300); P2 = 0xfe; P0 =LEDDatam/10; /顯示百位 Delay(300); P2 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示報警溫度子程序*/Disp_alarm(uchar baojing)P2 = 0xf7; P0 =0x39; /顯示C Delay(200); P2 = 0xfb; P0 =LEDDatabaojing%10; /顯示十位 Delay(200); P2 = 0xfd; P0 =LEDDatabaojing/10; /顯示百位 Delay(200); P2 = 0xfe; if(set_st=1)P0 =0x76; else if(set_st=2)P0 =0x38; /上限H、下限L標(biāo)示 Delay(200); P2 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*報警子程序*/void Alarm() unsigned int i; for(i=0;i<200;i