單片機課程設(shè)計報告-溫度采集系統(tǒng)x

1、-學(xué)院?單片機原理與應(yīng)用?課程設(shè)計班級：2021級通信工程姓名：xxx 學(xué)號：11111111成績：教師：溫度采集系統(tǒng)【摘要】本文介紹了一個基于單片機的、能夠顯示時鐘和溫度的系統(tǒng)，他能顯示實時溫度，并在低于下限溫度和高于上限溫度時蜂鳴器發(fā)出報警，還能顯示24小時制的實時時鐘，并且可對時、分、秒進行調(diào)整。MCU采用基于51內(nèi)核的STC89C52RC單片機，溫度傳感器采用單總線的、數(shù)字式的DS18B20；時鐘由MCU內(nèi)部的高精度定時器產(chǎn)生，并將結(jié)果顯示在LCD1602液晶屏上。本設(shè)計還包含EEPROM芯片AT24C02用來存儲需要保存的數(shù)據(jù)；以及5個按鍵，可以對溫度的閾值和時間進行調(diào)整，為節(jié)約資源

2、降低本錢，每個按鍵均有復(fù)用功能?！娟P(guān)鍵字】：單片機； DS18B20； 實時溫度； LCD1602； 上下限閾值目錄第一章 設(shè)計要求與設(shè)計任務(wù)1設(shè)計內(nèi)容及功能要求1設(shè)計任務(wù)1第二章 主要功能及工作流程2系統(tǒng)主要功能2系統(tǒng)的工作流程2主界面2調(diào)整溫度閾值界面3歷史溫度查看界面4第三章 硬件電路原理描述5硬件電路原理圖5電路原理說明6MCU最小系統(tǒng)6溫度采集7界面顯示7I2C串行E2PROM7人機交互7編程接口7電源電路7第四章 軟件設(shè)計流程及描述8軟件設(shè)計思路 8軟件設(shè)計流程8心得體會10參考文獻11第一章 設(shè)計內(nèi)容及功能要求設(shè)計功能要求利用STC89C52、DS18B20、LCD1602、AT

3、24C02等芯片/元器件設(shè)計一個數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)具有以下功能：根本功能要求能實時采集溫度，顯示在1602上；能實時顯示時鐘，在1602上；按鍵1按下，將當(dāng)前的溫度值保存到AT24C02按鍵2按下，可逐個顯示之前采集到的溫度值；當(dāng)溫度超過設(shè)定值，那么蜂鳴器報警。擴展功能：自行設(shè)定，如按鍵調(diào)整溫度報警閾值、調(diào)整時間等設(shè)計任務(wù)根據(jù)設(shè)計內(nèi)容與要求，查找資料，進行硬件設(shè)計，包括原理圖的設(shè)計和PCB的繪制，元器件的焊接。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容與要求，弄清系統(tǒng)及各個模塊的工作流程，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括系統(tǒng)主程序、溫度讀取子程序、LCD顯示子程序、存儲子程序等，可使用匯編語言或是C語言編寫，建議使用C語言編

4、寫。建議首先使用Proteus進行仿真和調(diào)試，在仿真通過后，再程序下載到單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，最終使得系統(tǒng)在脫機情況下，能穩(wěn)定可靠地工作。編寫課程設(shè)計報告。第二章 主要功能及工作流程系統(tǒng)主要功能本設(shè)計采用STC89S52RC作為主控器，負責(zé)控制整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)的輸入輸出。包含1個LCD1602顯示屏，在主界面顯示實時溫度和實時時鐘，溫度通過MCU模擬單總線時序從DS18B20讀取經(jīng)過數(shù)字化的溫度，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后以2位整數(shù)和1位小數(shù)的形式呈現(xiàn)出來；實時時鐘由定時器產(chǎn)生精準(zhǔn)穩(wěn)定的計數(shù)脈沖，在顯示屏上顯示24小時制的時、分、秒。為了能夠更好的檢測溫度的變化，系統(tǒng)設(shè)置了兩個溫度閾值，同時配備了一個有源蜂鳴

5、器，當(dāng)?shù)陀谙孪揲撝禃r蜂鳴器將發(fā)出間歇的蜂鳴聲，當(dāng)超過上限溫度閾值時將發(fā)出持續(xù)的蜂鳴聲。同時系統(tǒng)帶有一塊2kbit的EEPROM芯片AT24C02，可以保存這兩個閾值，系統(tǒng)每次上電時從芯片讀取閾值，使系統(tǒng)的可用性更佳。系統(tǒng)還包含5個按鍵，通過操作按鍵可以方便的調(diào)整溫度上下限閾值和校準(zhǔn)時鐘，以及將需要保存的溫度保存在AT24C02中和讀取保存的歷史溫度。系統(tǒng)的工作流程在接受各種流程之前先介紹一下按鍵，系統(tǒng)掛載有5個按鍵，分上、下、左、右、和設(shè)置/退出鍵，布局如右。由于LCD1602只能顯示2行，每行顯示16個字符，因此同時顯示的內(nèi)容有限，所以依據(jù)不同功能分成3個屏幕內(nèi)容顯示分開，分別如下：主界面該

6、界面顯示實時溫度和時間，按固定時間刷新屏幕內(nèi)容，其顯示效果如下同時可以在該界面調(diào)整時鐘，通過按下“設(shè)置/退出鍵即可進入，此時光標(biāo)將開啟，通過按下“左、“右鍵可以選擇對時、分、秒中的某一項進行調(diào)整，默認是選擇上一次操作過的項，通過按下“上、“下鍵對選中的項加或者減，長按將持續(xù)累加或者減小。按下“設(shè)置/退出鍵將進入下一個界面。操作效果如下：調(diào)整溫度閾值界面由于在不同場合下對溫度的感知范圍不同，所以需要對溫度閾值做調(diào)整。本系統(tǒng)基于這一點在做軟件設(shè)計是參加了溫度閾值調(diào)整的功能，溫度閾值分為上限閾值和下限閾值，溫度過低或者過高都將報警，以提醒用戶。該界面進入方法為：在主界面下按兩下“設(shè)置/退出鍵，或者在

7、上述的時間調(diào)整時再次按下“設(shè)置/退出鍵。在該界面下，將顯示之前保存的兩個閾值，通過按下左、右鍵可以選擇對上限或者下限進行調(diào)整，通過按下上、下鍵對選中的項加或者減，長按將持續(xù)累加或者減小。但是這里對數(shù)據(jù)的合理性做了一些標(biāo)準(zhǔn)，即溫度下限閾值增加到比上限小一時將不再增加，同樣上限閾值減小到比下限大一時將不再減小。按下“設(shè)置/退出鍵退出該界面，同時將設(shè)置好的閾值將寫入EEPROM中，保證系統(tǒng)掉電后不會重置該值。該界面效果如下歷史溫度查看界面我想首先介紹一下溫度保存的過程，在主界面下，通過按“上鍵可以將此刻的溫度保存到EEPROM中，一共只保存近三次的數(shù)據(jù)。保存成功后屏幕右上角將顯示字符“S以提示保存成

8、功，下次刷新屏幕時會將其去除。其顯示時間較短，不容易捕獲，所以在此不展示效果圖?，F(xiàn)在介紹一下該界面的進入方式，在主界面下通過按下“下鍵即可進入該界面，默認顯示第一次保存的溫度數(shù)據(jù)，通過“左、“右鍵可以切換前一次或者后一次保存的數(shù)據(jù)，同時程序從EEPROM中讀取對應(yīng)的數(shù)據(jù)進行顯示。第一行顯示當(dāng)前的顯示是第幾次保存的溫度數(shù)據(jù)，第二行顯示溫度數(shù)據(jù)。再次按下“下鍵可以退回到主界面。效果如下第三章 硬件電路原理描述硬件電路原理圖 電路原理說明本設(shè)計采用的控制器STC89C52RC是我國宏晶科技STC生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。其內(nèi)部包含8k的FLASH和512B的RAM。STC89C5

9、2RC采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，完全兼容MCS-51的指令集。但又具備傳統(tǒng)51單片機所不具備的功能。STC89C52RC可使用串口在系統(tǒng)編程ISP，是得硬件設(shè)計得以到達簡化。同時搭配適宜的外圍構(gòu)成一個完整的溫度采集系統(tǒng)。MCU最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)采用經(jīng)典的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，保證MCU溫度可靠的運行。晶振頻率為，以使得處理器可以獲得精準(zhǔn)的波特率，方便系統(tǒng)的調(diào)試。同時P1口接有8個LED，在系統(tǒng)運行間隙，改變點亮數(shù)量和位置，可以形成跑馬燈，一方面獲得較好的欣賞性，另外一方面可以監(jiān)測系統(tǒng)是否正常運行。溫度采集溫度采集采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出支持“一線總線接口的溫度傳感器DS18B20，它具

10、有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、 易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號處理器處理。測量范圍為-25+125，測量誤差為0。5?？沙绦蚩刂普{(diào)整分辨率912位，可實現(xiàn)較高的測量精度。DS18B20采用單總線與控制器相連，采用開漏輸出，因此要接上拉電阻以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。界面顯示人機界面采用字符液晶LCD1602，可以顯示16*2個字符。內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，我們常用的數(shù)字和英文字符其代碼與ASCII碼一致，所以在傳送數(shù)據(jù)時可以直接傳送字

11、符，不需要查找對應(yīng)的代碼。I2C串行E2PROME2PROM用來存儲溫度上下限等需要掉電保持的數(shù)據(jù)，本設(shè)計采用的E2PROM是Ateml公司的2KB的電可擦除存儲芯片。該芯片采用兩線串行的I2C總線和單片機通信，電壓最低可以到，額定電流為1mA，靜態(tài)電流10uA(5.5V)，芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)可以在斷電的情況下保存40年以上。由于MCU沒有帶I2C的硬件控制器，所以需要利用I/O口模擬，因為I2C是雙向通信的總線，因此需要接上拉電阻，典型值為10K。人機交互為了讓使用者更好的操作該系統(tǒng)，所以給系統(tǒng)設(shè)計了5個按鍵，為使用者提供了良好的人機交互平臺。另外蜂鳴器可以讓用戶更直觀和方便的感知處理結(jié)果。編程接

12、口為了系統(tǒng)在開發(fā)期間可以方便的進行調(diào)試與修改，基于MAX232設(shè)計了RS-232轉(zhuǎn)TTL的串口轉(zhuǎn)換電路，可以方便的通過ISP程序為系統(tǒng)編程。另外也留了4針的串口接口，可以方便使用筆記本的開發(fā)者利用USB轉(zhuǎn)串口的下載器為系統(tǒng)編程，極大的提高了系統(tǒng)的靈活性。電源電路電源接口采用DC-005型直流電源插座，供電電壓為5V10%。為防止供電用的適配器電壓參數(shù)的分散性，致使器件因過壓而損壞。因此硬件設(shè)計時為系統(tǒng)加了LDO，以保證供電電壓偏高時不會損壞電路，然而在可以確保供電電壓為標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓時可以去掉LDO，并將LDO的輸入輸出焊盤短接。第四章 軟件設(shè)計流程及描述軟件設(shè)計思路由于本次設(shè)計的外圍較多，任

13、務(wù)量偏大，雖然采用以往的大循環(huán)式的編程結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)整個功能。但是在這里使用這種軟件結(jié)構(gòu)將使軟件的設(shè)計難度提高，開發(fā)周期同時不便調(diào)試和功能擴展。所以本設(shè)計采用狀態(tài)機式的軟件結(jié)構(gòu)。所謂狀態(tài)機就是將系統(tǒng)功能分成多個任務(wù)，根據(jù)不同觸發(fā)條件來執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。在本設(shè)計中的任務(wù)可大致分為溫度讀取、刷新顯示、溫度保存、溫度越限監(jiān)測、按鍵掃描、時鐘更新等多個任務(wù)，每個任務(wù)的執(zhí)行時間相差很遠，而且有些任務(wù)并不需要每次都執(zhí)行。例如溫度保存，其只在有相應(yīng)的按鍵觸發(fā)后執(zhí)行，這樣將導(dǎo)致每次的大循環(huán)時間搖擺不定，從而使系統(tǒng)的可控性降低，甚至誘發(fā)系統(tǒng)崩潰。所以軟件只設(shè)定了5個狀態(tài)，每個狀態(tài)執(zhí)行一個或多個任務(wù)，并保證每個狀態(tài)的

14、執(zhí)行時間大致相當(dāng)，再留出一定的余量。這樣就可以利用定時器來定時切換狀態(tài)，使之逐個狀態(tài)執(zhí)行下去。雖然看取來和大循環(huán)式的結(jié)構(gòu)差不多，但是該方式非常便于功能擴展，可以在完全不影響任務(wù)執(zhí)行的同時添加一些小任務(wù)，如果這些任務(wù)沒有呈現(xiàn)如何結(jié)果給用戶，那么用戶根本不會發(fā)覺。主函數(shù)開始LCD、DS18B20、AT24C02、定時器等初始化判斷狀態(tài)state溫度讀取按鍵掃描根據(jù)不同的模式刷新顯示溫度保存和流水燈刷新溫度越界檢測和刷新時間顯示溫度保存和流水燈刷新01234等待狀態(tài)state更新軟件設(shè)計流程圖state+進入下一個狀態(tài)重裝初值state4？state=0中斷返回YN中斷開始中斷請求中斷效勞函數(shù)心得體

15、會紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。經(jīng)過一個學(xué)期的單片機課程學(xué)習(xí)，怎么把“紙上的東西轉(zhuǎn)化為實物，本次課設(shè)就是最好的途徑，他不光可以檢測你學(xué)到了什么，更重要的是在過程中培養(yǎng)出來的實踐能力。對我而言，由于很早就自學(xué)了單片機，對51的軟硬件均有一定了解。但之前做的都是小東西，復(fù)雜度遠沒有這次課設(shè)的高，因此也花了不少時間。相對硬件花的時間較短，一天半的時間就做完了，主要的時間花在軟件的編寫和調(diào)試。軟件結(jié)構(gòu)一開始采用的是大循環(huán)式的，從最簡單的溫度顯示開始一點一點往上加，漸漸發(fā)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)變得越來越亂，且增加功能也變得困難。然后果斷采用了狀態(tài)機式，才使得程序設(shè)計得以快速實現(xiàn)。最后要感謝林峰老師的悉心指導(dǎo)，引導(dǎo)我們學(xué)習(xí)單片機課程，幫助我解決在學(xué)習(xí)過程中遇到問題和困難。本次課設(shè)成功的完成離不開林老師及同學(xué)們的幫助和指導(dǎo)，在此衷心感謝幫助過我的老師和同學(xué)！參考文獻1 徐敏. 單片機原理及應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，2021. 2 庹先國. 電子系統(tǒng)設(shè)計根底