單片機測體溫【課程設(shè)計報告】(共24頁)

1、沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計 沈陽航空航天大學(xué)(dxu)綜 合 課 程 設(shè) 計基于單片機的數(shù)字(shz)溫度計設(shè)計班 級 14020201 學(xué) 號 2011040202018 學(xué) 生 姓 名 胡 博 指 導(dǎo) 教 師 屈 樂 樂 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課程設(shè)計的內(nèi)容(nirng)及要求：一、設(shè)計說明1以單片機芯片為核心，設(shè)計一個(y )簡易的數(shù)字溫度計。2能夠?qū)崟r測量某一點的環(huán)境溫度，并具有超限報警(bo jng)功能。3可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報警溫度，超限后報警提示。二、設(shè)計要求1. 選擇AT89C51單片機為核心器件；2. 采用LED作為顯示模塊；3. 溫度傳感器采用DS18B20。三、

2、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實驗方案；設(shè)計具體電路。2進行程序仿真和軟硬件聯(lián)調(diào)。四、推薦參考資料1 陳小忠.單片機接口技術(shù)實用子程序.北京:人民郵電出版社,20052 楊恢先,黃輝先. 單片機原理及應(yīng)用.長沙:國防科技大學(xué)出版社,20033 徐敏.基于AT89C51單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2009.124 胡天明.基于DS18B20的數(shù)字溫度計設(shè)計及其應(yīng)用.黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2008.2五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績評定表評語、建議或需要說明的問題：指導(dǎo)教師簽字： 日期：成 績一、引言(ynyn)隨著(su zhe)科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求

3、都有了幾何級的增長，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機技術(shù))中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領(lǐng)域，人民的生活與環(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具有重要的意義。二、設(shè)計(shj)內(nèi)容及性能指標(biāo)本設(shè)計主要是介紹了單片機控制下的溫度檢測系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計，并對其各功能模塊做了詳細(xì)介紹，其主要功能和指標(biāo)如下：利用溫度

4、傳感器（DS18B20）測量某一點環(huán)境溫度測量范圍為-5011，精度為0.5用LED進行實際溫度值顯示按鍵設(shè)定溫度報警閥值三、設(shè)計方案采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器AT89S51構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。方案的總體設(shè)計框圖,如圖1所示：圖1 總體設(shè)計框圖(kungt)四、系統(tǒng)

5、(xtng)器件選擇1、單片機的選擇(xunz)AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可編程的Flash只讀程序存儲器,兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP），也可用傳統(tǒng)方法進行編程，所以低價位AT89S51單片機可為提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，對于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電（1）89S51引腳功能介紹AT89S51單片機為40

6、引腳雙列直插式封裝。其引腳排列和邏輯符號如圖2所示。圖2 單片機引腳圖各引腳功能簡單介紹如下：VCC：供電電壓GND：接地P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出

7、電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(y )內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出(shch)4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部(wib)拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控

8、制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT1(外部中斷1)P3.4T0(記時器0外部輸入)P3.5T1(記時器1外部輸入)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)同時P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)

9、振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程

10、序存儲器取址期間，每個機器周期PSEN兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2、溫度傳感器的選擇由于傳統(tǒng)(chuntng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳

11、感器DS18B20作為測溫元件。（1）DS18B20簡單(jindn)介紹:DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種(y zhn)新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55+125攝氏度，可編程為9位12位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個D

12、S18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20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。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20的性能特點如下：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DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V

13、，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5零待機功耗可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快用戶可定義報警設(shè)置報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作以上特點使DS18B20非常適用與多點、

14、遠(yuǎn)距離溫度檢測系統(tǒng)。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。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖4.2所示，DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。以上特點(tdin)使DS18B20非常適用與多點、遠(yuǎn)距離溫度檢測系統(tǒng)。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。DS18B20的管腳排列、各種( zhn)封裝形式，

15、如圖3所示，DQ為數(shù)據(jù)(shj)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。其電路圖圖4所示.。圖3 外部封裝形式 圖4 傳感器電路圖(2)DS18B20使用中的注意事項DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級

16、語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)，這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。(3)DS18B20測溫原理DS18B20的測溫原理(yunl)，如圖5所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩(zhndng)頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸

17、入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度(wnd)寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖2中的

18、斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令理數(shù)據(jù)據(jù)。圖5 DS18B20測溫度原理框圖五、系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。1、主程序（1）主程序功能(gngnng)：主程

19、序的主要功能(gngnng)是負(fù)責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，（2）主程序流程圖，如圖6所示：圖6 主程序流程圖2、讀出溫度(wnd)子程序（1）功能：主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出是需要CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。程序流程如圖7所示圖7 溫度(wnd)子程序流程圖3、溫度轉(zhuǎn)換(zhunhun)命令子程序（1）程序(chngx)解釋：溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)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（2）程序

20、流程圖，如圖8所示：圖8 溫度(wnd)轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖4、計算(j sun)溫度子程序（1）程序(chngx)解釋計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負(fù)的判定。5、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序（1）程序解釋：顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為1時將符號顯示位移入第一位。6、報警程序：（1）程序解釋：由于溫度計設(shè)計時，有上限和下限，所以加報警程序，當(dāng)溫度超過范圍時，指示燈亮，以作警示。六、電路圖設(shè)計1晶振電路（1）仿真圖如圖9所示：圖9 晶振電路（2）晶振電路作用：晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便

21、于各部分保持同步。2、復(fù)位電路（1）復(fù)位電路仿真圖，如圖10所示：圖10 復(fù)位電路（2）復(fù)位(f wi)電路的作用：是單片機的程序計數(shù)器清零（注：在單片機出現(xiàn)程序死機時比較有用）3、報警(bo jng)電路（1）報警(bo jng)電路仿真，如圖11所示：圖11 報警電路（2）報警電路運行：LED-GREEN燈，接單片機AT89C51的P1.1/T2EX口；當(dāng)為0時，相當(dāng)于接地，則LED-GREEN燈發(fā)光；反之，當(dāng)為1時，LED-FREEN燈滅。4、顯示電路（1）仿真電路圖，如圖12所示：圖12 顯示電路（2）排阻：排阻作用就是相當(dāng)于幾個并在一起的電阻。做上拉用，第一腳接5V,29腳相對于1腳

22、的電阻是10K歐姆，將數(shù)據(jù)線D0.0D0.7上拉。七、proteus用法1、打開軟件，如圖13所示：圖13 proteus軟件(run jin)圖2、查找(ch zho)元器件：點擊(din j)按鈕P,然后輸入查找的元器件名稱，如圖14所示：圖14 查找元器件圖3、連線，將所有需要的元器件進行連接，如圖15所示：圖154、點擊運行按鈕，看是否有錯誤，若有錯誤，需將錯誤改正后，方可運行，如圖16所示：圖16 5、向單片機加入程序,雙擊單片機，選擇(xunz)需要的文件，如圖17所示：圖176、運行仿真電路(dinl)，出現(xiàn)結(jié)果，如圖18所示：圖18 仿真(fn zhn)結(jié)果八、keil的用法1

23、，建立(jinl)工程，如圖19所示：圖19 keil建立(jinl)工程2、新建文本文檔，如圖20所示：圖20 建立(jinl)文本文檔3、在文本文檔中編寫程序4、編譯檢查程序，生成hex文件，如圖21所示：圖21九、推薦(tujin)參考資料1 陳小忠.單片機接口技術(shù)實用(shyng)子程序.北京(bi jn):人民郵電出版社,20052 楊恢先,黃輝先. 單片機原理及應(yīng)用.長沙:國防科技大學(xué)出版社,20033 張志勇.一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計的設(shè)計.天津：天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報,2007.34 徐敏.基于AT89C51單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2009.125 胡天明.基于D

24、S18B20的數(shù)字溫度計設(shè)計及其應(yīng)用.黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2008.2 附錄(fl)I 仿真電路圖附錄(fl)II 源程序#includesbit DQ=P30;unsigned int temp;unsigned char dis4=0,0,0,0;unsignedchar led=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 xff,0 xbf;/分別為0-9,不顯示(xinsh)，負(fù)號unsignedchar led110=0 x40,0 x79,0 x24,0 x30,0 x19,0 x12,0

25、x02,0 x78,0 x00,0 x10;/帶小數(shù)點顯示(xinsh)sbit d2=P11;void delay(unsigned int i) /如果i是unsigend char類型，則會出現(xiàn)錯誤(cuw)結(jié)果 while(i-);void Init(void)/初始化 /unsigned char flag=0; DQ = 0; /單片機將DQ拉低 delay(100); /精確(jngqu)延時 大于 480us小于960us DQ = 1; /拉高總線(zn xin) delay(30); /flag=DQ; /稍做延時后 如果flag=0則初始化成功(chnggng) flag

26、=1則初始化失敗 /delay(20);unsigned char Read(void)/讀字節(jié) unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat=1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0 x80; delay(5); return(dat);void Write(unsigned char dat)/寫字節(jié)(z ji) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0 x01; delay(5); DQ = 1; dat=1; void Display(unsigned int temp , d1) /顯示(xinsh)程序if(temp=4; /右移(yu y)4位，相當(dāng)于乘0.0