單片機(jī)課設(shè)說明書

目錄前言 1系統(tǒng)總體方案 2總體設(shè)計(jì)框圖 2各模塊簡介 2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 5DS18B20溫度傳感器電路設(shè)計(jì) 5顯示電路設(shè)計(jì) 6按鍵電路設(shè)計(jì) 7報(bào)警電路設(shè)計(jì) 7軟件電路設(shè)計(jì) 8DS18B20程序設(shè)計(jì) 8DS18B20溫度傳感器操作流程 8DS18B20溫度傳感器的初始化時(shí)序 8DS18B20溫度傳感器的讀寫時(shí)序 9DS18B20溫度傳感器獲取溫度程序流程圖 10顯示程序設(shè)計(jì) 11按鍵程序程序設(shè)計(jì) 11總結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13附錄一 14附錄二 15單片機(jī)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE17引言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。在信息采集（傳感器技術(shù)傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計(jì)算機(jī)技術(shù)）三大信息技術(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(huì)的每一個(gè)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(shí)時(shí)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。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，模擬集成溫度傳感器，智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）2090術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU。社會(huì)的發(fā)展使人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。DS18B20直接輸出的就是數(shù)字信號(hào)，與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，LED51AT89S52，AT89S52單片機(jī)在工控、測量、儀器儀表中應(yīng)用還是比較廣泛的。測溫傳感器使用的是DS18B20，DS18B20高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測量電路變得簡單、可靠。顯示是用4LED實(shí)現(xiàn)溫度顯示，LED量溫度超過設(shè)定的上下限時(shí)的報(bào)警功能。系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖DS18B20感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測量電路變得簡單、可靠，所以在該設(shè)計(jì)中采用DS18B20字溫度傳感器測量溫度。1-1DS18B204LED數(shù)碼管，報(bào)警采用蜂鳴器、LED燈實(shí)現(xiàn)，鍵盤用來設(shè)定報(bào)警上下限溫度。圖1-1溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)框圖各模塊簡介控制模塊AT89S52ATMELCMOS8位單片機(jī)，片8kbFlash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL80518位CPUFlashAT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8kFlash，256RAM，32I/O口線，看門狗定時(shí)器，216位定時(shí)器/62級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPURAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。顯示模塊4LEDP0口輸出段碼，P2I/O口。溫度傳感器模塊DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～5.5v；零待機(jī)功耗；溫度以9或12位二進(jìn)制數(shù)字表示；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；DS18B2064ROM848856CRCDS18B20可以THTLDS18B20RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。圖1-2DS18B20的高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)234THTL5分辨率，DS18B201-1所示。表1-1：配置寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0TMR1R01111151，TMDS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B200，用戶要去改動(dòng)，R1R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率R1R0009011010112DS18B20在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。RAM678198CRC碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。DS18B2016120.0625℃／LSB形式表示。s＝0時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；s＝15位是符號(hào)位，最后4位是溫度小數(shù)點(diǎn)位，中間71-2是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表1-2 DS18B20輸出的溫度值溫度值二進(jìn)制輸出十六進(jìn)制輸出+125℃000001111101000007D0h+85℃00000101010100000550h+25.0625℃00000001100100010191h+10.125℃000000001010001000A2h+0.5℃00000000000010000008h0℃00000000000000000000h-0.5℃1111111111111000FFF8h-10.125℃1111111101011110FF5Eh-25.0625℃1111111001101111FF6Fh-55℃1111110010010000FC90hDS18B20RAMTH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若T＞THT＜TLDS18B2064ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRROM56CRC值，DS18B20CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。調(diào)節(jié)模塊介紹I/O口完成的。當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)單此時(shí)為低電平。程序設(shè)計(jì)為低電平觸發(fā)。報(bào)警模塊介紹PNP90125V發(fā)光二極管組成的。報(bào)警時(shí)蜂鳴器間歇性報(bào)警，發(fā)光二極管閃爍。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)電路設(shè)計(jì)2-1所示。圖2-1單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖DS18B20溫度傳感器電路設(shè)計(jì)DS18B202-2，DS18B201，2，3圖2-2 DS18B20電源供電方式DS18B20A/D10usVDD線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。顯示電路設(shè)計(jì)90132-3所示。圖2-3四位一體的共陰數(shù)碼管管腳分布圖顯示電路的總體設(shè)計(jì)如圖2-6所示。圖2-4 顯示電路按鍵電路設(shè)計(jì)按鍵電路是用來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)設(shè)定報(bào)警溫度的上下限和查看上下報(bào)警溫度的功能。電路原理圖如圖2-10所示。S1S2P3.1S2P3.1S3P3.0S4P3.3GND報(bào)警電路設(shè)計(jì)

圖2-5 按鍵電路原理圖報(bào)警電路是在測量溫度大于上限或小于下限時(shí)提供報(bào)警功能的電路。該電路是由一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)紅色的發(fā)光二極管組成，具體的電路如圖2-9所示。圖2-6報(bào)警電路原理圖軟件電路設(shè)計(jì)DS18B20DS18B20DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）DS18B20三個(gè)步驟：DS18B20(2)ROM指令；(3)最后發(fā)送RAM指令。DS18B20CPU500μs，然DS18B2016～60μs60～240μsCPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。DS18B20的操作流程如圖3-1所示。如圖3-1DS18B20的操作流程DS18B20DS18B20傳感器為單總線結(jié)構(gòu)器件，在讀寫操作之前，傳感器芯片應(yīng)先進(jìn)性復(fù)位操作也就是初始化操作。DS18B203-2所示。首先控制器拉高數(shù)據(jù)總線，接著控制器給數(shù)480μsμs的低電平，接著上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉高，這樣才初始化完成。圖3-2DS18B20初始化時(shí)序DS18B20溫度傳感器的讀寫時(shí)序?qū)憰r(shí)序DS18B20傳感器的讀寫操作是在傳感器初始化后進(jìn)行的。每次操作只能讀寫一位。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫時(shí)序。有兩種類型的寫時(shí)序：寫“0”60μs1μs的恢復(fù)期。在數(shù)據(jù)總線由高電平變?yōu)榈碗娖街螅珼S18B2015μs60μs線采樣，如果為“1DS18B20寫“1”，如果為“0DS18B20寫“0”。對于主機(jī)產(chǎn)生寫“1”時(shí)序時(shí)，數(shù)據(jù)線必須先被拉至低電平，且至少保持低電平60μs15μs內(nèi)拉至高電平。讀時(shí)序1μs15μs1μsDS18B2015μs的輸出數(shù)據(jù)。60μs的持續(xù)期。讀時(shí)序結(jié)束后數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉至高電平。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。DS18B20溫度傳感器獲取溫度程序流程圖DS18B20的讀字節(jié)，寫字節(jié)，獲取溫度的程序流程圖如圖3-3所示。開始開始DQ=1DQ=0延時(shí)480μsDQ=1YDQ=1N延時(shí)80μsDQ=1結(jié)束開始d=1DQ=1i=8開始d=1DQ=1i=8Ni>0Yd>>=1DQ=0延時(shí)2μsDQ=1NDQ=1Yd|=0x80延時(shí)60μsi--returnd結(jié)束開始i=8Ni>0YDQ=0延時(shí)2μsDQ=d&0x01延時(shí)30μsμsd>>=1i--結(jié)束開始DS18B20初始化寫0xcc跳過讀ROM

DS18B20寫字節(jié)程序流程圖寫0x44啟動(dòng)寫0x44啟動(dòng)DS18B20延時(shí)500μsDS18B20始化寫0xcc跳過讀ROM寫0xbe讀DS18B20結(jié)束DS18B20獲取溫度程序流程圖圖3-3DS18B20程序流程圖顯示程序設(shè)計(jì)開始i=0Ni<4Yi++結(jié)束開始i=0Ni<4Yi++結(jié)束根據(jù)i的值進(jìn)行選擇i=0i=3i=1 i=2點(diǎn)亮第一個(gè)點(diǎn)亮第二個(gè) 點(diǎn)亮第三個(gè)點(diǎn)亮第四個(gè)數(shù)碼管數(shù)碼管 數(shù)碼管數(shù)碼管按鍵程序設(shè)計(jì)

圖3-4顯示程序流程圖按鍵是用來設(shè)定上下限報(bào)警溫度的。具體的程序流程圖如圖3-5所示。開始N開始NK1=0YS=0調(diào)上限S=1調(diào)下限NK1=0K1=0YYTemp++Temp--結(jié)束圖3-5按鍵程序流程圖總結(jié)不知不覺中，一周的課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)已經(jīng)接近尾聲了?？赡苁羌倨诳斓降木壒?，總感覺這次實(shí)習(xí)特別短暫。此刻，真是感慨萬千?。‖F(xiàn)在我可以自豪的說，這次實(shí)習(xí)我達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。因?yàn)樵趯?shí)習(xí)期間，我每天都在接觸新的東西，每天都會(huì)有新的問題等待我去探討去解決，每天都有新收獲。經(jīng)過將近一周的設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，我們終于完成了數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且還設(shè)計(jì)了一些其他功能，比可以開啟或消除按鍵音功能，開機(jī)動(dòng)畫功能，查看報(bào)警上下限溫度功能。怎樣將我們所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去。在大學(xué)課堂的學(xué)習(xí)只是給我們灌輸專業(yè)知貴的經(jīng)驗(yàn)。在本次設(shè)計(jì)的過程中，我們遇到不少的問題，本次設(shè)計(jì)的另一個(gè)重點(diǎn)就是軟件程序的設(shè)計(jì)，其中需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個(gè)程序并不是一件簡單的事，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論，有些東西是很難理解的，更談不上掌握。通過此次的綜合設(shè)計(jì)，我們初步掌握了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理。充分認(rèn)識(shí)到理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，對于書本上的很多知識(shí)，不但要學(xué)會(huì)，更重要的是會(huì)運(yùn)用到實(shí)踐中去。在以后的學(xué)習(xí)中，我們會(huì)更加注重實(shí)踐方面的鍛煉，多提高自己的動(dòng)手實(shí)踐能力。參考文獻(xiàn).單片機(jī)的C[M].:,2007.單片機(jī)C[M].:,2007[M].:,1994[M].:,1986.[M].:,1997)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.2[M].復(fù)旦大學(xué)出版社，2000.4附錄一系統(tǒng)整體硬件Proteus仿真圖如下：附錄二C#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineDisdataP0#definediscanP2#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P3^3;sbitDIN=P0^7;uinth;ucharflag;ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};dis_7[12]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf};ucharcodescan_con[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};voiddelay(uintt){for(;t>0;t--);}voidscan(){chark;for(k=0;k<4;k++){ Disdata=0xff;Disdata=dis_7[display[k]];if(k==1){DIN=0;}discan=scan_con[k];delay(90);discan=0xff;}}voidow_reset(void){charpresence=1;while(presence){while(presence){DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0;delay(50);DQ=1;delay(6);presence=DQ;}delay(45);presence=~DQ;}DQ=1;}voidwrite_byte(ucharval){uchari;for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=val&0x01;delay(6);val=val/2;}DQ=1;delay(1);}ucharread_byte(void){ uchari;ucharvalue=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DQ)value|=0x80;delay(6);}DQ=1;return(value);}voidread_temp(){ow_reset();write_byte(0xcc);write_byte(0xbe);temp_data[0]=read_byte();temp_data[1]=read_byte();ow_reset();write_byte(0xcc