數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

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1、《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 二級(jí)學(xué)院：電子信息與電氣工程學(xué)院 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 職 稱 講師 課題名稱 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 課題工作內(nèi)容 1、 設(shè)計(jì)內(nèi)容：硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件電路的設(shè)計(jì) 2、 總體方案的選擇、討論確定。軟件流程圖的設(shè)計(jì)，硬件電路各部分的設(shè)計(jì)，程序的軟調(diào)試、整機(jī)的調(diào)試。 3、 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告

2、 指標(biāo)要求 1、溫度值用LED顯示 2、測(cè)量范圍為-30℃ ~100℃ 3、溫差為±0.5℃ 進(jìn)程安

3、排 第一天 下達(dá)任務(wù)、講授、查資料 第二天 方案確定 第三天、第四天 軟、硬件設(shè)計(jì) 第五天～第八天 軟、硬件調(diào)試

4、 第九天 撰寫報(bào)告 第十天 答辯考核 主要參考文獻(xiàn) 《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》 范力旻 電子工業(yè)出版社 《例說8051》 謝亮、陳敵

5、北、 張義和 人民郵電出版社 《單片機(jī)C語言應(yīng)用100例 》王東鋒 王會(huì)良 電子工業(yè)出版社 《51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例》 樓然苗 李光飛 北航出版社

6、 《單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》 王福瑞編著 北航出版社 地點(diǎn) 起止日期 2011.09.05~2011.09.16  單片機(jī)原理及應(yīng)用 課程設(shè)計(jì) 題 目 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 二級(jí)學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)時(shí)間 20

7、11.09.05～2011.9.15 目錄 一、概述………………………………………………………………………………………1 二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………… 1 （一）溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證 ……………………………………………………………… 1 （二）框圖設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………1 （三）硬件設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 2 （四）軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………7 三、調(diào)試 ……………

8、……………………………………………………………………… 9 四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………………………………… 9 五、參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 9 六、附件………………………………………………………………………………………10 附錄1、電路原理………………………………………………………………10 附錄2、實(shí)拍照片………………………………………………………………10 附錄3、元件清單………………………………………………………………11 附錄4、程序清單………………………………………………………………12

9、 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 一、概述 生活和生產(chǎn)中，經(jīng)常用到一些測(cè)溫設(shè)備，但是傳統(tǒng)的測(cè)溫設(shè)備但是傳統(tǒng)的測(cè)溫設(shè)備具有制作成本高、硬件電路和軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜等缺點(diǎn)，基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)具有制作簡(jiǎn)單，成本低，度數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣和測(cè)溫準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。 設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)格設(shè)計(jì)： 1、溫度值用LED顯示 2、測(cè)量范圍為-30℃ ~100℃

10、 3、溫差為±0.5℃ 二、系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證 方案一 由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。方

11、法簡(jiǎn)單制作簡(jiǎn)便，故采用方案一來實(shí)現(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)的控制。 （二）框圖設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析，數(shù)字溫度計(jì)由STC89C52單片機(jī)、電源、顯示電路、溫度傳感器、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成、系統(tǒng)框圖如圖1所示。電源給整個(gè)電路供電。顯示電路顯示溫度值，時(shí)鐘電路為STC89C52提供時(shí)鐘頻率。 電源 STC89C52 單片機(jī) 復(fù)位電路 顯示電路 DS18B20 時(shí)鐘電路 圖1 基于STC89C52單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)框圖 （三）硬件設(shè)計(jì) 1、最小系統(tǒng) (1)電源 本次采用的是普通USB 5V

12、直流電源。 (2)單片機(jī)：本次設(shè)計(jì)使用單片機(jī)芯片STC89C52 STC89C52的工作特性: 主要特性： ·與MCS-51 兼容 ·8K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 ·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ·512內(nèi)部RAM ·32可編程I/O線 ·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 ·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道 圖2 S TC89C52引腳圖 ·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （3）時(shí)鐘電路 圖 3 時(shí)鐘電路 本次設(shè)計(jì)采用的是12M的晶振，電路圖如下圖

13、3，兩只電容在20pF～100pF之間取值，其取值在60pF～70pF時(shí)振蕩器頻率穩(wěn)定性較高，按照一般經(jīng)驗(yàn)，外接晶體時(shí)兩個(gè)電容的取值為30pF。 （4）復(fù)位電路 在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)服務(wù)。為保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST引腳保持4ms以上的高電平，只要RST保持高電平，MCS-51單片機(jī)就會(huì)循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，MCS-51單片機(jī)就從0000H地址開始執(zhí)行程序，在單片機(jī)復(fù)位的有效期間，ALE、PSEN 引腳輸出高電平。 本次設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)復(fù)位，

14、其電路圖如下： 圖4復(fù)位電路 2.接口 (1)數(shù)字溫度傳感器DS18B20 由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 A. DS18B20性能特點(diǎn) ： ①獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 ②測(cè)溫范圍為-55℃-+125℃，測(cè)量分辨率為0.0625℃。 ③DS18B20在使用中

15、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)。 ④適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0~5.5，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 ⑤測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 ⑥負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 圖5 . DS18B20封裝圖 B. DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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(bào)警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B2

16、0的地址序列號(hào)。 圖6 溫度傳感器接線圖 (2) 雙向總線發(fā)送器/接收器74LS245 74LS245為三態(tài)輸出的八組總線收發(fā)器引出端符號(hào): A A總線端 B B總線端 /G 三態(tài)允許端(低電平有效) DIR 方向控制端 圖7. 74LS245內(nèi)部邏輯圖 功能表： Direction Control DIR Enable /G Opera

17、tion L L L H H X B data to A bus A data to B bus Isolation （3）74LS07 六高壓輸出緩沖器/驅(qū)動(dòng)器 簡(jiǎn)要說明 54/7407 為集電極開路輸出的六組驅(qū)動(dòng)器，其主要電特性的典型值如下： tPLH tph1 PD 6ns 20ns 125m W 引出端符號(hào)

18、 1A-6A 輸入端 1Y-6Y 輸出端 極限值 電源電壓……………………7V 輸入電壓……………………5V 輸出截至態(tài)電壓 ………30V 圖8 74LS07管腳圖 （4）顯示電路 內(nèi)部的四個(gè)數(shù)碼管共用a~dp這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗兴膫€(gè)數(shù)碼管，所以它有四個(gè)公共端，加上a~dp，共有12個(gè)引腳，下面便是一個(gè)共陽結(jié)構(gòu)圖。 圖9碼管內(nèi)部邏輯圖 管腳順序：從數(shù)碼管正面看，以第一腳為起點(diǎn)，管腳的順序是逆時(shí)針方向排列的。12-9-8-6為公共腳，A

19、-11，B-7，C-4，D-2，E-1，F(xiàn)-10，G-5，DP-3。 圖10顯示電路 （四）軟件設(shè)計(jì) 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次，這樣就可以在1s之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程圖如圖11所示。 初始化 調(diào)用顯示子程序 1s到？ N 初次上電 Y Y 讀出溫度值，溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新 N 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 圖1 1主

20、程序流程圖 讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需要進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不能進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫，其程序流程圖如圖8所示。 發(fā)DS18B20復(fù)位命令 發(fā)跳過ROM命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作，CRC校驗(yàn) Y 9字節(jié)完成？ N CRC校驗(yàn)正？

21、 N Y 移入溫度暫存器 結(jié)束 圖 8 讀溫度流程圖 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，采用12位分辨率轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms.程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)等待轉(zhuǎn)換的完成。計(jì)算溫度子程序?qū)AM 中讀取值進(jìn)行BCD碼轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。 三、調(diào)試 此設(shè)計(jì)軟件部分用uvision4編寫與編譯源程序，并生成HEX文件，編譯完成后用Proteus仿

22、真，仿真完成后將HEX文件燒制到單片機(jī)中，然后就是對(duì)硬件電路的檢查，排除硬件電路故障包括設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和工藝連接錯(cuò)誤，檢查各芯片是否有短路或斷路故障。先將單片機(jī)取下，對(duì)電路板進(jìn)行通電檢查，通過觀察是否有異常然后用萬用表測(cè)試個(gè)電源電壓，若這些都沒有問題，則接上仿真機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試觀察各接口線路是否正常。 四、課程設(shè)計(jì)小結(jié) 近兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然途中還遇到不少困難，但最終還是把實(shí)物做出來，從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這

23、就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。通過這次對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字溫度計(jì)的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，在?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒ΑＫ?，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。 五、參考文獻(xiàn) [1].范力旻，單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2010. [2].楊居義，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，清華大學(xué)出版社，2009. [3].沙占友，孟志永，王彥朋，單片機(jī)

24、外圍電路設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，2006. [4]百度文庫,，2010-11-14. [5]百度文庫，，2010-07-15. [6].丁元杰，單片機(jī)微機(jī)原理及應(yīng)用技[M],機(jī)械工業(yè)出版社，2001. 六.附錄 1.硬件原理圖 2.實(shí)拍照片 3.元件清單 元件名稱 型號(hào) 數(shù)量/個(gè) 用途 單片機(jī) STC89C52 1 控制核心 晶振 12MHz 1 晶振電路 電容 30pF 2 晶振電路 電解電容 22uF/50V 1 復(fù)位電路 電阻 1KΩ 13 復(fù)位電路，上拉電阻 集成塊 74LS07 1 顯示驅(qū)動(dòng)

25、 集成塊 74LS245 1 顯示驅(qū)動(dòng) 集成塊 DS18B20 1 溫度傳感器 電阻 4K7 1 復(fù)位電路 按鍵 1 復(fù)位電路 電源 +5V/0.5A 1 提供+5V電源 七段四位數(shù)碼管 4位 1 顯示電路 電阻 4K7 1 測(cè)溫電路 4.程序清單 #include"reg51.h" #include"intrins.h" #define Disdata P1 #define discan P3 #define uchar unsigned char #define uint unsigned

26、 int sbit DQ = P3^7; sbit DIN = P1^7; uint h; uchar code ditab[16] = {0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09}; uchar code dis_7[12] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,0xbf}; uchar code scan_con[4] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; uchar

27、 data temp_data[2] = {0x00,0x00}; uchar data display[5] = {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; void delay(uint t) { for(;t>0;t--); } scan() { char k; for(k=0;k<4;k++) { Disdata = dis_7[display[k]]; if(k == 1) DIN = 0; discan = ~scan_con[k]; delay(90); discan = 0x00; }

28、} ow_reset(void) { char presence = 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; } void write_byte(uchar val) { uchar i; for(i=8;

29、i>0;i--) { DQ = 1;_nop_();_nop_(); DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DQ = val & 0x01; delay(6); val = val>>1; } DQ = 1; delay(1); } uchar read_byte(void) { uchar i; uchar value = 0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=1;_nop_();_nop_(); value >>= 1; DQ =

30、0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); if(DQ) value|=0x80; delay(6); } DQ = 1; return(value); } read_temp() { ow_reset(); write_byte(0xCC); write_byte(0xBE); temp_data[0] = read_byte(); temp_data[1] = read_byte(); ow_reset(); writ

31、e_byte(0xCC); write_byte(0x44); } work_temp() { uchar n = 0; if (temp_data[1]>127) { temp_data[1] = (255 - temp_data[1]); temp_data[0] = (256 - temp_data[0]); n=1; } display[4] = temp_data[0] & 0x0f; display[0] = ditab[display[4]]; display[4] = ((temp_data[0] & 0xf0)>>4

32、) | ((temp_data[1] & 0x0f)<<4); display[3] = display[4]/100; display[1] = display[4]%100; display[2] = display[1]/10; display[1] = display[1]%10; if(!display[3]) { display[3] = 0x0A; if(!display[2]) display[2] = 0x0A; } if(n) display[3] = 0x0B; } main() { Disdata = 0xff; discan = 0xff; for(h=0;h<4;h++) display[h] = 8; ow_reset(); write_byte(0xCC); write_byte(0x44); for(h=0;h<250;h++) scan(); while(1) { read_temp(); work_temp(); for(h=0;h<200;h++) scan(); } }