單片機課程設計報告基于STC89C52的溫度測控系統(tǒng)設計

1、課程設計總結報告課程名稱 單片機應用系統(tǒng)設計 設計題目 基于stc89c52的溫度測控系統(tǒng)設計 專 業(yè) 電子與信息工程 班 級 080823班 姓 名 崔兆坤 學 號 08082337 指導教師 王玉玲 報告成績 信息與工程學院二一一年六月十二日26單片機應用系統(tǒng)設計課程設計任務書一、課題名稱溫度測量與報警系統(tǒng)二、設計任務1、利用四位數(shù)碼管顯示當前溫度；2、通過鍵盤修改報警溫度上限與下限值；3、具有報警功能，報警溫度上限與下限值能修改，利用蜂鳴器實現(xiàn)報警；上限溫度值到達時發(fā)出“嘀-嘀-嘀-嘀”的報警音。三、設計報告撰寫規(guī)范單片微機應用系統(tǒng)設計總結報告正文，主要含以下內容（硬件、軟件各部分內容也

2、可組合起來進行撰寫說明）：1、系統(tǒng)總體設計方案（畫出系統(tǒng)原理框圖、方案的論證與比較等內容）；2、硬件系統(tǒng)分析與設計（各模塊或單元電路的設計、工作原理闡述、參數(shù)計算、元器件選擇、完整的系統(tǒng)電路圖、系統(tǒng)所需的元器件清單。等內容）；3、軟件系統(tǒng)分析與設計（各功能模塊的程序設計流程圖與說明、軟件系統(tǒng)設計、軟件抗干擾措施、完整的程序等內容）；4、系統(tǒng)仿真調試與參數(shù)測量（使用儀器儀表、故障排除、電路硬件和軟件調試的方法和技巧、指標測試的參數(shù)和波形、測量誤差分析）；5、總結（本課題核心內容及使用價值、電路設計、軟件設計的特點和選擇方案的優(yōu)缺點、改進方向和意見等）；6、按統(tǒng)一格式列出主要參考文獻。溫度測量與報

3、警系統(tǒng)一、系統(tǒng)總體設計方案1.1 方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行a/d 轉換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到a/d 轉換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。1.2 方案二進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，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溫度值，進行轉換，電路簡單，精度高，軟硬

4、件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費用較低，可靠性高，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。方案二系統(tǒng)主要包括單片機模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊，溫度上下限調整模塊等四部分。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。單片機處理模塊18b20溫度采集模塊溫度顯示模塊溫度上下限調整模塊圖1 系統(tǒng)總體框架報警模塊二、電路設計2.1 單片機處理模塊處理模塊是整個設計方案的核心，它控制了溫度的采集、處理與顯示、溫度上下限值的設定。本文采用stc89c52rc作為處理模塊。這是stc公司推出的8051系列微處理器。它的特點是價格低、功耗低

5、、高可靠、無法解密，內部flash擦寫次數(shù)為100,000次以上。圖2是該芯片的引腳圖。圖2 stc89c52引腳圖 圖3是stc89c52的最小系統(tǒng)。圖3是stc89c52的最小系統(tǒng)圖32.2 溫度采集模塊溫度由dallas 半導體公司的一線數(shù)字化溫度傳感器ds18b20采集。ds18b20測溫范圍為-55+125，測溫分辨率可達0.0625，被測溫度用16位二進制形式串行輸出。用戶設定的上下限溫度儲存在eeprom中，掉電后依然保存。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少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。圖4為ds18b20的引腳圖。圖4 ds18b20圖ds1

6、8b20是通過一種片上溫度測量技術來測量溫度的。圖5示出了溫度測量電路的方框圖。 圖4 ds18b20溫度測量電路的方框圖由圖5可知ds18b20用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確立一個門周期，內部計數(shù)器在這個門周期內對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預置到對應與-55的一個值。如果計數(shù)器在門周期結束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55）的值增加，表明所測的溫度大于-55。同時計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的

7、非線性，以及在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。ds18b20內部對此計算的結果可提供0.0625的分辨力。溫度以16bit帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出。表1給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關系。表1：溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關系溫度數(shù)據(jù)輸出（二進制）數(shù)據(jù)輸出（十六進制）+1250000 0111 1101 000007d0+25.06250000 0001 1001 00010191+0.50000 0000 0000 1000000800000 0000 0000 00000

8、000-0.51111 1111 1111 1000fff8-25.06251111 1110 0110 1111ffce-551111 1100 1001 0000fc90二進制的低四位是小數(shù)數(shù)據(jù)，高五位是符號位。正溫度時，讀到的16位數(shù)據(jù)乘以0.0625就可以得到實際溫度。若是負溫度則要把讀到的數(shù)據(jù)按位取反再加1，之后按正溫度轉換，前面加符號就行了。另一種轉換方法就是分離出低四位，中間七位和高五位。低四位乘以0.0625就可以得到小數(shù)部分的值，中間八位直接就是整數(shù)部分的值。高四位就是判斷符號的。ds18b20內部有一個9字節(jié)的高速存儲器用于存儲溫度值。其中前兩個字節(jié)是測得的溫度數(shù)據(jù)，第一個

9、字節(jié)的內容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位，第三和第四字節(jié)是溫度上限th與溫度下限tl的易失性拷貝，第五字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，第6，7，8這三個字節(jié)用于內部計算，第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)crc，可用來保證通信的正取性。當溫度轉換命令發(fā)出后，經(jīng)轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在此存儲器的第1和第2個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。通過單線總線端口訪問ds18b20的協(xié)議如下：初始化、rom操作命令、存儲器操作命令、執(zhí)行/數(shù)據(jù)。rom操作命令：read rom 33h 這個命令允許總線控制器讀到ds18b20的8位系列編碼、唯一的序列號和8位cr

10、c碼。只有在總線上存在單只ds18b20的時候才能使用這個命令。如果總線上不止一個從機時，當所有從機試圖同時傳送信號時就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。match rom 55h 匹配rom命令，后跟64位rom序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的ds18b20。只有和64為rom序列完全匹配的ds18b20才能響應隨后的儲存操作命令。skip rom cch 這條命令允許總線控制器不用提供64位rom編碼就使用儲存器操作命令，在單點總線情況下用以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從機，在skip rom命令之后跟著發(fā)一條讀命令，由于多個從機同時傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。search rom f0h

11、 當一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能不知道單線總線上有多少器件或它們的64位rom編碼。搜索rom命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的64位編碼。alarm search ech 這條命令的流程圖和search rom相同。然而，只有在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況，ds18b20才會響應這條命令。表2：ds18b20的命令和時序圖命 令說 明協(xié) 議單線總線發(fā)出協(xié)議后溫度轉換命令convert t開始溫度轉換44h存儲器命令read scratchpad讀取暫存器和crc字節(jié)behwriteschratchpad把字節(jié)寫入暫存器的地址2和3（th和tl溫度報警促發(fā)）4ehc

12、opy scratchpad把暫存器內容拷貝到非易失性存儲器中（僅指地址2和3）48hrecall e2把非易失性存儲器中的值召回暫存器（溫度報警觸發(fā)）b8hread power supply標識ds18b20的供電模式b4h圖6為ds18b20的電路連接圖。圖6 18b20電路圖ds18b20有兩種供電接法，圖6采用的是接入外部電源。這樣做的好處是i/o線上不需要加強上拉，而且總線控制器用在溫度轉換期間總保持高電平。這樣在轉換期間可以允許在單線總線上進行其他數(shù)據(jù)的往來。另外，在單總線上可以掛任意多片ds18b20，而且如果它們都使用外部電源的話，就可以先發(fā)一個skip rom命令，再接一個c

13、onvert t命令，讓它們同時進行溫度轉換。注意當加上外部電源時，gnd引腳不能懸空。2.3 溫度顯示模塊由于此文重在說明ds18b20的功能及使用，所以顯示部分就采用簡單的數(shù)碼管顯示。只顯示兩位整數(shù)和一位小數(shù)，負溫度就不顯示了。圖7為數(shù)碼管的連接圖。圖7 數(shù)碼管顯示電路2.4 溫度上下限調整模塊圖8為溫度上下限調整模塊。圖8 按鍵電路圖所選按鍵是輕觸開關。按一次k1后，會在數(shù)碼管顯示ds18b20內儲存的溫度上限。按第k2次后就能調節(jié)溫度的上限，通過k3和k4來調節(jié)。按下第3次后恢復到溫度的顯示。k2是調節(jié)溫度下限的。操作方法和k1一樣。2.5 報警電路該模塊只是用蜂鳴器表示。蜂鳴器響就報

14、警。如圖9圖9 圖9 報警電路圖總體原理圖圖10為電路的總體原理圖。圖10 系統(tǒng)總體原理圖圖10三、系統(tǒng)算法與程序流程圖系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序，按鍵掃描處理子程序等。3.1 主程序流程圖主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理ds18b20 的測量的當前溫度值，溫度測量每1s 進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度，其程序流程如下：圖11主程序流程圖3.2 讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram 中的9 字節(jié)，在讀出時需進行crc 校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如下：圖12 讀

15、出溫度子程序3.3 溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，當采用12 位分辨率時轉換時間約為750ms，在本程序設計中采用1s 顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程如：圖13溫度轉換命令子程序3.4 計算溫度子程序計算溫度子程序將ram 中讀取值進行bcd 碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖。圖14計算溫度子程序3.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(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，當標志位位為1時將符號顯示位移入第一位。程序流程圖如下：圖15顯示數(shù)據(jù)刷新子程序3.6 按鍵掃描處理子程序按鍵采用掃描查詢方式，設置標志位，當標

16、志位為1 時，顯示設置溫度，否則顯示當前溫度。如下：圖16按鍵掃描處理子程序四、程序/*功能說明按k1設定溫度上限，然后按k2調整小數(shù)位增加，按k4小數(shù)位減小按rd1確認，按rd復位按rd1設定溫度下限，然后按k2調整整數(shù)位增加，按k4整數(shù)位減小按k1確認，按rd復位如果實際溫度超過上下限，則報警*/#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit k1=p20; sbit k2=p21; sbit k3=p34;sbit k4=p23; sbit dq=p22; sbit rd=p24; s

17、bit rd1=p25; sbit beep=p32;uchar buffer0,buffer1,zhi,zhi1; uchar table=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xff; /設置位選uchar table1=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f; /前兩位數(shù)碼管碼表uchar table2=0xc0,0xcf,0xa4,0x86,0x8b,0x92,0x90,0xc7,0x80,0x82,0x7f,0xf0; /后兩位數(shù)碼管碼表uchar code table32=00; uchar value,nu

18、m,num1,num2;uchar temp,temp3,temp1,temph,templ,temp5,flag,flag1;uchar temp55,temp33,tempxiaoh,tempxiaol;uint qq;void delay(uint z) /延時子程序uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void delay_18b20(unsigned int i) /ds18b20延時子程序，延時1uswhile(i-);void init_ds18b20(void) /ds18b20初始化函數(shù)u uchar x=0; dq = 1; /dq

19、復位 delay_18b20(8); /稍做延時 ，穩(wěn)定數(shù)據(jù) dq = 0; /單片機將dq拉低 delay_18b20(100); /精確延時 大于 480us dq = 1; /拉高總線 delay_18b20(14); /(15-60)us x=dq; /稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗，采樣 delay_18b20(20);void write_18b20byte(uchar dat)/向18b20寫一個節(jié)，dat為入口函數(shù) uchar i; for (i=8; i0; i-)/一字節(jié)8位 dq = 0; dq = dat&0x01; delay_18b20(5)

20、;/18b20采樣 dq = 1;/拉高dq dat=1;/出口函數(shù)，dat為入口函數(shù) uchar read_18b20byte(void)uchar i;uchar dat;for (i=8;i0;i-)/判斷8次移位7次 dq = 0; / 給脈沖信號，拉低總線 dat=1;/可以起延時作用 dq = 1; / 給脈沖信號，釋放總線后才可以采樣 if(dq) dat|=0x80; delay_18b20(4); return(dat);void readtemp(void) /讀取ds18b20當前溫度uchar a,b;init_ds18b20();/18b20初始化write_18b2

21、0byte(0xcc); / 跳過讀序號列號的操作write_18b20byte(0x44); / 啟動溫度轉換delay_18b20(100); / 轉換需要時間，延時init_ds18b20();write_18b20byte(0xcc); /跳過讀序號列號的操作write_18b20byte(0xbe); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度delay_18b20(100);a=read_18b20byte(); /讀取溫度值低位b=read_18b20byte(); /讀取溫度值高位 temp=b*16+a/16;temp1=(a%16)*10/16;void bee

22、pon(void)beep=0;void beepoff(void)beep=1;void display(uchar one,uchar two,uchar three) p1=table0;/選中第一個數(shù)碼管p0=table1one;/顯示10位delay(3);p1=table1;/選中第二個數(shù)碼管p0=table1two&0x7f;delay(3);p1=table2;p0=table2three;delay(3);p1=table3;p0=table211&0x7f;delay(3);void keywendu()uchar temp2,temp22;temp2=temp;/整數(shù)位t

23、emp22=temp1;/小數(shù)位rd=0;if(k1=0) /功能鍵delay(20);if(k1=0) while(!k1);/按鍵消抖程序 flag=1;p1=table1;p0=0xff;delay(10);/個位不顯示p1=table2;p0=0xff;delay(10);/小數(shù)位不顯示while(1)display(temp2/10,temp2%10,temp22);if(k1=0) /k1功能鍵delay(20);if(k1=0) while(!k1);num1+;if(num1=2)num1=0;/num1=0修改小數(shù)位/num1=1修改個位switch(num1)case 0:

24、/小數(shù)位if(k2=0) /case0，k2功能鍵delay(20);if(k2=0) while(!k2);temp22+;if(temp22=10)temp22=0;delay(20); p1=table2;p0=table2temp22;delay(50);/顯示小數(shù)位if(k4=0) /case0 k4 鍵delay(20);if(k4=0) while(!k4);temp22-;if(temp22=-1)temp22=9;delay(20);p1=table2;p0=table2temp22;delay(50);break;case 1:if(k2=0) /case1 k2鍵dela

25、y(20);if(k2=0) while(!k2);temp2+;delay(20);p1=table0;p0=table1temp2/10;delay(5);p1=table1;p0=table1temp2%10&0x7f;delay(5);if(k4=0) /case1 k4鍵delay(20);if(k4=0) while(!k4);temp2-;delay(20);p1=table0;p0=table1temp2/10;delay(5);p1=table1;p0=table1temp2%10&0x7f;delay(5);break;if(k3=0) delay(20);if(k3=0)

26、 while(!k3);temph=temp2;tempxiaoh=temp22;break;void keywendu_l()uchar temp2,temp22;temp2=temp;/調節(jié)整數(shù)位temp22=temp1;/調節(jié)小數(shù)位rd=0;if(k3=0) /k3鍵delay(20);if(k3=0) while(!k3);/消抖電路 flag1=1;p1=table1;p0=0xff;delay(10);p1=table2;p0=0xff;delay(10);while(1)display(temp2/10,temp2%10,temp22);if(k3=0) /功能鍵delay(20

27、);if(k3=0) while(!k3);num1+;if(num1=2)num1=0;switch(num1)case 0:/case0時選擇小數(shù)位if(k2=0) delay(20);if(k2=0) while(!k2);temp22+;if(temp22=10)temp22=0;delay(20);p1=table2;p0=table2temp22;delay(50);if(k4=0) delay(20);if(k4=0) while(!k4);temp22-;if(temp22=-1)temp22=9;delay(20);p1=table2;p0=table2temp22;dela

28、y(50);break;case 1:if(k2=0) /case1 調節(jié)k2鍵delay(20);if(k2=0) while(!k2);temp2+;delay(20);p1=table0;p0=table1temp2/10;delay(5);p1=table1;p0=table1temp2%10&0x7f;delay(5);if(k4=0) /case1調節(jié)k4鍵delay(20);if(k4=0) while(!k4);temp2-;delay(20);p1=table0;p0=table1temp2/10;delay(5);p1=table1;p0=table1temp2%10&0x

29、7f;delay(5);break;if(k1=0) delay(20);if(k1=0) while(!k1);templ=temp2;tempxiaol=temp22;break;void main() uchar shi,ge; /十位和個位定義字符格式 init_ds18b20();/初始化18b20溫度傳感器while(1)readtemp();/讀取18b20傳感器溫度值shi=temp/10;ge=temp%10;delay(5); display(shi,ge,temp1);/顯示溫度值 keywendu();/修改溫度上限keywendu_l();/修改溫度下限if(flag

30、=1&temptemph)/大于最高設定溫度報警beepon();delay(500);delay(500);beepoff();if(flag=1&temp=temph&tempxiaohtemp1)/蜂鳴器報警beepon();delay(500);delay(500);beepoff();if(flag1=1&temptemp1)/蜂鳴器報警beepon();delay(500);delay(500);beepoff();五、心得體會作為一名電子信息工程專業(yè)的大三學生，我覺得做單片機課程設計是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過的大學時間里，我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)課。我們在課堂上掌握

31、的僅僅是專業(yè)課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力？如何把我們所學的專業(yè)基礎課理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。這次單片機課程設計我們歷時兩個星期，從理論到實踐，學到了很多的東西。同時不僅鞏固了以前所學過的知識，而且還學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在這次課程設計后我發(fā)現(xiàn)自己在一點一滴的努力中對單片機的興趣也在逐漸增加。這次的課程設計還讓我學會了