單片機(jī)課程設(shè)計(jì)方案—數(shù)字溫度計(jì)

1、課題任務(wù)、功能要求說明及總體方案介紹1.1 課題目的隨著社會(huì)的發(fā)展，溫度的測(cè)量及控制變得越來越重要。本文采用單片機(jī) STC89S52設(shè)計(jì)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量及控制系統(tǒng)。單片機(jī)STC89S52能夠根據(jù)溫度傳感器DS18B20所采集的溫度在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示，通過控制從而把溫度控制在 設(shè)定的范圍之內(nèi)。所有溫度數(shù)據(jù)均通過4位數(shù)碼管LED顯示出來。系統(tǒng)可以根據(jù)時(shí)鐘存儲(chǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過該課程的學(xué)習(xí)使我們對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解、掌握常規(guī) 控制算法的使用方法、掌握簡(jiǎn)單微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步 鍛煉同學(xué)們?cè)谖⑿陀?jì)算機(jī)應(yīng)用方面的實(shí)際工作能力。1.2 功能要求說明設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定功能的數(shù)字溫度計(jì)

2、。該數(shù)字溫度計(jì)上電或按鍵復(fù)位后能自動(dòng)顯示系統(tǒng)提示符“ P. ”，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。測(cè)量溫度范圍0C99C,測(cè)量精度小數(shù)點(diǎn)后兩位，可以通過開始和結(jié)束鍵控制數(shù)字溫度計(jì)的工作狀態(tài)。1.3 設(shè)計(jì)課題總體方案介紹及工作原理說明1.3.1設(shè)計(jì)課題總體方案（1根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選擇AT89C52單片機(jī)為核心器件。（2溫度檢測(cè)器件采用 DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。與單片機(jī)的接口為 P3.6引腳。（3鍵盤采用獨(dú)立式按鍵，由三個(gè)按鍵組成，分別是：設(shè)置鍵SET ,加一建+1），確認(rèn)鍵RET 。（4SET鍵上下限溫度設(shè)置鍵）：當(dāng)該鍵按下時(shí)，進(jìn)入上下限溫度設(shè)置 功能。通過P0.1引腳接入。（5+1鍵 加一調(diào)整鍵）：在輸

3、入上下限溫度時(shí)，該鍵按下一次，被調(diào)整 位加一。通過P0.2引腳接入。（6RET鍵確認(rèn)鍵）：當(dāng)該鍵按下時(shí)，指向下一個(gè)要調(diào)整的位。通過P0.3引腳接入1.3.2 工作原理說明本課題以是 80S52 單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，利用 溫度傳感器DS18B20可以直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫 度值經(jīng)過DS18B20處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理，并與設(shè)置的溫度報(bào)警限比較，超過限度后通過揚(yáng)聲器報(bào)警。同時(shí)處理 后的數(shù)據(jù)送到LED中顯示。2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1課題硬件系統(tǒng)各模塊功能簡(jiǎn)要介紹硬件電路設(shè)計(jì)總體框圖為圖1：按鍵輸入電 路NLED顯示器驅(qū)動(dòng) 電路4 位

4、 LED顯示器V時(shí)鐘電路復(fù)單片機(jī)位電路、/溫度檢測(cè)電源電路圖12.1.1主控制器單片機(jī)AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口 就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。2.2.2顯示電路顯示電路采用四位共陽LED數(shù)碼管，從P3 口 RXD,TXD串口輸出段碼。2.2.3溫度傳感器DS18B20是美國(guó)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(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)

5、溫度，并且可根據(jù) 實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：?獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊?簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用?無需外部器件?可通過數(shù)據(jù)線供電?零待機(jī)功耗?測(cè)溫范圍-55+125C，以0.5 C遞增。華氏器件-67+2570F，以0.90F遞?溫度以9位數(shù)字量讀出?溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms典型值）?用戶可定義的非易失性溫度報(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。DS18B2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THffiTL、配置寄存器。DS18B2的管腳排列、各種封裝

6、形式如 圖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；GN為地信號(hào)；VD為可選擇的VD引腳。當(dāng)工作 于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。其電路圖如圖 2所示.。BOTTOM VIEWDALLASDS 1820DS18B20 TO-92PACKAGEGND匚16DQ匚25*口匸34DS18B20PTSOCUNZJNNCNC23DQ4ogp5NCNCNCGNDS18B20Z8-PIN SOIC (150-MIL)圖2外部封裝形式 在仿真軟件中如圖3所示圖3DS18B20的測(cè)溫原理如圖4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

7、頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量.計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55 C所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù) 器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 C所對(duì)應(yīng)的一 個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì) 數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新 被裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生

8、的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄 存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫圖 4中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非 線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)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(cè)溫度值，這就是DS18B20勺測(cè)溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因 此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖）-發(fā)ROM功能命令一發(fā)存儲(chǔ)器操作命令一處 理數(shù)據(jù)。圖4在正常測(cè)溫情況下，DS1820的測(cè)溫分辨力為0.5 C，可采用

9、下述方法獲得 高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令BEH讀出以0.5 C為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位 . 北京 : 高等教育出版社 ,2006. Yang Suhang. Analog electronic technology foundation (second edition. Beijing: higher education press, 2006【2】閻石著 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) (第五版 . 北京:高等教育出版社 ,2006.Yan Shi. Digital electronic technology base (fifth edi

10、tion. Beijing:higher education press, 2006.【 3】李全利，仲偉峰，徐軍著 . 單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 北京 : 清華大學(xué)社 ,2006.Li Quanli ZhongWeiFeng, Xu Junzhu. Single chip microcomputer principle and application. Beijing: tsinghua university club, 2006【4】楊路明著 C 語言程序設(shè)計(jì)教程 ( 第 2 版 北京：北京郵電大學(xué)出版 社， 2005.Yang Luming. C language programming t

11、utorial (second edition. Beijing: Beijing university of posts and telecommunications publishing house, 2005附錄一源程序#include typedef unsigned char uint8 。 typedef unsigned int uint16 。 typedef unsigned long uint32 。uint8 x 。 uint32 tvalue 。uint8 keyflag=0 。uint8 code table=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D

12、,0x7D,0x07,0x7F,0x6F /012346789 sbit DQ=P3A6 。/sbit DQ=P3A0 。/sbit dule=P2A6。/sbit wele=P2A7。/18B20 初始化成功燈亮sbit key1=P1A0 。 sbit led1=P3A0 。void delay(uint16 i while(i-*度傳感器*void init_18b20(r/18b20 的初始化 復(fù)位）DQ=1 。/初始化DQ線delay(8 。DQ=0 。/將 DQ 拉低，開始初始化時(shí)序 下降沿）delay(80 。/DQ拉低，保持 480960 微秒DQ=1 。delay(14 。/

13、DQ拉高，保持 60 微秒x=DQ 。/ 初始化成功 x 為 1if(x=1return(dat2led1=0 。 / 初始化成功燈亮 void write_18b20(uint8 datuint8 i。for(i=0 。 iDQ=1 。/18b20寫操作/ 一字節(jié) 8 位要寫滿初始化DQ線delay(4 。DQ=0 。/將 DQ 拉低，開始寫操作時(shí)序，15us 之內(nèi)要將所需寫的位送到DQ線上DQ=dat&0x01 。/從最低位取數(shù)時(shí)，要和 0X01 位與delay(7 。/將DC拉低后15-60US間對(duì)總線采樣DQ=1。/寫完后恢復(fù)delay(1 。/兩個(gè)寫時(shí)序間至少需要1uS 的恢復(fù)期da

14、t=1 。 / 將數(shù)據(jù)向右移一位，準(zhǔn)備寫入 下一個(gè)數(shù)據(jù)uint8 read_18b20(uint8 i,dat2。for(i=0。 i/* 讀操作*/ 讀一個(gè)字節(jié)的 8 位DQ=1 。/初始化DQ線delay(1 。dat2=1 。/dat 右移一位 , 使最高位空出DQ=0 。/將DQ拉低，開始讀操作時(shí)序delay(1 。/*注意不能延時(shí)太長(zhǎng)，否則讀數(shù)有誤 *DQ=1 。/將DQ拉高，使單片機(jī)檢測(cè) 18B20 的輸出電平if(DQ=1/ 如果檢測(cè)到 18B20 的輸出電平為1dat2|=0x80 。/將DQ線的1 取出，寫在 dat2 的最高位。位或后最高位為 1delay(6 。/兩個(gè)讀時(shí)

15、序間至少需要1uS 的恢復(fù)期/ 返回讀出的八位數(shù)據(jù)uint16 read_temp( / float tt 。讀取溫度值并轉(zhuǎn)換/float 型含小數(shù)uint8 TH,TL 。init_18b20( 。 / write_18b20(0xcc。/write_18b20(0x44 。/delay(500 。init_18b20( 。write_18b20(0xcc。/write_18b20(0xbe 。/TL=read_18b20( 。/TH=read_18b20( 。/tvalue=TH 。tvaluetvalue=8 。tvalue=tvalue|TL 。/* if(tvaluetflag=0

16、。else將DS18B20初始化跳過讀序列號(hào)啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換/ 溫度轉(zhuǎn)換需要一點(diǎn)時(shí)間跳過讀序列號(hào)讀取溫度先讀的是溫度值低位 接著讀的是溫度值高位/ 高 8 位 賦 給 16 位 的/ 左移 8 位/ 高、低位合并成為一個(gè) 16 位的數(shù) / 判斷正負(fù)tvalue=tvalue+1 。tflag=1 。 */tt=tvalue*0.0625 。tvalue=tt*100+0.5 。 /*10 后一位再四舍五入return(tvalue 。/ 乘上分辨率 0.0625溫度值擴(kuò)大 100 倍，精確到 1 位小數(shù)，/ 返回含有溫度信息的 16 位數(shù) , 前五位代表正負(fù) ,0000 0 表示正溫度， 1111

17、 1 表示負(fù)溫度/ 后 11 位代表溫度 , 前 7 位為整數(shù) , 最后四位為 小數(shù) ,這 11 位乘上 0.0625 得出的值就是實(shí)際溫度/ 比如現(xiàn)在 LSB 的最低四位是 0111 ，那么小數(shù)部分就是 0.0625*7=0.4375 ，如果取 1 位小數(shù)乘上 10，就是 “4”，四舍五入還是 4.void disp_1820( /uint8 a,b,c,d 。 tvalue=read_temp( 。 /d=tvalue/10000 。溫度值顯示/ 讀出溫度/ 百位數(shù) （已擴(kuò)大 100,所以取 10000的模/ 溫度十位數(shù)b=tvalue%1000/100 。/ 溫度個(gè)位數(shù)a=tvalue%

18、10000/1000 。c=tvalue%100/10 。 d=tvalue%10 。/溫度小數(shù)位溫度小數(shù)位P2=0xf7 。P0=tablec 。 delay(500 。/ 顯示十位P2=0xfb 。P0=tableb|0x80 delay(500 。/顯示個(gè)位及小數(shù)點(diǎn)P2=0xfd 。P0=tablea 。 delay(500 。/ 顯示小數(shù)位P2=0xfe 。P0=tabled 。/delay(500 。/ 顯示小數(shù)位/*/void disp_p(/p顯示P2=0xfe 。P0=0xf3 。delay(500 。void keyscan(/ 按鍵掃描函數(shù)if(key1=0/判斷第一鍵是否按下delay(1000 。 / 延時(shí) 0.01 秒, 消抖if(key1=0 / 再次判斷第一鍵是否真的按下 keyflag=keyflag 。/ 如果真的按下/ 松手檢測(cè)while(!key1void main(delay(100。while(1keyscan