課程設(shè)計論文基于單片機(jī)溫度計設(shè)計

1、摘要隨著時代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個基于89s51單片機(jī)的測溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器ds18b20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點(diǎn)對傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，特別是數(shù)字溫度傳感器ds18b20的數(shù)據(jù)采集過程。對各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報警溫度，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぁ⑥r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其

2、它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。ds18b20與at89c51結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。在學(xué)習(xí)了單片機(jī)的的基本原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的，綜合利用所學(xué)單片機(jī)知識完成一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計并仿真實(shí)現(xiàn)，從而加深對單片機(jī)軟硬件知識的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗；進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本方法和步驟。本設(shè)計的目標(biāo)是單片機(jī)和溫度傳感器及其相關(guān)實(shí)現(xiàn)溫度的測量和數(shù)字顯示，測量精度小于0.5°c，可以設(shè)置溫度的上下限，超出測溫范圍可以有蜂鳴器報警。本設(shè)計是一款簡單實(shí)用的小型數(shù)字溫度

3、計，本次數(shù)字溫度計的設(shè)計共分為六部分，主控制器，led顯示部分，傳感器部分，復(fù)位部分，時鐘電路，報警電路。主控制器即單片機(jī)部分，用于存儲程序和控制電路；led顯示部分是指四位共陰極數(shù)碼管，用來顯示溫度；傳感器部分，即溫度傳感器，用來采集溫度，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；復(fù)位部分，即復(fù)位電路。測量的總過程是，傳感器采集到外部環(huán)境的溫度，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理判斷后將溫度傳遞到數(shù)碼管顯示。本設(shè)計能完成的溫度測量范圍是+35°c+40.5°c。超出此范圍報警部分就會發(fā)出警告。本設(shè)計設(shè)計理念是應(yīng)用于小雞的孵化，在小雞孵化室內(nèi)，最適孵化溫度為+35°c+40°c

4、，在超出此范圍時，就會發(fā)出報警，并及時提醒工作人員將室溫調(diào)整致適合溫度。關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ds18b20 溫度傳感器 數(shù)字溫度計 at89s52目錄1 概述31.1 課程設(shè)計的目的和意義31.2 設(shè)計的任務(wù)和要求32 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)置42.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證42.1.1方案一42.1.2 方案二42.2系統(tǒng)總體設(shè)計42.3系統(tǒng)模塊52.3.1 主控制器52.3.2 顯示電路62.3.3溫度傳感器72.3.4報警溫度調(diào)整按鍵83軟件設(shè)計103.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計103.2程序設(shè)計103.2.1 主程序103.2.3二進(jìn)制轉(zhuǎn)換bcd碼命令子程序113.2.4 計算溫度子程序123.2.

5、5溫度數(shù)據(jù)顯示子程序124 實(shí)驗仿真135 課程設(shè)計體會17參考文獻(xiàn)17附1 源程序代碼18附2 系統(tǒng)原理圖301 概述1.1 課程設(shè)計的目的和意義本次課程設(shè)計是在我們學(xué)過單片機(jī)后的一次實(shí)習(xí)，可增加我們的動手能力。特別是對單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計有很大幫助。本課程設(shè)計由兩個人共同完成，在鍛煉了自己的同時也增強(qiáng)了自己的團(tuán)隊意識和團(tuán)隊合作精神。通過課程設(shè)計使我進(jìn)一步熟悉了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和步驟；通過利用mcs-51單片機(jī)，理解單片機(jī)在自動化裝置中的作用以及掌握單片機(jī)的編程調(diào)試方法；通過設(shè)計一個簡單的實(shí)際應(yīng)用輸入控制及顯示系統(tǒng)，掌握protues和keil以及各

6、種仿真軟件的使用1.2 設(shè)計的任務(wù)和要求 1、基本范圍-50-110 2、精度誤差小于0.5 3、led數(shù)碼直讀顯示 4、可以任意設(shè)定溫度的上下限報警功能 5、默認(rèn)報警范圍35-40.52 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)置2.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證 2.1.1方案一 由于本設(shè)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(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，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，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應(yīng)值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進(jìn)行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。

7、 2.1.2 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(jìn)行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實(shí)現(xiàn)，而且使用單片機(jī)的接口便于系統(tǒng)的再擴(kuò)展，滿足設(shè)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(fèi)用較低，可靠性高，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計 溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)at89s51，溫度傳感器采用ds18b20，用3位led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。at89s51led顯示ds18

8、b20溫 度 傳 感 器單片機(jī)復(fù)位蜂鳴器，指示燈示燈報警溫度調(diào)整鍵時鐘振蕩圖2.21總體設(shè)計方框圖圖2.22系統(tǒng)仿真圖2.3系統(tǒng)模塊 系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。 2.3.1 主控制器 單片機(jī)at89s51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，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。晶振采用12mhz。復(fù)位電路采用上電加按鈕復(fù)位。圖2.3.11晶振電路圖2.3.12復(fù)位電路 2.3.2 顯示電路 顯示電路采用4位共陰極led數(shù)碼管，p0口由上拉電阻提高驅(qū)動能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動。p2口的低四位作為數(shù)碼

9、管的位選端。采用動態(tài)掃描的方式顯示。圖2.3.2 數(shù)碼管顯示電路 2.3.3溫度傳感器 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)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。ds18b20的性能特點(diǎn)如下： 1、獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信； 2、多個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 3、無須外部器件； 4、可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5； 5、零待機(jī)功耗； 6、溫度以或位數(shù)字； 7、用戶可定義報警設(shè)置； 8、報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限

10、定溫度（溫度報警條件）的器件； 9、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； ds18b02可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個mosfet管來完成對總線的上拉。 當(dāng)ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時vdd端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 圖2.3.3 溫度傳感器與

11、單片機(jī)的連接 2.3.4報警溫度調(diào)整按鍵 本系統(tǒng)設(shè)計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設(shè)置報警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個分別用于設(shè)置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。圖2.3.4 按鍵電路 3軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本次課程設(shè)計采用的是protues軟件仿真，用keil軟件進(jìn)行編譯。protues軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 軟件部分由主程序，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。 開始 初

12、始化 調(diào)顯示子程序 得出溫度總子程序 返回 圖3-1 主程序流程3.2程序設(shè)計 3.2.1 主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)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(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖3-1所示。 3.2.2 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(jìn)行crc校驗，校驗有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3-2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9字節(jié)完？crc校驗正？確？移入溫度暫存器結(jié)束nnyy 圖3-2 讀出溫度子程序流程 3.2.3二進(jìn)

13、制轉(zhuǎn)換bcd碼命令子程序 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換bcd碼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。二進(jìn)制轉(zhuǎn)換bcd碼命令子程序流程圖，如圖3-3發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束 圖3-3二進(jìn)制轉(zhuǎn)換bcd碼流程圖 3.2.4 計算溫度子程序?qū)am中讀取值進(jìn)行bcd碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖3-4所示。開始溫度零下?ny溫度值取補(bǔ)碼置“-”標(biāo)志置“+”標(biāo)志計算小數(shù)位溫度bcd值 計算整數(shù)位溫度bcd值 結(jié)束圖3-4 測量溫度流程圖 3.2.5溫度數(shù)據(jù)顯示子程序

14、顯示數(shù)據(jù)子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，查表送段碼至led，開位碼顯示，采用動態(tài)掃描方式。數(shù)碼管顯示4 實(shí)驗仿真 進(jìn)入protuse后，連接好電路，并將程序下載進(jìn)去。將ds18b20的改為0.1，數(shù)碼管顯示溫度與傳感器的溫度相同。 圖41 溫度顯示仿真 當(dāng)按下set鍵一次時，進(jìn)入溫度報警上線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置的溫度報警上線，按add或dec分別對報警溫度進(jìn)行加一或減一。 當(dāng)再次按下set鍵時，進(jìn)入溫度報警下線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置的溫度報警下線，按add或dec分別對報警溫度進(jìn)行加一或減一。圖42 溫度調(diào)試仿真當(dāng)?shù)谌伟聪聅et鍵時，退出溫度報警線設(shè)置。顯示當(dāng)前溫度。實(shí)驗

15、結(jié)果實(shí)物圖：電路板背面飛線圖：室溫測試結(jié)果：5 課程設(shè)計體會 通過這次對數(shù)字溫度計的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字溫度計的原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實(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)際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。 通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。 在焊接過程中我曾將溫度傳感器的電源、地焊

16、反啦，導(dǎo)致溫度傳感器急劇發(fā)熱，后經(jīng)觀察和查詢資料才得以改正。 從這次的課程設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(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，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。參考文獻(xiàn)1 康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分(第五版).高等教育出版社.2006.103-1082余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.31-323 51單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng) 4 康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分(第五版).高等教育出版社.2006.103-108附1 源程序代碼/*程序名稱：d

17、s18b20溫度測量、報警系統(tǒng)簡要說明：ds18b20溫度計，溫度測量范圍099.9攝氏度 可設(shè)置上限報警溫度、下限報警溫度 即高于上限值或者低于下限值時蜂鳴器報警 默認(rèn)上限報警溫度為40.5、默認(rèn)下限報警溫度為35 報警值可設(shè)置范圍：最低上限報警值等于當(dāng)前下限報警值 最高下限報警值等于當(dāng)前上限報警值將下限報警值調(diào)為0時為關(guān)閉下限報警功能特別加入防抖動的中斷延時程序 編 寫：jiangx.net最后更新：09/04/16晚于寢室*/#include <at89x52.h>#include "ds18b20.h" #define uint unsigned int

18、#define uchar unsigned char /宏定義#define set p3_1 /定義調(diào)整鍵#define dec p3_2 /定義減少鍵#define add p3_3 /定義增加鍵#define beep p3_7 /定義蜂鳴器bit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit dian = p07; /小數(shù)點(diǎn)uchar x=0; /計數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志signed char shangxian=40.5; /上限報警

19、溫度，默認(rèn)值為40.5signed char xiaxian=35; /下限報警溫度，默認(rèn)值為35uchar code leddata=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;unsigned int readtemperature(void);voiddelay1(ucharz)uintx,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);/*延時子程序*/void delay(uint num) while( -num );/*初始化定時器0*/void inittimer(void) t

20、mod=0x1; th0=0x3c; tl0=0xb0; /50ms（晶振12m）/*定時器0中斷服務(wù)程序*/void timer0(void) interrupt 1 using 0 th0=0x3c; tl0=0xb0; x+;/*外部中斷0服務(wù)程序*/void int0(void) interrupt 0using 1 ex0=0; /關(guān)外部中斷0 if(dec=0&&set_st=1) delay1(10);if(dec=0&&set_st=1) shangxian-; if(shangxian<xiaxian)shangxian=xiaxian;

21、 else if(dec=0&&set_st=2) delay1(10);if(dec=0&&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian<0)xiaxian=0; /*外部中斷1服務(wù)程序*/void int1(void) interrupt 2 using 2 ex1=0; /關(guān)外部中斷1 if(add=0&&set_st=1) delay1(10);if(add=0&&set_st=1) shangxian+; if(shangxian>99)shangxian=99; else if(add=0&

22、amp;&set_st=2) delay1(10);if(add=0&&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian; /*讀取溫度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=readtemperature()-5; /獲取溫度值并減去ds18b20的溫漂誤差 a=c/100; /計算得到十位數(shù)字 b=c/10-a*10; /計算得到個位數(shù)字 m=c/10; /計算得到整數(shù)位 n=c-a*100-b*10; /計算得到小數(shù)位 if(m<0)m=0;n=0

23、; /設(shè)置溫度顯示上限 if(m>99)m=99;n=9; /設(shè)置溫度顯示上限 /*顯示開機(jī)初始化等待畫面*/disp_init() p0 = 0x40; /顯示- p1= 0xf7; delay(200); p1 = 0xfb; delay(200); p1 = 0xfd; delay(200); p1 = 0xfe; delay(200); p1 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/disp_temperature() /顯示溫度 p1 = 0xf7; p0 =0x39; /顯示c delay(300); p1 = 0xfb; p0 =leddatan; /顯示個位 de

24、lay(300); p1 = 0xfd; p0 =leddatam%10; /顯示十位 dian = 1; /顯示小數(shù)點(diǎn) delay(300); p1 = 0xfe; p0 =leddatam/10; /顯示百位 delay(300); p1 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示報警溫度子程序*/disp_alarm(uchar baojing)p1 = 0xf7; p0 =0x39; /顯示c delay(200); p1 = 0xfb; p0 =leddatabaojing%10; /顯示十位 delay(200); p1 = 0xfd; p0 =leddatabaojing/10; /顯示百位 delay(200); p1 = 0xfe; if(set_st=1)p0 =0x76; else if(set_st=2)p0 =0x38; /上限h、下限l標(biāo)示 delay(202); p1 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*報警子程序*/void alarm() unsigned int i; for(i=0;i<200;i+)/喇叭發(fā)聲的時間循環(huán)，改變大小可以改變發(fā)聲時間長短 delay(30);/參數(shù)決定發(fā)聲的頻率，估算值 beep=!beep; beep=0.5; /喇叭停止工作，間歇的時間，可