數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)(單片機(jī))

1、目 錄1 設(shè)計(jì)目的 . 錯(cuò) 誤!未定義書(shū)簽。2. 設(shè)計(jì)要求 . 錯(cuò) 誤!未定義書(shū)簽。3. 總體設(shè)計(jì)方案 . 錯(cuò) 誤!未定義書(shū)簽。 3.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證 . 錯(cuò) 誤!未定義書(shū)簽。 3.2方案一的總體設(shè)計(jì)框圖 . 錯(cuò) 誤!未定義書(shū)簽。 3.3DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 . 錯(cuò) 誤!未定義書(shū)簽。 3.4系統(tǒng)整體硬件電路 . . 錯(cuò) 誤!未定義書(shū)簽。 3.5系統(tǒng)軟件算法分析 . 5 3.6讀出溫度子程序 . 6 3.7溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 . 7 3.8計(jì)算溫度子程序 . . 83.9顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 . . 94. 總結(jié)與體會(huì) . 11參考文獻(xiàn) . 11附錄 . 錯(cuò) 誤!未定

2、義書(shū)簽。 3.1、元器件選擇 . 8 3.1. 1、 單片機(jī)選擇 . 8 3.1. 2、 溫度傳感器選擇 . 8 3.2、溫度檢測(cè)電路 . 10 3.3、溫度報(bào)警電路 . 11單片機(jī)課程設(shè)計(jì)目的:單片機(jī)原理及接口技術(shù)是一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課,是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,單片機(jī)課程設(shè)計(jì)要求將所 學(xué)的理論知識(shí)通過(guò)實(shí)踐加強(qiáng)理解和認(rèn)識(shí),提高學(xué)生們的單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求:1.根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體電路圖,闡述系統(tǒng)中各個(gè)單元電路的工作原理3.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、電路中元器件的選擇,參數(shù)確定4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、主程序流程圖和主要子程序流程圖5.給出系

3、統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件元器件清單6.列出參考資料題目二 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容:采用 MCS-51系列單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀驗(yàn)證通過(guò)。二、設(shè)計(jì)要求:1.設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)(電路包括復(fù)位、晶振電路、外擴(kuò) 3個(gè) 2764共 24KROM 、 3個(gè) 6264共 24KRAM 等2.設(shè)計(jì)鍵盤(pán) /顯示器接口電路。3.設(shè)計(jì)溫度測(cè)量接口電路4.通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的測(cè)量和顯示(溫度顯示:25.85.通過(guò)鍵盤(pán)可預(yù)置溫度報(bào)警值,實(shí)現(xiàn)溫度越限報(bào)警功能。三、總體設(shè)計(jì)方案3.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路,可以使用熱敏電阻之類(lèi)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

4、處理,在顯示電路上,就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái),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。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。所以采用方案二整機(jī)電路分析圖 3.4 設(shè)計(jì)方框 本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為微控制器,分為四個(gè)模塊(如上圖 2.3 :測(cè)溫電路 , 數(shù)碼管顯示 , 報(bào)警電路 , 復(fù)位電路。單片機(jī) I/O口資源的利用:P1口作為數(shù)碼管控制端輸入, P2口作為測(cè)溫電路測(cè)量溫度值的輸 入, P0口(已外接了上拉電阻作為數(shù)碼

5、管顯示輸出, P2.7接蜂鳴器 ,P2.4接溫度傳感器 DS18B20。采 用 12MHZ 晶振。電源采用 5V 為單片機(jī), LED ,蜂鳴器供電。主要技術(shù)指標(biāo):準(zhǔn)確度達(dá)微秒級(jí),以市電 220V50HZ 為輸入電源,工作溫度 -10 60。該電路經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)分析,繪圖,制板、焊接、仿真調(diào)試等工 作后溫度計(jì)成形。第三章 硬件設(shè)計(jì)電路3.1 元器件選擇3.1. 1 單片機(jī)選擇對(duì)于單片機(jī)的選擇,可以考慮使用 8031與 8052系列,由于 8031沒(méi)有內(nèi)部 RAM ,系統(tǒng)又需要大量?jī)?nèi)存 存儲(chǔ)數(shù)據(jù),因而不適用。 AT89S52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗,高性能 CMOS8 位單片機(jī),片 內(nèi)含

6、4kbytes 的可編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器 , 兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存 儲(chǔ)器既可在線編程(ISP ,也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程,所以低價(jià)位 AT89S52單片機(jī)可為提供許多高性 價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合,可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域,對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。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,很適合便攜手持式產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20是一種新型的“一線器件”,其體積更小、更適用于多 種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 DALLAS

7、 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20是世界上第一片 支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍為 -55+125 攝氏度,可編程為 9位12 位轉(zhuǎn)換精 度,測(cè)溫分辨率可達(dá) 0.0625攝氏度,分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中,掉電 后依然保存。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出;其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入,也可以 采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上, 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較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系 統(tǒng),具有線路簡(jiǎn)單,

8、在一根通信線,可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì),十分方便。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 、配置寄存器。 DS18B20的管腳排列、各種封裝形式, DQ 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開(kāi)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; GND 為地信號(hào); VDD 為可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工 作于寄生電源時(shí),此引腳必須接地。、3.2 溫度檢測(cè)電路DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式, DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來(lái)完成。 DS18B20 的電源供電方式有 2 種 : 外部供電方式和

9、寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí) , VDD 和 GND 均接地 , 他在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用 , 原理是當(dāng) 1 W ire 總線的信號(hào)線 DQ 為高電平時(shí) , 竊 取信號(hào)能量給 DS18B20 供電 , 同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電 , 當(dāng) DQ 為低電平時(shí)釋放能量為 DS18B20供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路 , 軟件控制變得復(fù)雜 (特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時(shí) , 同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此 , 在條件允許的場(chǎng)合 , 盡量采用外供電方式。無(wú)論是內(nèi) 部寄生電源還是外部供電, I/O口線要接 5K 左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。

10、DS18B20與芯片 連接電路如圖 3.2所示:圖 3.2 DS18B20與單片機(jī)的連接外部電源供電方式是 DS18B20最佳的工作方式,工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強(qiáng),而且電路也比較簡(jiǎn) 單,可以開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在開(kāi)發(fā)中使用外部電源供電方式,畢竟比寄生電源方式 只多接一根 VCC 引線。在外接電源方式下,可以充分發(fā)揮 DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn),即使電源電 壓 VCC 降到 3V 時(shí),依然能夠保證溫度量精度。由于 DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線,因此它和主機(jī)(單片機(jī)通信是需要串行通信,而 AT89S51 有兩個(gè) 串行端口,所以可以不用軟件來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)單線接口訪問(wèn) DC

11、18B20 必須遵循如下協(xié)議:初始化、 ROM 操作命令、存儲(chǔ)器操作命令和控制操作。要使傳感器工作,一切處理均嚴(yán)格按照時(shí)序。3.3 溫度報(bào)警電路本設(shè)計(jì)的發(fā)揮部分,是加入了報(bào)警,如果我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設(shè)備,一當(dāng)設(shè)備的溫度超過(guò) 我們所設(shè)定的溫度值時(shí),系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。報(bào)警時(shí)由單片機(jī)產(chǎn)生一定頻率的脈沖, 由 P2.7引腳輸出, P2.7外接一只 PNP 的三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)楊 聲器發(fā)出聲音,以便操作員來(lái)維護(hù),從而達(dá)到報(bào)警的目的。如下圖 (g :圖 3.3 溫度報(bào)警電路(3數(shù)據(jù)顯示模塊:采用 4位一體共陰 LED 顯示器。本課程設(shè)計(jì)中,顯示器型號(hào)選取 SM420564。在采用動(dòng)態(tài)掃描方式時(shí), 要使得

12、LED 顯示的比較均勻,又有足夠的亮度,需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率,根據(jù)課設(shè)任務(wù)所要求的功能確 定。顯示電路如下: 其中:A G 管腳與 P0口的 P1.0P1.6相連,確定顯示器被選中數(shù)據(jù)位的段碼;2, 3, 4管腳分別于 P3口的 P3.4, P3.5, P3.7相連,確定顯示器的位碼,分別對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)的百位, 十位和個(gè)位。(4硬件電路的安裝與調(diào)試電路的安裝與調(diào)試是我們這次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一, 也是整個(gè)過(guò)程的最難階段。 在整個(gè)過(guò)程中, 開(kāi)始的時(shí)候我和我們組的組員們都信心百倍,一切進(jìn)展順利,直到硬件連接完畢接上 5V 電源時(shí),第一個(gè)問(wèn) 題擺在我們面前,顯示器示數(shù)存在卻不發(fā)生變化,甚至在外界溫度

13、變化比較大時(shí)也一樣,開(kāi)始我們懷疑是 硬件連線有問(wèn)題,可是經(jīng)過(guò)反復(fù)檢查,并不斷對(duì)照資料上各個(gè)元器件管腳圖及其相應(yīng)功能,并沒(méi)發(fā)現(xiàn)連線 方面的錯(cuò)誤。之后,有的組員懷疑是程序有問(wèn)題,可是也有的組員提出系 統(tǒng)仿真并沒(méi) 有出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題,所以不應(yīng)該是這樣。最后經(jīng)過(guò)討論,我們一致決定檢查程序。因?yàn)檐浖橛布?wù),硬 件出現(xiàn)了問(wèn)題,也不能完全說(shuō)程序一定正確?？墒墙?jīng)過(guò)重新確認(rèn),檢查程序漏洞,并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤, 大家開(kāi)始感覺(jué)有點(diǎn)煩了, 不過(guò)好在大家的信心并沒(méi)有喪失, 我們開(kāi)始查找資料而且向身邊的同學(xué)虛心求教, 最終我們把目標(biāo)鎖定在溫度傳感器 DS18B20器件和顯示器 SM420564上, 確認(rèn)是兩者可能存在問(wèn)題

14、。 后又分 開(kāi)檢測(cè)兩者之一,經(jīng)過(guò)軟件程序的單獨(dú)處理,我們得出最終結(jié)論,我們所領(lǐng)取的元器件 DS18B20是劣質(zhì)品。 我們重新申請(qǐng)領(lǐng)取了一個(gè) DS18B20,用其替換了原來(lái)的那個(gè),發(fā)現(xiàn)一切運(yùn)行正常,經(jīng)過(guò)測(cè)試各方面的性能, 而且反復(fù)檢查了幾遍,一致認(rèn)定硬件電路的性能完全符合我們的任務(wù)要求指標(biāo)。直到這時(shí),大家才松了一 口氣,每個(gè)人都很興奮,完全沒(méi)有了之前的煩悶。至此,裝調(diào)工作結(jié)束。3.5系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序,讀出溫度子程序,溫度轉(zhuǎn)換命令子程序,計(jì)算溫度子程序,顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。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的測(cè)量的當(dāng)前溫度值,溫度測(cè)量每 1s

15、進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度,其程序流程見(jiàn)圖 7所示。 圖 7 主程序流程圖3.6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(shí)需進(jìn)行 CRC 校驗(yàn),校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行 溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。其程序流程圖如圖 8示圖 8讀溫度流程圖讀出溫度轉(zhuǎn)換的子程序:EMPER: SETB P2.0 ; 定時(shí)入口LCALL INIT_1820JB 20H.1,TSS2RET ; 若 DS18B20不存在則返回TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳過(guò) ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALL WRITE_1820L

16、CALL INIT_1820MOV A,#0CCH ; 跳過(guò) ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200MOV 37H,A ; 將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存RET3.7溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令, 當(dāng)采用 12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 750ms , 在本程 序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖,圖 9所示 圖 9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 溫度命令子程序:TEMPER_COV:MOV A,#0F0HANL A,36H ; 舍去溫

17、度低位中小數(shù)點(diǎn)SWAP AMOV 37H,AMOV A,36HJNB ACC.3,TEMPER_COV1 ; 四舍五入去溫度值 INC 37HTEMPER_COV1:MOV A,35HANL A,#07HSWAP AADD A,37HMOV 37H,A ; 保存變換后的溫度數(shù)據(jù)LCALL BIN_BCDRET3.8 計(jì)算溫度子程序其程序流程圖如圖 10所示。 圖 10 計(jì)算溫度流程圖計(jì)算機(jī)溫度子程序:BIN_BCD:MOV 39H,37HMOV A,37HMOV B,#100DIV ABMOV 38H,AMOV 37H,BXCH A,BMOV B,#10DIV ABMOV 37H,AMOV 3

18、6H,BRET3.9 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(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。程序流程圖如圖 11。 圖 11顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖 顯示數(shù)據(jù)子程序:READ_18200:MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位 DS18B20中讀RE00:MOV R2,#8RE01:CLR CSETB P2.0NOPNOPCLR P2.0NOPNOPNOPSETB P2.0NOPNOPMOV C,P2.0MOV R3,#35RE20:DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01MOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE00RET 4