基于AT89S52單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)黎奔騰

1、. . . . 鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)選題名稱：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)系 （院）：機(jī)械工程系（東院）專 業(yè)：機(jī)電一體化班 級(jí)：3092班姓 名：黎奔騰 指導(dǎo)老師：安紅戰(zhàn) 錄目1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)綜述2 1.1項(xiàng)目設(shè)計(jì)概述.21.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求.21.3項(xiàng)目程設(shè)計(jì)方案.22 系統(tǒng)設(shè)計(jì).4 2.1 圖框設(shè)計(jì)方案.4 2.2DS18B20簡(jiǎn)介.4 2.2.1單片機(jī)AT89S52簡(jiǎn)介.43硬件設(shè)計(jì).6 3.1電路圖原理.6 3.2DS18B20與單片機(jī)接口的設(shè)計(jì).6 3.3顯示電路圖接口.7 3.4其他外圍電路.84 軟件設(shè)計(jì).11 4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖.11 4.2程序清單.12 5 系統(tǒng)

2、仿真與調(diào)試.17 5.1.硬件調(diào)試.17 5.2軟件調(diào)試 .17總結(jié).18參考文獻(xiàn).191項(xiàng)目設(shè)計(jì)綜述1.1項(xiàng)目設(shè)計(jì)概述在生活和生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到一些測(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)?；贏T89S52單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)具有制作簡(jiǎn)單、成本低、讀數(shù)方便、測(cè)溫圍廣和測(cè)溫準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。1.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求基于AT89S52單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)要求如下： 溫度值用4位LED數(shù)碼管顯示 測(cè)溫圍為30100，且測(cè)量誤差不得大于±0.5 成品的體積、質(zhì)量盡可能小。1.3項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案大多單片機(jī)接口輸入的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，或有帶AD轉(zhuǎn)換的高端單片機(jī)也可

3、以輸入模擬信號(hào)。由單片機(jī)獲取非電信號(hào)的溫度信息，必須通過溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量雖多以熱敏電阻作為溫度傳感器。但是，熱敏電阻的可靠性較差、測(cè)量溫度精度較低，而且還需經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。因此，使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20了簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)、方便單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)、節(jié)約成本。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 圖框設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析，基于AT89S52單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)由AT89S52單片機(jī)控制器、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)圖框如圖21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AT89S52提供時(shí)鐘頻率。傳感器采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)

4、的一種智能溫度傳感器DS18B20，其測(cè)溫圍為-50125，最高分辨率可達(dá)0.0625，可完全符合設(shè)計(jì)要求。2.2DS18B20簡(jiǎn)介本公司最新推出TS-18B20數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。 1: 技術(shù)性能描述 1.1 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。 1.2 測(cè)溫圍 55+125，固有測(cè)溫分辨率0.5。 1.3 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)

5、在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 1.4 工作電源: 35V/DC 1.5 在使用中不需要任何外圍元件 1.6 測(cè)量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送 1.7 不銹鋼保護(hù)管直徑 6 1.8 適用于DN1525, DN40DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫 1.9 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選 1.10 PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。 2：應(yīng)用圍 2.1 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲(chǔ)罐，電訊機(jī)房，電力機(jī)房，電纜線槽等測(cè)溫和控制領(lǐng)域 2.2 軸瓦，

6、缸體，紡機(jī)，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測(cè)溫和控制。 2.3 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以與中低溫干燥箱等。 2.5 供熱/制冷管道熱量計(jì)量，中央空調(diào)分戶熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測(cè)溫和控制 2.3單片機(jī)AT89S52簡(jiǎn)介AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8k Bytes Flash 片程序儲(chǔ)存器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入輸出（I0）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為并通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式，暫停工作，而定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口

7、，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電式凍結(jié)振蕩器而保存的數(shù)據(jù)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有、和等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：·兼容Mcs51指令系統(tǒng) ·可反復(fù)擦寫（1000次）ISP Flash ROM·32個(gè)雙向IO口 ·4.55.5v工作電壓·3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ·時(shí)鐘頻率033MHz·全雙工作UART穿行中斷口線·256bit部RAM·2個(gè)外部中斷源 ·低功耗空閑和省電模式·中斷喚醒省電模式 ·3級(jí)加密位 ·

8、看門狗（WDT）電路 ·軟件設(shè)置空閑和省電功能·靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 ·雙數(shù)據(jù)寄存器指針3硬件設(shè)計(jì)3.2 DS18B20與單片機(jī)接口的設(shè)計(jì)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)IO均由同條線來完成。DS18B20的電源供電方式有2種：外部供電方式和寄生電源方式。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)1W ire總線的信號(hào)線DQ為高電平，竊取電信號(hào)能量給DS18B20供電，同時(shí)一部分能量雖給部電容充電，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

9、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。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，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設(shè)計(jì)采用外部供電方式。如下圖所示：3.3顯示電路接口本設(shè)計(jì)顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管來顯示測(cè)量得到的溫度值。LED數(shù)碼管能在低電壓工作，而且體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)，因此本次設(shè)計(jì)選用此數(shù)碼管作為顯示器件。一個(gè)LED數(shù)碼管只能顯示一位的字符，如果字符位數(shù)不止一位，可以用幾個(gè)數(shù)碼管組成，但要控制多位的顯示電路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要

10、顯示的字符是什么，控制電路應(yīng)將字符的七段碼通過輸出口連接到LED的ag的引腳，是某些段點(diǎn)亮，某些段處于熄滅狀態(tài)。字位控制是指控制在多位顯示器中，哪幾位發(fā)光或那幾位不發(fā)光，字位控制則需要通過字位碼作用于LED數(shù)碼管的公共引腳，是某一位或某幾位的數(shù)碼管可以發(fā)光。數(shù)碼光顯示電路分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示方式時(shí)指每一個(gè)數(shù)碼管的字段控制是獨(dú)立的，每一個(gè)數(shù)碼管都需要配置一個(gè)8位輸出口來輸出該字位的七段碼。應(yīng)此需要顯示多位時(shí)需要多個(gè)輸出口，通常片并口不夠用，需要在片外擴(kuò)展。動(dòng)態(tài)顯示又稱為掃描顯示方式，也就是在某一時(shí)刻只能讓一個(gè)字位處于選通狀態(tài)，其他字位一律斷開，同時(shí)在字段線上發(fā)出該位要顯示的字段碼，

11、這樣在某一時(shí)刻某一位數(shù)碼管就會(huì)被點(diǎn)亮，并顯示出相應(yīng)的字符。下一刻該改變所顯示的字位和字段碼，點(diǎn)亮另一個(gè)數(shù)碼管，顯示另一個(gè)字符。繞后一次掃描輪流點(diǎn)亮其他數(shù)碼管，只要掃描速度快，利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，會(huì)使人感覺到幾位數(shù)碼管都在穩(wěn)定的顯示。本次試驗(yàn)用74LSO4非門作驅(qū)動(dòng)。如圖所示3.4其他外圍電路復(fù)位電路：在單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)部就執(zhí)行復(fù)位操作。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上點(diǎn)瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平逐漸下降。只要RST引腳保

12、持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)用的上電與接鍵均有效的復(fù)位。電路圖如下：時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式生產(chǎn)：一是部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用部時(shí)鐘方式，在單片機(jī)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了自己震蕩器并在單片機(jī)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容器的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF.j晶振CYS的振蕩頻率圍在1.212MHz和6MHz.本設(shè)計(jì)采用12MHz晶振，電容值為30pF。在電路總體設(shè)計(jì)中，先從片程序儲(chǔ)存器取指還是從部程序儲(chǔ)存器取指的選擇信號(hào)。當(dāng)EAVpp接高電平時(shí)

13、，先從片程序存儲(chǔ)器讀取指令，讀完4KB后，自動(dòng)改為片外取指。 若EAVpp接低電平，則所有指令均從片外程序存儲(chǔ)器讀取。ALE腳用于輸出允許地址所存信號(hào)。PSEN腳用于外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，在對(duì)外部程序存儲(chǔ)器取指操作時(shí)此引腳置低電平有效。在執(zhí)行片程序存儲(chǔ)器取指時(shí)PESN腳無效。本設(shè)計(jì)無片外程序儲(chǔ)存區(qū)擴(kuò)展，所以將EAVpp接高電平，ALE與PSEN腳懸空。4軟件設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)流程圖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)量值每1s進(jìn)行一次。這樣可以在1s之測(cè)量一被測(cè)溫度，其程序流程如圖4-1所示讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀

14、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，其流程圖如圖42所示。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。計(jì)算溫度子程序RAM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，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0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。4.2程序清單#include "reg51.h"#include "intrins.h" /延時(shí)函數(shù)用#define Disdata P1 /段碼輸出口#define

15、 discan P3 /掃描口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P37; /溫度輸入口sbit DIN=P17; /LED小數(shù)點(diǎn)控制uint h;uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;/溫度小數(shù)部分用查表法uchar code dis_712=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,

16、0xbf;/* 共陽LED段碼表 "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-" */ uchar code scan_con4=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; / 列掃描控制字uchar data temp_data2=0x00,0x00; / 讀出溫度暫放uchar data display5=

17、0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/顯示單元數(shù)據(jù),共4個(gè)數(shù)據(jù),一個(gè)運(yùn)算暫存用void delay(uint t)/11微秒延時(shí)函數(shù)for(;t>0;t-);scan()/顯示掃描函數(shù)char k; for(k=0;k<4;k+) /四位LED掃描控制 Disdata=dis_7displayk; if(k=1)DIN=0; discan=scan_conk;delay(90);discan=0x00; ow_reset(void)/18B20復(fù)位函數(shù)char presence=1;while(presence)while(presence) DQ=1;_nop_()

18、;_nop_();DQ=0; delay(50); / 550usDQ=1; delay(6); / 66uspresence=DQ; / presence=0繼續(xù)下一步 delay(45); /延時(shí)500uspresence = DQ;DQ=1; void write_byte(uchar val)/18B20寫命令函數(shù)uchar i;for (i=8; i>0; i-) /DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usDQ = val&0x01; /最低位移出delay(6);

19、 /66usval=val/2; /右移一位DQ = 1;delay(1); uchar read_byte(void)/從總線上讀取一個(gè)字節(jié)uchar i;uchar value = 0;for (i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value>>=1;DQ = 0; /_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4usDQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us if(DQ)value|=0x80;delay(6); /66usDQ=1;return(value);read_t

20、emp()/讀出溫度函數(shù)ow_reset(); /總線復(fù)位write_byte(0xCC); / 發(fā)Skip ROM命令write_byte(0xBE); / 發(fā)讀命令temp_data0=read_byte(); /溫度低8位temp_data1=read_byte(); /溫度高8位ow_reset();write_byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉(zhuǎn)換命令work_temp()/溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)uchar n=0; /if(temp_data1>127) temp_data1=(256-temp_data1);temp_data0

21、=(256-temp_data0);n=1;/負(fù)溫度求補(bǔ)碼display4=temp_data0&0x0f;display0=ditabdisplay4;display4=(temp_data0&0xf0)>>4)|(temp_data1&0x0f)<<4);/display3=display4/100;display1=display4%100;display2=display1/10;display1=display1%10;if(!display3)display3=0x0A;if(!display2)display2=0x0A;/最高位為

22、0時(shí)都不顯示if(n)display3=0x0B;/負(fù)溫度時(shí)最高位顯示"-"main()/主函數(shù)Disdata=0xff; /初始化端口discan=0xff;for(h=0;h<4;h+)displayh=8;/開機(jī)顯示8888ow_reset(); / 開機(jī)先轉(zhuǎn)換一次write_byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉(zhuǎn)換命令for(h=0;h<500;h+) scan(); /開機(jī)顯示"8888"2秒while(1) read_temp(); /讀出18B20溫度數(shù)據(jù) work_temp()

23、; /處理溫度數(shù)據(jù) for(h=0;h<500;h+) scan(); /顯示溫度值2秒 5系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真與調(diào)試5.1硬件調(diào)試先排除硬件電路故障，包括設(shè)計(jì)性錯(cuò)誤和工藝性故障，一般原則先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)。利用萬用表或測(cè)試儀器，檢查電路中的各器件與引腳是否連接正確，是否有短路故障。先要將單片機(jī)AT89S52芯片取下，對(duì)電路板進(jìn)行通電檢查，通過觀察看是否有異常，然后用萬用表測(cè)試個(gè)電源電壓，若這些都沒問題，則接上仿真機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試觀察各接線口線路是否正常。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試是利用仿真工具進(jìn)行再線仿真調(diào)試，我們用KELL軟件調(diào)試，處發(fā)現(xiàn)和解決程序錯(cuò)誤外，還可以發(fā)現(xiàn)硬件上的問題。總結(jié)經(jīng)過將近兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)把實(shí)物都做了出來，高興之余不得不深思??！在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做