温度测量系统设计

1、目 录第 1章 单片机系统硬件电路. 11.1实习目的 .11.2单片机型号及特性. 11.3单片机开发板 .2第 2章 单片机应用系统软件. 62.1 STC 下载软件 .62.2 Keil 软件 .62.3外部电路驱动 .7第 3章 温度测量系统设计 .93.1 DS18B20.93.2设计原理 .103.3实现方法 .10第 4章 实习总结 .114.1实习体会 .114.2设计硬件体会 .11参考文献 .12附录 1实物图 .13附录 2系统主要程序 .14I东北石油大学生产实习总结报告第1章 单片机系统硬件电路1.1 实习目的1、了解单片机最小系统；2、了解 keilc软件操作，程序

2、下载及调试方法；3、掌握单片机外部电路使用；4、掌握键盘和数码管显示编程方法；5、应用单片机开发板进行实验开发；1.2 单片机型号及特性1、AT89S51 单片机功能及特点5l 系列单片机中典型芯片 (AT89S51)采用 40 引脚双列直插封装 (DIP) 形式，内部由CPU，4kB 的 ROM ， 256 B 的 RAM ，2 个 16b 的定时计数器 TO 和 T1，4 个 8 b 的I/O 端 I： P0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的 Flash 可编程、可擦除只读存储器 (EPROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息

3、保存的仪器和系统中更为有用。5l 系列单片机提供以下功能：4 kB 存储器； 256 BRAM ；32 条工 O 线；2 个16b 定时计数器； 5 个 2 级中断源； 1 个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式：CPU 停止工作，而让RAM 、定时计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式：保存 RAM 的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l 系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源， 即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。2、STC89C52 单片机功能及特点STC89C52 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/

4、低功耗 /超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051 单片机，12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以任意选择。增强型 8051 单片机， 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以任选选择，指令代码完全兼容传统8051；工作电压： 5.5V3.3V(5V 单片机 )/3.8V2.0V （3V 单片机）；工作频率范围： 040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz,实际工作频率可达48 MHz；用户应用程序空间为8K 字节；片上集成512 字节 PAM ；通用 I/O 口（ 32 个），复位后为： P1/P2/P3/P4是准双向口 /弱上拉， P0 口是漏极开路

5、输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻；ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直1东北石油大学生产实习总结报告接下载用户程序，数秒即可完成一片；具有EEPROM 功能；具有看门狗功能；共3 个16 位定时器 /计数器。即定时器 T0、T1、T2;外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；通用异步串行口（ UART ），还可用定时器软件实现多个 UART ；工作温度范围： -40+85 摄氏度（工业级）

6、/075 摄氏度（商业级）； PDIP 封装。1.3 单片机开发板1、复位电路单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。 复位后，PC 内容为 0000H,P0 口 P3 口内容为 FFH， SP 内容为 07H，SBUF 内容不定， IP、 IE 和 PCON 的有效位为 0，其余的特殊功能寄存器的状态均为 00H.图 1-1 为复位电路当单片机的复位引脚 RST(全称 REASTA)出现 2 个机器周期以上的高电平时， 单片机就执行复位操作。如果 RST 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电自动复位或按钮复位两种。上电复位要求接通电源后，

7、自动实现复位操作。 上电自动复位是通过外部复位电路给 C 充电加至 RST 引脚一个短的高电平信号， 此信号随着 Vcc 对电容 C 的充电过程而逐渐回落，即 RST 引脚上的高电平持续时间取决于电容 C 的充电时间。因此为保证系统能可靠地复位， RST 引脚上的高电平必须维持足够长的时间。2东北石油大学生产实习总结报告该电路参数为：晶振为12MHz 时，电容为 10F，电阻为 8.2K;晶振为 6MHz 时，电容为 22F，电阻为 1K。本设计采用上电复位电路，电路参数为电容 10F，电阻8.2K。2、晶振电路图 1-2 为晶振电路晶振选择是单片机应用设计的重要环节之一，因此很有必要了解晶振

8、电路的特点，作用等。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以有外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（ VCO ）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作， 以提供稳定，精确的单频振荡。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。 通常一个系统共用一个晶振， 便于各部分保持同步。 有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振， 而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用， 以提供系统所需的时钟频率。 如果不同子系统需要不同的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。单片机工作时，是一条一条地从 R

9、OM 中提取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间， 称之为一个机器周期， 这是一个时间基准。 一个机器周期包括 12 个时钟周期。如果一个单片机选择了 12MHz 晶振，它的时钟周期为 1/12us，它的一个机器周期是 12×(1/12us),也就是 1us。3东北石油大学生产实习总结报告在单片机的所有指令中， 有一些完成的比较快， 只要一个机器周期就行了， 有一些完成比较慢， 得要 2 个机器周期， 还有两条指令要 4 个机器周期才行。 为了衡量指令执行时间的长短， 又引入一个新的概念： 指令周期。 所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。例如，当需要计算 DJNZ

10、指令完成所需要的时间时， 首先必须要知道晶振的频率，设所用晶振为 12MHz ，则一个机器周期就是 1us。而 DJNZ 指令是双周期指令，所以执行一次要 2us。如果该指令需要执行 500 次，正好 1000us，也就是 1ms。3、键盘和中断图 1-3 为键盘电路键盘由行线列线交叉而成。列线接有上拉电阻。对第一行的行线置0，然后读取列线码，如果所有列线都是 1 说明买有被按下的键， 继续扫描下一行。 直到能读到 0 为止，读到 0 时所扫描的行就是该键的行码， 而 0 所在的位是列码。 一般的键盘扫描都做成中断形式，把列线所有线相与，只要有一个 0 就输出 0，将这个信号送给中断，就可以实

11、现在有键被按下时开启扫描了。在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中， 每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。中断：程序执行过程中， 允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行， 使其转向为处理外部或内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务程序后，CPU 继续

12、原来被打断的程序，这样的过程称为中断响应过程。AT89S51 单片机的中断系统有5 个中断请求源， 两个中断优先级， 可实现两级中断4东北石油大学生产实习总结报告服务程序嵌套。中断源：能产生中断的外部或内部事件。中断优先级：当有几个中断源同时申请中断时，或者CPU 正在处理某中断源服务程序时，又有另一个中断源申请中断，那么CPU 必须确定要优先去处理谁的能力，称为中断优先级。中断嵌套：优先级高的事件可以中断CPU 正在处理的低级的中断服务程序，待完成了高级中断服务程序后，再继续被打断的低级中断服务程序。这是中断嵌套问题。4、其它电路图 1-4图 1-4 为数码管显示电路LED 数码管实际上是由

13、七个发光管组成8 字形构成的，加上小数点就是8 个。这些段分别有字母 a， b， c， d， e，f ，g，dp 来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发光，以形成我们眼睛看到的字样了。数码管显示器有共阴极和共阳极两种。共阴极 LED 数码管的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。 当某个发光二极管的阳极为高电平时， 发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极 LED 数码管的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。 当某个发光二极管的阴极接低电平时， 发光二极管被点亮， 相应的段被显示。5东北石油大学生产实习总结报告第2章 单片机应用系统软件2.1 ST

14、C 下载软件STC-ISP 是一款单片机下载编程烧录软件，是针对 STC系列单片机而设计的，可下载 STC89系列、 12C2052系列和 12C5410等系列的 STC单片机，使用简便现已被广泛应用。连接硬件：将串口下载线一头与计算机串口相连， 另一头与学习版串口相连， 此时注意不要给学习版上电。运行 STC下载软件，第一步：选择单片机型号，与学习版单片机一致。第二步：打开要下载的 HEX文件。第三步：选择串口和波特率，波特率请选用默认值。第四步：请选用默认值，特别是下次冷启动选择“与下载无关”。第五步：点击下载按钮。最后给目标版上电，程序下载即可完成。图 2-1 为 STC下载主界面2.2

15、 Keil 软件Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界6东北石油大学生产实习总结报告面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51 生成的目标代码效率非常之高， 多数语句生成的汇编代码很紧凑， 容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和使用。Keil C51 单片机软件开发系统的整体结构， C51 工具包的整体结构， uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境 (IDE) ，可以完成编辑

16、、 编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 C51 及 C51 编译器编译生成目标文件 (.OBJ)。目标文件可由 LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件 (.ABS) 。ABS文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件，以供调试器 dScope51或 tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中。Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体

17、现高级语言的优势。2.3 外部电路驱动1、串口AT89S51 单片机串行口有两个物理上对立的接收、发送缓冲器SBUF ，可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入不能输出，接收缓冲器只能读出不能写入，两个缓冲器共用一个特殊功能寄存器字节地址（99H ）。SCON 用于控制和监视串行口的工作状态, 其各位定义相应的各位功能介绍如下 : SM0 、 SM1:用于定义串行口的操作模式,两个选择位对应4 种模式 ,见表 6.2。其中 fOSC 是振荡器频率, UART 为通用异步接收和发送器的英文缩写。SM2:多机通信时的接收允许标志位。在模式2 和3 中, 若 SM2 = 1,且接收到的第9 位数据（

18、 RB8 ）是 0, 则接收中断标志 （ RI ）不会被激活。 在模式 1 中 , 若 SM2=1且没有接收到有效的停止位, 则 RI 不会被激活。在模式0 中 , SM2必须是0特殊功能寄存器PCON 中 , 只有一位（最高位）SMOD 与串行口的工作有关,该位是串行口波特率系数的控制位: SMOD=1时 , 波特率加倍, 否则不加倍。PCON 的地址为87H, 不可位寻址 , 因此初始化时需要字节传送。2、定时器MCS51 单片机内部有两个可编程的定时器/计数器，以满足这方面的需要。它们具有两种工作模数（计数器模式、 定时器模式）和四种工作方式（ 方式 0、方式 1、方式 2、方式 3），

19、其控制字均在相应的特殊功能寄存器（ SFR）中，通过对它的 SFR 的编程，可以方便的选择工作模数和工作方式。定时器 /计数器，本质上都是加法计数器，当对固定周期的脉冲信号计数时是定时器，对脉冲长度不确定的信号计数时是计数器。每接收到一个计数脉冲， 加法计数器的值就加一， 当计满时发生溢出， 并从 0 开始继续计数。加法计数器的计满溢出信号就是定时 /计数器的输出，该信号使 TCON 的某位（TF07东北石油大学生产实习总结报告或 TF1 位）置一，作为定时器 /计数器的溢出中断标志。 C/T0，为定时器模式，内部计数器对晶振脉冲 12 分频后的脉冲计数，该脉冲周期等于机器周期，所以可以理解为

20、对机器周期进行计数。从计数值可以求得计数的时间，所以称为定时器模式。 C/T1，为计数器模式，计数器对外部输入引脚 T0（ P3.4）或 T1（ P3.5）的外部脉冲（负跳变）计数，允许的最高计数频率为晶振频率的 1/24。3、中断程序执行过程中， 允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行， 使其转向为处理外部或内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务程序后， CPU 继续原来被打断的程序，这样的过程称为中断响应过程。中断请求源：外部中断请求源： 即外中断 0 和 1，经由外部引脚引入的， 在单片机上有两个引脚，名称为 INT0 、INT1 ，也就是 P3.2、P3.3 这两个引脚。在内部的

21、TCON 中有四位是与外中断有关的。 IT0 ：INT0 触发方式控制位，可由软件进和置位和复位， IT0=0，INT0 为低电平触发方式， IT0=1，INT0 为负跳变触发方式。 IE0：INT0 中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置 1（这由硬件来完成），在 CPU 响应中断后，由硬件将 IE0 清 0。 IT1、 IE1 的用途和 IT0、 IE0 相同。内部中断请求源： TF0：定时器 T0 的溢出中断标记，当 T0 计数产生溢出时，由硬件置位 TF0。当 CPU 响应中断后，再由硬件将 TF0 清 0。TF1：与 TF0 类似。 TI 、 RI：串行口发送、接收中断。中

22、断响应过程： CPU 响应中断时，首先把当前指令的下一条指令（就是中断返回后将要执行的指令） 的地址送入堆栈， 然后根据中断标记， 将相应的中断入口地址送入PC，PC 是程序指针， CPU 取指令就根据 PC 中的值， PC 中是什么值，就会到什么地方去取指令，所以程序就会转到中断入口处继续执行。 这些工作都是由硬件来完成的， 不必我们去考虑。8东北石油大学生产实习总结报告第3章 温度测量系统设计3.1 DS18B20DS18B20 数字温度计是DALLAS 公司生产的 1Wire ，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这

23、样的数字温度计，十分方便。DS18B20 产品的特点：采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量， 使用方便等优点， 使用户可轻松地组建传感器网络， 为测量系统的构建引入全新概念；测量温度范围宽，测量精度高DS18B20 的测量范围为 55。 C 到 125。C；在使用中不需要任何外围元件；持多点组网功能，多个DS18B20可以并排在唯一的单线上，实现多点测温；供电方式灵活DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。 因此，当数据线上的时序满足一定要求时，可以不接外

24、部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高；测量参数可配置DS18B20 的测量分辨率可通过设定 912 位；负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；掉点保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM,在系统掉点以后， 它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。图 3-1 为 DS18B20管脚9东北石油大学生产实习总结报告3.2 设计原理这次的设计利用了数字温度传感器 DS18B20 以及单片机 STC89C52 开发测温系统的过程，在设计中主要包括温度采集模块， 温度转换模块和显示模块三大部分。 DS18B20 与传统的温度计相比，其具有读数方便，测温范围广，测温准确，

25、输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研实验室使用。该设计使用AT89S51芯片，测温传感器使用DALLAS 公司 DS18B20，用数码管来实现温度显示。通过实验测试得到结果： 电源接通时可以对当前的环境温度进行测量并显示。在外界人为的温度刺激下可以对温度的变化进行调整并显示，从而达到数码测温的目的。图 3-2 为主程序流程图3.3 实现方法程序开始首先对温度传感器 DS18B20 进行复位，检测是否正常工作；接着读取温度数据，主机发出 CCH 指令与在线的 DS18B20 联系，接着向 DS18B20 发出温度 A/D 转换 44H 指令，再发出温度寄存器的温度值 B

26、EH 指令，并反复调用复位，写入及读取数据子程序，之后再经过数据转换，由数码管显示出来，不断循环。10东北石油大学生产实习总结报告第4章 实习总结4.1 实习体会在这次的实习中， 我通过老师的讲解， 去图书馆查找书籍， 在网上的论坛学习等多种途径，学到了很多的知识。我本次的设计成品是以单片机 18B20芯片作为核心部件，实现温度测温的功能。 这次的设计我在软件、 编写程序方面花费了很多的时间。 通过自己亲自动手，我现在已经熟练掌握了 Keil C51 集成开发环境的使用方法，并且掌握了单片机芯片烧写方法与步骤等。这次的实习对于我是一个很好的机会，使我可以用专业知识、专业技能分析问题，解决问题。

27、这对于我将来的就业方面会有很大的帮助。 虽然短暂的实习已经结束了， 但是它却让我的生活过的很充实，让我对我的专业有了更深的理解和体会。4.2 设计硬件体会本次课程设计使我认识到了设计思路是实施操作的扎实基石。一个良好的设计思路，是电路的生命。宁愿在思路设计上多花上 50%的时间。因为前期看似慢， 实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间。通过这次设计让我真正体会到了书本知识永远是基础， 而基础正是你向高层次迈进的扎实阶梯，没有这个基础，就无法实现技术上的腾飞。在实践当中，灵活运用书本上所讲的知识，万变不离其中，只有扎实掌握了核心的方法，才有可能做到活用巧用。11东北石油

28、大学生产实习总结报告参考文献1 王建霞，史杰，吴丽辉 .非接触智能测温系统的设计原理 J. 河北工业科技.2000，（ 3）：25-27.2 张俊谟 .单片机的发展与应用 J. 电子制作 .2007，（8）： 7-9.3 宁玉杰，程杰，王育欣 .非接触测温误差的修正方法研究 J .小型微型计算机系统.2002，（3）：58-62.4 闫毅 .单片机的应用于开发 J. 科技风 .2008，（17）：5 吴岩 .单片机在电子技术中的应用和开发技术研究 J. 黑龙江科技信息.2011，（ 9）：45-49.6 居水荣 .单片机及其发展趋势 J. 半导体情报 .2001，（2）：15-18.12东北石

29、油大学生产实习总结报告附录 1 实物图13东北石油大学生产实习总结报告附录 2 系统主要程序#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DS=P20;/ 定义 DS18B20 接口int temp;uchar flag1;void delay();/延时子函数， 5 个空指令code unsigned char table= 0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x8

30、0, 0x90,/ 0-9 0123456789 0x88, 0x83, 0xc6, 0xa1, 0x86, 0x8e,/ 10-15a b c d e f0x7F, 0xBF, 0x9C, 0xFF/ 16-19. - 。null;uchar code wei=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;unsigned char l_tmpdate8=0,0,0,0,0,0,0,0;/定义数组变量，并赋值1，2，3，4，5，6，7，8，就是本程序显示的八个数int tmp(void);void tmpchange(void);void tmpwritebyte(uchar dat);uchar tmpread(void);14东北石油大学生产实习总结报告bit tmpreadb