温度测量课程设计总结

1、单片机课程设计报告数字温度计姓名：姚栋铭、吴朝阳、陈家宝学号：学3011120512301112191230111221专业班级：自动化122指导老师：郭振武所在学院：2021年6月9日摘要环境温度对工业、农业、商业和人们的日常生活都有很大的影响,而温度的测量也就成为人们生产生活中一项必不可少的工作.传统的测温仪测量费时,准确度也较低,数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示.随着单片机技术的不断开展,单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛,温度传感器DS18B2QM有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰水平强、使用方便等优点,广泛应用于冰箱、空

2、调器、粮仓等日常生活中温度的测量和限制.本设计所介绍的数字温度计使用单片机AT89S52测温传感器使用DS18B2Q用4位共阴极LED数码管以动态方式实现温度显示,分时轮流通电,从而大大简化了硬件线路,节省了I/O口.DS18B2Q&字温度传感器是单总线器件与51单片机组成的测温系统,具有线路简单、体积小等特点,而且在一根通信线上,可以挂接多个DS18B2Q因此可以构成多点温度测控系统.目录1概述-2-1.1 设计题目-2-1.2 设计目的-2-1.3 设计要求-2-1.4 设计任务-2-2系统总体方案及硬件设计-3-2.1 总体方案说明-3-2.2 总体方框图-3-2.3 系统各局部

3、硬件电路设计-3-3系统软件设计-8-3.1 主程序-8-3.2 主程序流程图错误！未定义书签.3.3 DS18B2Q的软件设计-8-5心得体会-11-参考文献-12-附1源程序代码-13-附2系统原理图-21-1概述1.1 设计题目数字温度计1.2 设计目的使用单片机AT89S52和温度传感器DS18B2C®现根本范围-50C-110c的测量,显示精度误差小于0.5C,用4位LED数码直接读出温度.1.3 设计要求1 .综合运用课程中所学到的理论知识完成一个设计课题2 .通过查阅手册和文献资料,培养分析和解决实际问题的水平3 .学会单片机电路的设计4 .学会撰写课程设计总结报告5

4、.培养严肃认真的工作作风1.4设计任务1 .掌握单片机AT89S52的根本结构及工作原理2 .了解温度传感器DS18B220勺工作原理3 .实现温度的测量4 .掌握单片机系统的分析和设计方法2系统总体方案及硬件设计2.1 总体方案说明该数字温度计由电源电路、晶振电路、复位电路、下载电路、单片机、数字显示电路、温度测量电路组成.可以实现根本范围-50C-110c的测量.当开关处于开的状态时才可实现上述功能,否那么不可实现.2.2 总体方框图2.3 系统各局部硬件电路设计D2.3.1 AT89S52单片机简介与最小系统设计AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS前微限制器,具有8K在系统可编程F

5、lash存储器.AT89S52®用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容.片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器.在单芯片上,AT89S52拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式限制应用系统提供高灵活、超有效的解决Zu02.3.2 复位电路设计MCS-52单片机通常采用上电自动复位、按钮电平复位、外部脉冲复位、上电+按钮电平复位、程序运行监视复位等方式.AT89S52需要外加复位电路,本设计采用按键+上电复位,上电复位是利用电容充电来实现的,即上电瞬间RST/Vpd端的电位与Vcc相

6、同,随着充电电流的减少,最后被嵌位在0V,采用10uF的C3和10K的R2可以保证加在引脚上的高电平持续2个机器周期,即使单片机有效地复位.按键可以随时使电路复位,当键按下时1K的R1和10K的R2串联分压使RST为高电平,即复位.图22.3.3 时钟晶振电路MCS-51内部有一个用于构成震荡器的高增益反向放大器,此放大器的输入端和输出端分别是XTAL1和XTAL2在XTAL1和XTALZlk接晶振可构成时钟电路.时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用,是保证系统正常工作的根底.晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢.本次设计采用内部方式的外部时钟接法.为到达振荡周期是12MHz勺要求,这

7、里要采用12MHz勺晶振,电容C1、C2对频率有微调作用,故外接晶振时,C1和C2在本设计中选择30pF,振荡频率取12MHz晶振的两个引脚分别连到XTAL1和XTAL2g荡脉冲输入弓|脚.具体连接图如图3所示：C2TEXT：:IIXII.CRYSTALuaJui30pF2.3.4 显示电路本次设计中采用共阴极数码管作为显示器.LED的驱动电路简单,使用方便,具有耗电少、本钱低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动、使用寿命长等优点.LED显示器与单片机的接口一般有动态显示与静态显示接口两种电路.1、静态显示方式：是指当显示器显示某一字符时,发光二极管的位选始终被选中.在这种显示方式下,每一个LE

8、四码管显示器都需要一个8位的输出口进行限制,显示稳定,提升了CPU勺工作效率.其缺乏之处是占用硬件资源较多,每个LED数码管需要独占8条输出线.随着显示器位数的增加,需要的I/O口线也将增加.2、动态显示方式：动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器称为扫描,即每个数码管的位选被轮流选中,多个数码管公用一组段选,段选数据仅对位选选中的数码管有效.对于每一位显示器来说,每隔一段时间轮流点亮.显示器的亮度既与导通电流有关,也与点亮时间和间隔时间的比例有关,由于扫描速度极快,显示效果与静态驱动相同.通过调整电流和时间参数,可以既保证亮度,又保证显示.本次设计中,由于单片机本身提供的I/O口有限,

9、本次设计采用动态显示,数码管采用的是共阴极接法.用AT89S52的P0口作段码输出时,驱动水平相当大,但由于输出极为漏极开路电路,驱动拉电流负载,引脚上应外接上拉电阻.因此,在本次设计中我们将数码管各段加上拉电阻后接单片机P0口.我们把P2口的输出信号直接接到数码管的位选端作为位选信号,低电平有效.图42.3.5 数字温度传感器DS18B20本次设计的硬件电路简单,关键的地方在DS18B20也是最复杂难懂的.由DALLA评导体公司生产的DS18B2M单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及限制仪器、测控系统和大型设备中.它具有体积

10、小,接口方便,传输距离远等特点.DS18B20勺性能特点： 采用单总线专用技术,既可通过用行口线,也可通过其它I/O口线与微机接口,无须经过其它变换电路,直接输出被测温度值9位二进制数,含符号位 测温范围为-55C-+125C,测量分辨率最小为0.0625C 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM DS18B20ft使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 适配各种单片机或系统机 测量结果直接输出数字温度信号,以“一线总线串行传送给CPU同时可传送CRCJ验码,具有极强的抗干扰纠错水平 用户可分别设定各路温度的上、下限 适应电压范围宽,3.05.5V,

11、在寄生电源方式下可由数据线供电DS18B20勺管脚排歹I如图5所示.引脚功能如表1所示厅P名称引脚功能描述12Vcc可选择的Vcc弓1脚.当工作于寄生电源时,此引脚必须接地.DQ数据输入/输出引脚.开漏单总线接口弓1脚.当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源.3GND地信号.表1DS1820主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROW线接口、存放中间数据的高速暂存器内含便笺式RAM,用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与限制逻辑、8位循环冗余校验码CRC发生器等七局部内部,其内部结构框图如图6所示.图6DS18B20内部结构64位ROM勺结构开始8位是产品类型的编号,接着

12、是每个器件的惟一的序号,共有48位,最后8位是前面56位的CRC佥验码.温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入户报警上下限.DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20T以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20勺1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源.另一种是寄生电源供电方式,单片机端口接单线总线,为保证在有效的DS18B20寸钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFE管来完成对总线的上拉.本实验采用第一种.DS18B20勺测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其

13、振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入.器件中还有一个计数门,当计数门翻开时,DS18B2CM对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量.计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55c所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度存放器中,计数器1和温度存放器被预置在-55C所对应的一个基数值.减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度存放器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度存放器的累

14、加,此时温度存放器中的数值就是所测温度值.其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍关闭就重复上述过程,直到温度存放器值大致等于被测温度值.由于DS18B20勺单线通讯功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要.系统对DS18B20的各种操作按协议进行,操作协议为：初始化DS18B20g复位脉冲-写ROMft能指令-发存储器操作命令-处理数据.DS18B20有六条限制命令指令约定代码操作说明温度转换44H启动DS18B208行温度转换读暂存器BEH读暂存器9个字节内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的THTL字节复制暂存器48H把暂存器的THTL字节写至J?RAW重新调Pra

15、mB8H把?RAW的THTL字节写至ij暂存器THTL字节读电源供电方式B4H启动DS18B2函送电源供电方式的信号给上CPU3系统软件设计3.1主程序3.3DS18B20的软件设计DS18B2喘件要求采用严格的通信协议,以保证数据的完整性.该协议定义了几种信号类型：复位脉冲,应答脉冲时隙；写0,写1时隙；读0,读1时隙.与DS18B20勺通信,是通过操作时隙完成单总线上的数据传输.发送所有的命令和数据时,都是字节的低位在前,高位在后.DS18B20的初始化(1)先将数据线置高电平“1.(2)延时(该时间要求的不是很严格,但是尽可能的短一点)(3)数据线拉到低电平“0.(4)延时750微秒(该

16、时间的时间范围可以从480到960微秒).(5)数据线拉到高电平“1.(6)延时等待(如果初始化成功那么在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0.据该状态可以来确定它的存在,但是应注意不能无限的进行等待,不然会使程序进入死循环,所以要进行超时限制).(7)假设CPU卖到了数据线上的低电平“0后,还要做延时,其延时的时间从发出的高电平算起(第(5)步的时间算起)最少要480微秒.(8)将数据线再次拉高到高电平“1后结束.DS18B20初始化程序为：voidInit_DS18B20(void)(unsignedcharx=0;DQ=1;/DQ复位Delay_DS18B20

17、(8);/稍做延时DQ=0;/单片机将DQ拉低Delay_DS18B20(80);/精确延时,大于480usDQ=1;/拉高总线Delay_DS18B20(14);x=DQ;/稍做延时后,如果x=0那么初始化成功,x=1那么初始化失败Delay_DS18B20(20);DS18B20的写操作(1)数据线先置低电平“0.(2) 延时确定的时间为15微秒.(3)按从低位到高位的顺序发送字节(一次只发送一位).(4) 延时时间为45微秒.(5) 将数据线拉到高电平.(6)重复上(1)到(6)的操作直到所有的字节全部发送完为止(7)最后将数据线拉高.DS18B20的写程序为voidWriteOneCh

18、ar(unsignedchardat)(unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i-)(DQ=0;DQ=dat&0x01;Delay_DS18B20(5);DQ=1;dat>>=1;DS18B20的读操作(1)将数据线拉高“1.(2)延时2微秒.(3)将数据线拉低“0.(4)延时15微秒.(5)将数据线拉高“1.(6)延时15微秒.(7)读数据线的状态得到1个状态位,并进行数据处理.(8)延时30微秒.DS18B20的读程序为unsignedcharReadOneChar(void)(unsignedchari=0;unsignedchardat=0;

19、for(i=8;i>0;i-)(DQ=0;/给脉冲信号dat>>=1;DQ=1;/给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;Delay_DS18B20(4);return(dat);5心得体会课程设计是培养我们综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题的水平.通过这次单片机课程设计,使我们对单片机的结构、根本工作原理、单片机应用系统开发有了进一步的了解,特别是在硬件设计和软件编程方面有了很大提升.温度计的硬件设计电路简单,但由于DS18B20软件设计复杂,需要搞清其工作原理,时序.在设计的过程中,通过请教老师和同学,上网或上图书馆查资料将这些问题解决.这样不仅稳固了以前

20、所学过的知识,加深了我对所学知识的理解,而且学到了很多在书本上未涉及的知识,锻炼了搜集有用信息的水平.软件编程过程中,由于采用C语言编程,而我们以前从未涉足,所以参考了别人的设计思路,琢磨研究弄懂后,又试着修改程序,在不满足要求时反复思考,究竟出错在哪里,经过不懈努力,找出错误所在,最终满足了要求.在编译仿真时对软件KeivuVision3.0和Proteus熟悉更多,发现了Proteus的很多优点,同时也发现它的缺乏之处,过于理想化,如果完全依赖,那么硬件有可能无法工作.在硬件设计过程中,需要考虑很多问题,例如元器件参数的选取,单片机的实际驱动水平.在实际电路的设计时,必须软硬件相结合,使布

21、局合理且软件设计的简单.本次设计由两人共同完成,也培养了我们的团队合作精神.总的来说,这次课程让我们收获很大参考文献1余发山主编.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社.2003.122白泽生.用MCS-51单片机实现温度的检测J.现代电子技术.2005.103李玉梅编著.基于MCS-51系列单片机原理的应用设计.国防工业出版社4余小平、奚大顺编著.电子系统设计根底篇.北京：北京航空航天大学出版社,2007.35郭爱芳主编.传感器原理及应用.西安电子科技大学出版社.2007.56/7谭浩强著.C语言程序设计.清华大学出版社.2005.7附1源程序代码#include<AT89X5

22、2.h>#include"math.h"#include"DS18B20.h"#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar宏定义#defineONP#defineSETP3#defineDECP：#defineADDP#defineHBP3#defineLBP3#defineBEEPP3_bitshanshuo_st;bitbeep_st;sbitDIAN=P0A7;ucharx=0;ucharset_st=0;3_0定义限制显示的开关键_1/定义调整键3_2定义减少键3_3/定义增加键,_6定义超过

23、上限的报警灯_7/定义彳氐于卜限的报警灯_5定义蜂鸣器闪烁间隔标志蜂鸣器间隔标志小数点计数器状态标志ucharstate=0;开关状态标志signedcharm;温度值全局变量ucharn;温度值全局变量signedcharshangxian=33;/上限报警温度,默认值为33signedcharxiaxian=-5;/下限报警温度,默认值为-5ucharcodeLEDData尸0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;/*延时子程序*/voidDelay(uintnum)while(-num);/*初始化定时器0*/void

24、InitTimer(void)TMOD=0x1;TH0=0x3c;TL0=0xb0;/50ms(晶振12M)/*定时器0中断效劳程序*/voidtimer0(void)interrupt1TH0=0x3c;TL0=0xb0;x+;/*外部中断0效劳程序*/voidint0(void)interrupt0EX0=0;关外部中断0if(DEC=0&&set_st=1)shangxian-;if(shangxian<xiaxian)shangxian=xiaxian;elseif(DEC=0&&set_st=2)xiaxian-;if(xiaxian<-5

25、0)xiaxian=-50;)/*外部中断1效劳程序*/voidintl(void)interrupt2(EX1=0;关外部中断1if(ADD=0&&set_st=1)(shangxian+;if(shangxian>110)shangxian=110;)elseif(ADD=0&&set_st=2)(xiaxian+;if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian;)/*读取温度*/voidcheck_wendu(void)(intc;c=ReadTemperature();/获取温度值m=c/10;/计算得到整数n=

26、abs(c)%10;/计算得到小数)/*显示开机初始化等待画面*/Disp_init()(P0=0x40;显示-P2=0xf7;Delay(200);P2=0xfb;Delay(200);P2=0xfd;Delay(200);P2=0xfe;Delay(200);P2=0xff;关闭显示)/*显示温度子程序*/Disp_Temperature()显示温度(P0=LEDDatan;显示个位P2=0xfe;Delay(300);P0=LEDDataabs(m)%10;显示十位DIAN=1;显示小数点P2=0xfd;Delay(300);P0=LEDDataabs(m)/10-abs(m)/100*

27、10;显示百位P2=0xfb;Delay(300);if(m<0)P0=0x40;elseif(m/100)P0=LEDDatam/100;elseP0=0x00;P2=0xf7;Delay(300);P2=0xff;关闭显示)/*显示报警温度子程序*/Disp_alarm(signedcharbaojing)if(baojing<0)P0=0x40;/显示-elseif(baojing/100)P0=LEDDatabaojing/100;elseP0=0x00;P2=0xf7;Delay(200);P0=LEDDataabs(baojing)/10-abs(baojing)/10

28、0*10;/显示百位P2=0xfb;Delay(200);P0=LEDDataabs(baojing)%10;/显示十位P2=0xfd;Delay(200);if(set_st=1)P0=0x76;P2=0xfe;Delay(200);显示上限H'elseif(set_st=2)P0=0x38;P2=0xfe;Delay(200);显示下限LP2=0xfe;Delay(200);P2=0xff;关闭显示/*报警子程序*/voidAlarm()(if(x>=10)beep_st=beep_st;x=0;if(m>=shangxian&&beep_st=1)HB

29、=0;BEEP=0;elseif(m<xiaxian&&beep_st=1)LB=0;BEEP=0;elseBEEP=1;HB=1;LB=1;/*主函数*/voidmain(void)uintz;InitTimer();初始化定时器EA=1;/全局中断开关TR0=1;ET0=1;/开启定时器0IT0=1;IT1=1;check_wendu();for(z=0;z<300;z+)Disp_init();while(1)if(ON=0)Delay(2000);dowhile(ON=0);state+;if(state>1)state=0;if(SET=0&

30、&state=1)Delay(2000);dowhile(SET=0);set_st+;x=0;shanshuo_st=1;if(set_st>2)set_st=0;if(set_st=0&&state=1)EX0=0;关闭外部中断0EX1=0;关闭外部中断1check_wendu();Disp_Temperature();Alarm();报警检测elseif(set_st=1&&state=1)BEEP=1;HB=1;LB=1;关闭蜂鸣器与灯EX0=1;开启外部中断0EX1=1;开启外部中断1if(x>=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0;if(shanshuo_st)Disp_alarm(shangxian);elseif(set_st=2&&state=1)BEEP=1;HB=1;LB=1;关闭蜂鸣器与灯EX0=1;开启外部中断0EX1=1;开启外部中断1if(x>=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0;if(shanshuo_st)Disp_alarm(xiaxian);/*END*/#include<AT89X52.h>#defineDQP3_4定义DS18B20总线I/O/*延时子程序*/voi