《温度计实验报告》word版

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1、河南理工大学单片机课程设计报告 姓 名 ： 王静 杨 晓 雪 学 号 :0828030090/0828010150 专 业：电气工程及其自动化 指导老师： 李 宏 伟 时 间：2011年6月24日 摘要：在这个信息化高速发展的时代，单片机作为一种最经典的微控制器，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，作为自动化专业的学生，我们学习了单片机，就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字

2、显示，适用范围宽等特点。 关键词：单片机，数字控制，数码管显示，温度计，DS18B20，AT89S52。目录1、概述31.1设计目的31.2设计原理31.3设计难点32 、系统总体方案及硬件设计42.1数字温度计设计方案论证52.2. 主控制器52.2.3温度传感器52.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路.72.4 系统整体硬件电路设计83、系统软件设计93.1初始化程序93.2读出温度子程序103.3读、写时序子程序11 3.4延时程序124 Proteus软件仿真145、课程设计体会16附录1.17附录2.221概述1.1设计目的 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人

3、们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所介绍的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，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，可广泛用于食品库、冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。1.2设计原理 本系统是一个基于单片机AT89S52的数字温度计的设计，用来测量环境温度，测量范围为-50110度。整

4、个设计系统分为4部分：单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。整个设计是以AT89S52为核心，通过数字温度传感器DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后，使之能够方便地在数码管上输出。LED采用四位一体共阴的数码管。1.3设计难点 此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警，其外围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。2 系统总体方案及硬件设计2.1数字温度计设计方案论证 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之

5、类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。2.2总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用4位共阴LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 图1 总体设计框图2.2.

6、1 主控制器单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，适合便携手持式产品的设计使用。2.2.2 显示电路 显示电路采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，以使数码管高亮显示。2.2.3温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。DS18B20

7、采用脚PR35封装或脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。 图2 DS18B20内部结构64位ROM的结构开始位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写入用户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为字节的存储器，结构如图3所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率

8、。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3所示。低位一直为，是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC图3 DS18B20字节定义由下面表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的CRC码，可用来检

9、验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第、字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。表1 DS18B20温度转换时间表DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、T字节内容作比较。若TH或TTL，则将该器件内的

10、报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。 在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。2.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路图4 DS18B20与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的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，如图4 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电

11、流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉，多个DS18B20可以将2口串接到一条总线上，而本设计只用了一个DS18B20。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。2.4 系统整体硬件电路设计2.4.1 主板电路 系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，单片机主板电路如图5 所示：图5 单片机主板电路图5 中包括时钟振荡电路和按键复位电路，按键复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程

12、序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。另外扩展电路中，蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。2.4.2 显示电路 显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用P0和P3口,串口的发送和接收，采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，期望增加驱动电流，以使数码管高亮显示。图6 温度显示电路3系统软件设计系统程

13、序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。3.1初始化程序DQ置1短延时DQ置0延时450usDQ置1延时15-60us延时至少60usX=DQ结束X=DQ 图7 初始化程序流程图3.2读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的2字节，读出温度的低八位和高八位，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图8示初始化发跳过ROM指令开始温度转换延时2ms初始化写入跳过ROM、读取暂存器和CRC字节指令读取温度的低八位和高八位取中间八位结束 图8 读温度程序流程图3.3读、写时序子程序读写的程序是本次设计中

14、的重点和难点，通过我们对其时序的分析，从而写出高效的程序。写1，0时序读0，1时序DQ=0延时15usdat&=0x01dat1延时45usDQ=1结束 DQ置1短延时DQ置0延时450usDQ置1延时15-60us延时至少60usX=DQ结束X=DQ 3.4延时程序延时程序主要分为短延时和长延时，短延时如果要求十分的精确可以采用定时器，如果要求不太高的话可以采用普通函数的叠加，可以近似时间的延时。长延时同样的道理，不过要求不是很精确的话，可以采取语言结构的循环来实现延时。具体程序如下:表3 delay15（）延时函数的取值采样：n的取值1234101520222324时间17us48us69

15、us90us216us321us426us468us489us510us4 Proteus软件仿真5课程设计体会 经过将两周的单片机课程设计，终于完成了我们的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余不得不深思呀！ 在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是BCD码，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减

16、，显示处理时在用对不同的位，求商或求余，感觉效果比较好。还有时序的问题，通过这次的设计我明白了时序才真正是数字芯片的灵魂，所有的程序我们都可以通过对其时序的理解来实现对其操作，同时体会到了单总线结构的魅力。 从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。 最重要的是本次设计是两个人一组，让我们有种组队做单片机开发项目的感觉，毕竟一个项目只靠一个人是很难完成的，今后我们做的项目肯定要多人协作。在这次设计过程中培养了我们的团队协作精神，便于我

17、们走到工作岗位后能很快适应工作环境。 参考文献1DS18b20数据手册。2 求是科技编著8051系列单片机C程序设计完全手册北京: 人民邮电出版社, 20063 余发山，王福忠.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社，2003附录1：程序名称：DS18B20温度测量、报警系统简要说明：DS18B20温度计，温度测量范围099.9摄氏度 可设置上限报警温度、下限报警温度 即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器报警 默认上限报警温度为38、默认下限报警温度为5 报警值可设置范围：最低上限报警值等于当前下限报警值 最高下限报警值等于当前上限报警值 将下限报警值调为0时为关闭下限报警功能 */#i

18、nclude #include DS18B20.h #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定义#define SET P3_1 /定义调整键#define DEC P3_2 /定义减少键#define ADD P3_3 /定义增加键#define BEEP P3_7 /定义蜂鸣器bit shanshuo_st; /闪烁间隔标志bit beep_st; /蜂鸣器间隔标志sbit DIAN = P07; /小数点uchar x=0; /计数器signed char m; /温度值全局变量uchar n; /温度值全局变量uch

19、ar set_st=0; /状态标志signed char shangxian=38; /上限报警温度，默认值为38signed char xiaxian=5; /下限报警温度，默认值为38uchar code LEDData=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00;unsigned int ReadTemperature(void);/*延时子程序*/void Delay(uint num) while( -num );/*初始化定时器0*/void InitTimer(void) TMOD=0x1; TH0=0x3c;

20、TL0=0xb0; /50ms（晶振12M）/*定时器0中断服务程序*/void timer0(void) interrupt 1 using 0 TH0=0x3c; TL0=0xb0; x+;/*外部中断0服务程序*/void int0(void) interrupt 0using 1 EX0=0; /关外部中断0 if(DEC=0&set_st=1) shangxian-; if(shangxianxiaxian)shangxian=xiaxian; else if(DEC=0&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian99)shangxian=99; else if(A

21、DD=0&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxianshangxian)xiaxian=shangxian; /*读取温度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=ReadTemperature()-5; /获取温度值并减去DS18B20的温漂误差 a=c/100; /计算得到十位数字 b=c/10-a*10; /计算得到个位数字 m=c/10; /计算得到整数位 n=c-a*100-b*10; /计算得到小数位 if(m99)m=99;n=9; /设置温度显示上限 /*显示开机初始化等待画面*/Disp_init() P0 = 0x40;

22、 /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 P2 = 0xf7; P0 =0x39; /显示C Delay(300); P2 = 0xfb; P0 =LEDDatan; /显示个位 Delay(300); P2 = 0xfd; P0 =LEDDatam%10; /显示十位 DIAN = 1; /显示小数点 Delay(300); P2 = 0

23、xfe; P0 =LEDDatam/10; /显示百位 Delay(300); P2 = 0xff; /关闭显示/*显示报警温度子程序*/Disp_alarm(uchar baojing)P2 = 0xf7; P0 =0x39; /显示C Delay(200); P2 = 0xfb; P0 =LEDDatabaojing%10; /显示十位 Delay(200); P2 = 0xfd; P0 =LEDDatabaojing/10; /显示百位 Delay(200); P2 = 0xfe; if(set_st=1)P0 =0x76; else if(set_st=2)P0 =0x38; /上限H

24、、下限L标示 Delay(200); P2 = 0xff; /关闭显示/*报警子程序*/void Alarm() unsigned int i; for(i=0;i200;i+)/喇叭发声的时间循环，改变大小可以改变发声时间长短 Delay(80);/参数决定发声的频率，估算值 BEEP=!BEEP; BEEP=1; /喇叭停止工作，间歇的时间，可更改 Delay(20000); /*主函数*/void main(void) uint z; InitTimer(); /初始化定时器 EA=1; /全局中断开关 TR0=1; ET0=1; /开启定时器0 IT0=1; IT1=1; check_

25、wendu(); check_wendu(); for(z=0;z2)set_st=0; if(set_st=0) EX0=0; /关闭外部中断0 EX1=0; /关闭外部中断1 check_wendu(); Disp_Temperature(); if(m=shangxian) P1_0=1; else P1_0=0; if(m=shangxian)|(m=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0; if(shanshuo_st) Disp_alarm(shangxian); else if(set_st=2) BEEP=1; /关闭蜂鸣器 EX0=1; /开启外部中断0 EX1=1; /开启外部中断1 if(x=10)shanshuo_st=shanshuo_st;x=0; if(shanshuo_st) Disp_alarm(xiaxian); /*END*/附录2：整体原理图：