单片机课程设计基于proteus仿真软件的数字温度计的设计

《单片机课程设计基于proteus仿真软件的数字温度计的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计基于proteus仿真软件的数字温度计的设计（19页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、单片机课程设计设计题目基于proteus仿真软件的数字温度计的设计专业名称班级学号学生姓名指导教师设计时间2009.12.282010.01.03目录实验条件及任务要求1.设计实验条件32.设计任务及要求3设计报告内容1. 绪论绪论32. 总体设计方案2.1 数字温度计的设计方案论证32.2 方案二的总体设计框图32.3 主控器及部分电路分析42.4 系统整体硬件电路93. 系统软件设计3.1 主程序103.2 读出温度子程序103.3 计算温度子程序124. 总结体会总结体会145. 参考文献文献目录14附录：实验完整程序15实验条件及任务要求1.设计实验条件keil C和proteus仿真

2、软件2.设计任务及要求2.1总体功能设计2.2硬件电路设计2.3软件设计2.4工作总结设计题目：基于proteus仿真软件的数字温度计设计1 绪论随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，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，该设计控制器使用单片机AT8

3、9C51，测温传感器使用DS18B20，用LM016L液晶模块显示输出,能准确达到以上要求。2 总体设计方案2.1数字温度计设计方案论证2.1.1方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之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。2.1.2 方案二 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

4、满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.2方案二的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AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用LM016L液晶显示模块传送数据实现温度显示。图1.总体模块设计2.3主控器及部分电路分析2.3.1 主控制器单片机AT89S51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，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。2.3.2 显示电路LM016L 液晶模块采用HD44780 控制器。HD44780 具有简单而功能较强的

5、指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。LM016L 与单片机MCU（Microcontroller Unit）通讯可采用8 位或者4 位并行传输两种方式。HD44780 控制器由两个8 位寄存器、指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）、忙标志（BF）、显示数据RAM（DDRAM）、字符发生器ROM（CGROM）、字符发生器RAM（CGRAM）、地址计数器（AC）。IR 用于寄存指令码，只能写入不能读出；DR 用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM，或者暂存从DDRAM和CGRAM 读出的数据。BF 为1 时，液晶模块处于内部处理模式，不响应外部操作指令和接受数据。DDRAM

6、 用来存储显示的字符，能存储80 个字符码。CGROM 由8 位字符码生成5*7 点阵字符160 种和5*10 点阵字符32 种，8 位字符编码和字符的对应关系，可以查看参考文献3中的表4。CGRAM 是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64 字节。可以自定义8 个5*7 点阵字符或者4 个5*10 点阵字符。AC 可以存储DDRAM 和CGRAM的地址，如果地址码随指令写入IR，则IR 自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM 或者CGRAM 单元。LM016L 液晶模块的引脚功能见表1。表1.LM016L引脚功能管脚号名称电平功能描述1VSS0V2VDD5.0V3VEE4RSH/LH：数

7、据线上为数据信号；L：数据线上为指令信号5RWH/LH：读数据模式；L：写数据模式6EH/L使能信号端714D0D7H/L数据线LM016L电路接法如图2：图2.LM016L接法电路LM016L在使用前必须经过初始化，初始化程序如下：void lcdint()wrc(0x38);/写指令38H：显示模式设置wrc(0x01);/写指令01H：显示清屏wrc(0x06);/写指令06H：显示光标移动设置wrc(0x0C);/写指令0CH：显示开及光标设置void wrc(unsigned char wcon)busy();REG0=wcon;2.3.3温度传感器DS18B20温度传感器是美国DA

8、LLAS半导体公司最新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位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，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； DS18B20采用脚PR35封装或脚SOIC封装，其内部结构框图如图

9、3示：C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd I/O图3. 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4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

10、。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。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4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0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4. DS18B20字节定义由表2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

11、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3是一部分温度值对应的二进制温度数据。表2.DS18B20温度转换时间表 R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993

12、.750110187.510113751112750DS18B20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。DS18B20的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；高温度系数晶振随温度变化其振

13、荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就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55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器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时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是

14、所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。表3一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 01

15、01 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，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：初使化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。其初始化程序如下：void Init_DS18B20(void)unsigned char x=0;DQ=1;/DQ复位delay(8);/稍做延时 DQ=0;/单片机将DQ拉低 delay(80);/精确延时，大于480usDQ=1;/

16、拉高总线 delay(14);x=DQ;/稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败 delay(20);void delay(unsigned int i)/延时函数 while(i-);2.3.4 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是寄生电源供电方式。另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，如图5 所示:图5.DS18B20的电路接法2.4 系统整体硬件电路系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，显示器控制电路，温度显示电路，单片机主板电路等，如图6所示。首先，通过DS18B20温度传

17、感器收集外部温度，并在芯片内部转化成8位2进制码，传送至AT89C51的P3.3口。在AT89C52的内部转化为十进制码，通过单片机的数据/地址线（P0.0P0.7）传送给LM016L的数据输入和74LS373的数据输入口。当要对液晶显示器进行操作时，WR和RD通过与非门和74LS373共同作用，确定液晶显示器读写指令和读写数据。从而在LM016L液晶模块上显示出外部的温度。图6.整体电路3系统软件算法分析系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，初始化子程序，显示数据子程序等。3.1主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度

18、测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，程序段如下void main()lcdint();/初始化液晶 wrc(0x80);wrc(0xC0);while(1)ReadTemperature();/读温度Tempprocess();/温度转换wrc(0x80);/写指令wrn(word1);/写数据wrc(0xc0);/写指令wrn(word2);/写数据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9字节，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。其程序段如下：void ReadTemperature(void)Init_DS18B20();Wr

19、iteOneChar(0xCC);/跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44);/启动温度转换Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);/ 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE);/读取温度寄存器等（共可读9个寄存器），前两个就是温度 readdata0=ReadOneChar();readdata1=ReadOneChar();unsigned char ReadOneChar(void)/读一个字节 unsigned char i=0;unsigned char dat=0;for(i=8;i0;i-) DQ=0; dat=1;

20、 DQ=1; if(DQ) dat|=0x80; delay(4);return(dat);void WriteOneChar(unsigned char dat)/写一个字节 unsigned char i=0;for(i=8;i0;i-)DQ=0;DQ=dat&0x01;delay(5);DQ=1;dat=1;delay(4);3.3 计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图10所示。其子程序如下： 开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算整数位温度BCD值 计算小数位温度BCD值 结束置“+”标志NY 图10计算温度流程

21、图 具体程序如下：void Tempprocess()/温度转换，转换为相应的BCD码unsigned int t;float tt;unsigned char temp;if(readdata1&0x80)!=0) /判断最高为是否为1，为1则为负数word13=-;t=readdata1;t=4;word14=t/100+48;word15=(t/10)%10)+48;word16=t%10+48; temp=readdata0;temp=temp-1;temp=temp;temp=temp&0x0f;tt=temp*0.0625;word17=.;word18=(unsigned cha

22、r) (tt*10);word19=(unsigned char)(tt*100-word18*10);word18+=48;word19+=48;word110=0xdf;word111=C;elseword13=+;t=readdata1;t=4;word14=t/100+48;word15=(t/10)%10)+48;word16=t%10+48;temp=readdata0;temp=temp&0x0f;tt=temp*0.0625;word17=.;word18=(unsigned char) (tt*10);word19=(unsigned char)(tt*100-word18*

23、10);word18+=48;word19+=48;word110=0xdf;word111=C;4总结体会我们小组一共4个人，人多，分工就显得很重要，在我们的集体的讨论之下，我得到了收集资料的任务。因此一回来我就去图书馆查阅的大量的单片机和数字芯片的资料，之后又在网上搜索了大量的有关资料。由于资料比较分散，所以整理有用的资料就显得很重要，有些东西实在是不懂我就把资料带回来请教同学，让我受益匪浅。这次课程设计使伙巩固了课本所学的知识，真正实现了学以致用的目的。更重要的一点是，我学会了团队精神，经过我们四个人的团结拼搏，最后完成了此次课程设计的要求。同时也使我对单片机更感兴趣了，这点我觉得很重要

24、，因为兴趣是最好的老师，相信在以后的单片机相关的学习中会表现的更好。5.参考文献1马淑华、王凤文等单片机原理与接口技术北京：北京邮电大学出版社 20052李学礼 基于Proteus的8051单片机实例教程北京：电子工业出版社20033谭浩强 C语言程序设计 北京：清华大学出版社20064阎石 数字电子技术基础 北京：高等教育出版社1998附录：完整实验程序#include#include#includeunsigned char readdata2;sbit DQ=P33;#define REG0 XBYTE0x0000#define REG1 XBYTE0x0001#define REG2

25、XBYTE0x0002unsigned char bdata busyflag;unsigned char dat;unsigned char word116=T=;code unsigned char word216=by 50711;sbit busyflag_7=busyflag7;/延时函数 void delay(unsigned int i)while(i-);/初始化函数 void Init_DS18B20(void)unsigned char x=0;DQ=1;/DQ复位delay(8);/稍做延时 DQ=0;/单片机将DQ拉低 delay(80);/精确延时，大于480usDQ

26、=1;/拉高总线 delay(14);x=DQ;/稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败 delay(20);/读一个字节 unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat=0;for(i=8;i0;i-) DQ=0; dat=1; DQ=1; if(DQ) dat|=0x80; delay(4); return(dat);/写一个字节 void WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for(i=8;i0;i-)DQ=0;DQ=dat&

27、0x01;delay(5);DQ=1;dat=1;delay(4);/读取温度 void ReadTemperature(void)Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);/跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44);/启动温度转换Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);/ 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE);/读取温度寄存器等（共可读9个寄存器），前两个就是温度 readdata0=ReadOneChar();readdata1=ReadOneChar();void Tempprocess()/温

28、度转换，转换为相应的BCD码 unsigned int t;float tt;unsigned char temp;if(readdata1&0x80)!=0) /判断最高为是否为1，为1则为负数 word13=-;t=readdata1;t=4;word14=t/100+48;word15=(t/10)%10)+48;word16=t%10+48;temp=readdata0;temp=temp-1;temp=temp;temp=temp&0x0f;tt=temp*0.0625;word17=.;word18=(unsigned char) (tt*10);word19=(unsigned

29、char)(tt*100-word18*10);word18+=48;word19+=48;word110=0xdf;word111=C;elseword13=+;t=readdata1;t=4;word14=t/100+48;word15=(t/10)%10)+48;word16=t%10+48;temp=readdata0;temp=temp&0x0f;tt=temp*0.0625;word17=.;word18=(unsigned char) (tt*10);word19=(unsigned char)(tt*100-word18*10);word18+=48;word19+=48;wo

30、rd110=0xdf;word111=C;/end of ds18b20/start of lm016l/void busy()dobusyflag=REG1;while(busyflag_7);void wrc(unsigned char wcon)busy();REG0=wcon;void wrd(unsigned char wdat)busy();REG2=wdat;void lcdint()wrc(0x38); /写指令38H：显示模式设置 wrc(0x01); /写指令01H：显示清屏 wrc(0x06); /写指令06H：显示光标移动设置 wrc(0x0C); /写指令0CH：显示开及光标设置 void wrn(unsigned char word)unsigned char i;for(i=0;i16;i+)wrd(wordi);/end of lcd 1602/void main()lcdint();/初始化液晶 wrc(0x80);wrc(0xC0);while(1)ReadTemperature();/读温度 Tempprocess();/温度转换 wrc(0x80);/写指令 wrn(word1);/写数据 wrc(0xc0);/写指令 wrn(word2);/写数据 19