单片机数字温度计课程教学设计报告.doc

/*第一章 温度传感器的应用及问题1.1 引言在日常生活及工、农业生产中经常要用到温度的检测及控制。传统的温度测量元件有热电偶和热电阻，而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应温度需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。1.2传感器传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需的有用信息的装置，它获取的信息可以是各种物理量、化学量和生物量，而转换后的信息也有各种形式。例如：光、温度、声、委位移、压力等物理量，可以通过传感器相互转化。但是通常是将非电量或电量转换成易于处理和传输的电量，有些传感器的这种转换是可逆的，即输入量为电量而输出量为机械量或热工艺量等。第二章 数字温度计的设计2.1 总体设计方案在单片机电路设计中，使用传感器，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方案的总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如5-1所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。图2-1总体设计方框图 2.2.1主控制器单片机AT89C51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。AT89C51 的引脚 AT89C2051 采用引脚双列直插式封装，现将各引脚的功过能说明如下。 Vcc(20)：电源电压端。 GND（10）：地端。 RST（1）：复位输入端。当RST 引脚出现两个机器周期的高电平时，单片机复位。复位后，AT89C51 内部专用寄存器及I/O 口的处置与8051的情况一样，而内部的状态保 持不变。 XTAL1(5)：振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入端。 XTAL1(4)：振荡器反相放大器的输出端。 P1 口：P1口是一个8位双向I/O 口。P1.2-P1.3 引脚内部接有上拉电阻。P1.0 和P1.1 分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1）。P1 口输出缓冲器可吸收20mA 电流并能直接驱动LED 显示。当P1 口的锁存器写入“1”时，P1 口可作为输入 端。当引脚P1.2-P1.7 用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流（II1 ）。P1 口还在闪速编程和程序校验期间接受代码数据。 P3 口：P3 口的P3.0-P3.5 和P3.7 是带有内部上拉电阻的七个双向I/O 引脚。P3.6 用于固定输入片内比较器的输入信号并且它作为一通用I/O 引脚而不能访问。P3 口缓冲器 可吸收20mA 电流。当P3 口锁存器写入“1”时，它们被上拉电阻拉高并可作为输入端。用作输入时，被外部拉低的P3 口引脚将由于上拉电阻而流出电流（Ii1 ）。P3 口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 P3 口还用于实现AT89C51 的一些特殊功能，这些特殊功能定义如下： 口线 特殊功能 P3.0 RXD(串行口输入端) P3.1 TXD(串行口输出端) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(定时器0外部输入) P3.5 T1(定时器1外部输入)2.3系统整体硬件电路2.3.1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，如图2-1 所示。图5-1中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图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。 图2-1 单片机主板电路图2-1 中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，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。2.3.2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p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。硬件原理图图2-2 硬件原理图2.4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，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。2.4.1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，其程序流程见图2-3所示。YY图2-3 主程序流程图 图2-4读温度流程图2.4.2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。其程序流程图如图2-4示 图2-5 温度转换流程图2.4.3温度转换命令字程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图2-5所示2.4.4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2-6所示。图2-6计算温度流程图 图2-7显示数据刷新流程图2.4.5显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图2-7。第三章 硬件3.1 系统硬件主要构成整个系统硬件可以分为主控制器模块，测温电路模块和显示电路模块。每个模块执行其相应的功能，共同组成了一个有序，协调的系统。主要元件有控制器AT89C51,温度传感器DS18B20、数码管LED和三极管9012。3.2调试及性能分析系统调试以程序为主。硬件调试比较简单，首先检查电路的焊接是否正确，然后可用万用表测试或通电检测。软件调试可以先编写显示程序并进行硬件正确性检验，然后分别进行主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示刷新等子程序的编程及调试，由于DS18B20 与单片机采用串行数据传送，因此，对DS18B20 进行读写编程时必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测量结果。本程序采用单片机汇编编写，用 wave3.2 编译器编程调试。软件调试到能显示温度值，而且在有温度变化时（例如用手去接触）显示温度能改变就基本完成。性能测试可用制作的温度计和已有的成品温度计来同时测量比较，由于DS18B20 的精度很高，所以误差指标可以限制在0.1 以内，另外55 至+125 的测温范围使得该温度计完全适合一般的应用场合，其低压供电特性可作成用电池供电的手持电子温度计。图3-1为它的暂存器操作命令流程图。图3-1暂存器操作命令流程图致谢在此次设计中，要感谢我的导师 老师，不仅系统的为我们讲授了毕业设计论文的撰写方法，并通过创新论文的撰写，学以致用，为今后毕业论文的规范化、合理化奠定了基础。最后，感谢学校，为我们提供了自主创新的平台，为我们创造了展示自我、提高自我的机会，这次训练必将成为我们求知旅途中的宝贵财富！附录1：参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19982李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，19943阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，19894廖常初.现场总线概述J.电工技术，19995 李道华,李玲,朱艳编著.传感器电路分析与设计M.武汉:武汉大学出版社,2003 6 沙占友编著.智能化集成温度传感器原理与应用M.北京:机械工业出版社,2002 7 方佩敏编著.新编传感器原理应用电路详解M.北京:电子工业出版社,1993附录2： 源程序代码#include<reg51.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar i;sbit lcdrs=P30;sbit lcdrw=P31;sbit lcden=P32;sbit d1=P10;sbit d2=P11;uchar code t0="the temperature "uchar code t1=" is "uchar code wendu="0123456789" /利用一个温度表解决温度显示乱码sbit DQ = P37;/定义ds18B20总线IO/液晶显示模块void delay(uint z)uint x,y;for(x=100;x>1;x-)for(y=z;y>1;y-);void write_com(uchar com)lcdrs=0;P2=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)lcdrs=1;P2=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init_lcd()lcden=0;lcdrw=0;write_com(0x38);write_com(0x01);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x80);for(i=0;i<16;i+)write_date(t0i);delay(0);write_com(0x80+0x40);for(i=0;i<16;i+)write_date(t1i);delay(0);/温度采集模块void tmpDelay(int num)/延时函数while(num-) ;/*/void Init_DS18B20()/初始化ds1820unsigned char x=0;DQ = 1; /DQ复位tmpDelay(8); /稍做延时DQ = 0; /单片机将DQ拉低tmpDelay(80); /精确延时 大于 480usDQ = 1; /拉高总线tmpDelay(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tmpDelay(20); unsigned char ReadOneChar()/读一个字节unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;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;tmpDelay(4);return(dat);void WriteOneChar(unsigned char dat)/写一个字节unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i-)DQ = 0;DQ = dat&0x01;tmpDelay(5);DQ = 1;dat>>=1; unsigned int Readtemp()/读取温度unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned int t=0;float tt=0;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a=ReadOneChar(); /连续读两个字节数据 /读低8位 b=ReadOneChar(); /读高8位t=b;t<<=8;t=t|a; /两字节合成一个整型变量。tt=t*0.0625; /得到真实十进制温度值，因为DS18B20可以精确到0.0625度，所以读回数据的最低位代表的是0.0625度t= tt*10+0.5; /放大十倍，这样做的目的将小数点后第一位也转换为可显示数字，同时进行一个四舍五入操作。return(t);void display()unsigned int num,num1; /定义的时候用uchar宏定义就会出错unsigned int shi,ge,xiaoshu; /这里的num,shi,ge,xiaoshu 必须用unsigned int无符号整数来表示，用unshigned char 字符型则显示错误num=Readtemp();num1=num/10;if(num1>37) d1=0;d2=1;delay(500);if(num1<10) d1=1;d2=0;delay(500);else d1=1;d2=1;shi=num/100;ge=num/10%10;xiaoshu=num%10;write_com(0x80+0x40+5);write_date(wendushi);write_com(0x80+0x40+6);write_date(wenduge);write_com(0x80+0x40+7);write_date(0x2e);write_com(0x80+0x40+8);write_date(wenduxiaoshu);void main()init_lcd();while(1)display();delay(10);附录3： 仿真结果设置温度上限为37度，温度下限为10度。1.如图1所示。此时温度时43度，超出上限温度，黄灯亮，实现报警。图1 仿真12.如图2所示。此时温度为5度，低于下限温度，绿灯亮，实现报警。图2仿真23.如图3所示。此时温度为20度，在所设范围内，两灯都没亮，说明温度正常。图3 仿真3