单片机原理及应用课程设计数字式温度计的设计-毕业论文.doc

单片机原理及应用课程设计任务书课题名称数字式温度计的设计设计内容及要求（1）课题内容：以单片机为核心，使用DS18B20温度传感器（DP-51PROC单片机实验仪上B4区数字温度采集实验区）设计一个数字式温度计。测量一路温度信号并用B3区的12864液晶屏显示；测温范围55-125摄氏度，精度0.1摄氏度。液晶屏的第一行显示本人的姓名和学号，第二行显示测量温度、当前时间及设定的上、下限温度报警值。当温度高于设定上限值或低于下限值时驱动B5区的峰鸣器发出5声报警声。 （2）要求：完成该系统的硬件和软件的设计，在Proteus软件上仿真通过后，下载到DP-51PROC单片机实验箱验证。最后就课程设计本身提交一篇课程设计说明书。设计工作量1、汇编或C51语言程序设计；2、程序调试；3、在Proteus上进行仿真后，进行下载；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、程序设计、程序分析、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。进度安排起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料，C51介绍第二天设计方案论证，练习编写C51程序第三天第六天程序设计第六天第八天 程序调试、仿真第九天第十天系统测试并编写设计说明书教研室意见年 月 日系（部）主管领导意见年 月 日 目录1.硬件电路及原理52.软件设计83.调试结果204.操作说明215心得体会21参考文献22 1.硬件电路及原理1.1方案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12864以串口传送数据实现温度显示。主 控 制 器LED显 示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡报警点按键调整 图1总体设计方框图1.1.1 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。1.1.2 显示电路显示电路采用12864液晶显示，从P0口输出段码。1.1.3温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS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2所示。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。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3 DS18B20字节定义由表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。表2一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 0101 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。1.2 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流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。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.软件设计#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define port P0 /DB0DB7数据口#define beep P26sbit e=P20;/使能sbit rw=P21;/读写sbit rs=P22;/数据/命令sbit cs2=P23;/片选sbit cs1=P24;sbit busy=P07;/检测忙sbit DQ=P30; /定义DS18B20数据端口uchar fuhao;/负号寄存器sbit P2_6=P26;/蜂鸣器数据口sbit P1_0=P10;/下限加键sbit P1_1=P11;/下限减键sbit P1_2=P12;/上限加键sbit P1_3=P13;/上限减键uint j=0;int th=10;/上限默认值int tl=-12;/下限默认值uint s=0,m=0,h=0;/时分秒初始值uchar code hz32=0x00,0xF8,0x48,0x48,0x48,0x48,0xFF,0x48,0x48,0x48,0x48,0xFC,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07,0x02,0x02,0x02,0x02,0x3F,0x42,0x42,0x42,0x42,0x47,0x40,0x70,0x00,0x00,/"电",20x40,0x20,0x58,0x47,0x54,0x54,0x54,0x54,0x54,0x54,0xD4,0x14,0x06,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0x20,0x40,0x80,0x70,0x00,/"气",30x00,0x00,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x0C,0x08,0x00,0x00,0x00,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x18,0x10,0x00,/"二",40x84,0x84,0xFC,0x84,0x06,0xF4,0x00,0xFF,0x00,0x84,0x84,0xFC,0x84,0x86,0x04,0x00,0x20,0x60,0x3F,0x10,0x92,0x41,0x38,0x07,0x40,0x40,0x40,0x7F,0x40,0x60,0x40,0x00,/"班",50x00,0xFE,0x22,0x5A,0x86,0x08,0x88,0x48,0x38,0x0F,0xE8,0x08,0x88,0x0C,0x08,0x00,0x00,0xFF,0x04,0x08,0x07,0x20,0x11,0x0D,0x41,0x81,0x7F,0x01,0x05,0x19,0x30,0x00,/*"陈",4*/0x50,0x4C,0x44,0x44,0x44,0x44,0x45,0xC6,0x44,0x44,0x44,0x44,0x44,0x54,0x4C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*"宁",5*/;uchar code time32=0x00,0xFC,0x84,0x84,0x84,0xFE,0x14,0x10,0x90,0x10,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x10,0x00,0x00,0x3F,0x10,0x10,0x10,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x23,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,/"时",00x00,0x80,0x40,0x20,0x98,0x86,0x80,0x80,0x83,0x8C,0x90,0x20,0xC0,0x80,0x80,0x00,0x01,0x00,0x80,0x40,0x20,0x1F,0x00,0x40,0x80,0x40,0x3F,0x00,0x00,0x01,0x00,0x00,/"分",10x20,0x24,0x24,0xA4,0xFE,0xA3,0x22,0x80,0x70,0x00,0xFF,0x00,0x10,0x20,0x60,0x00,0x10,0x08,0x06,0x01,0xFF,0x00,0x81,0x80,0x40,0x20,0x17,0x08,0x04,0x03,0x00,0x00/"秒",2;uchar code num16=0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x0F,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0F,0x00,/"0",00x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00,/"1",10x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0x21,0x30,0x00,/"2",20x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00,0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,/"3",30x00,0x00,0xC0,0x20,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x07,0x04,0x24,0x24,0x3F,0x24,0x00,/"4",40x00,0xF8,0x08,0x88,0x88,0x08,0x08,0x00,0x00,0x19,0x21,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,/"5",50x00,0xE0,0x10,0x88,0x88,0x18,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x11,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,/"6",60x00,0x38,0x08,0x08,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,/"7",70x00,0x70,0x88,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x1C,0x22,0x21,0x21,0x22,0x1C,0x00,/"8",80x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x31,0x22,0x22,0x11,0x0F,0x00/"9",9;uchar code sign16=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x00,/"-",00x00,0xC0,0xE0,0x30,0x10,0x10,0x10,0x20,0x00,0x07,0x0F,0x18,0x10,0x10,0x10,0x08,/"C",10x00,0x00,0x30,0x48,0x48,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/"°",20x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x30,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,/".",30x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/" ",40x00,0x00,0x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x31,0x31,0x00,0x00,0x00,0x00,/":",50x00,0x00,0x00,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0x00,/"|",60x00,0x00,0x00,0x00,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x01,0x0F,0x01,0x01,0x01,/"+",7;/延时void delay(uint n) uint i; for(;n>0;n-) for(i=200;i>0;i-);/判断是否忙void check() rs=0; rw=1; /读 e=1；port=0x00;e=1; while(busy);e=0;/写指令void sendcommand(uchar command) check();rs=0; /指令rw=0; /写 e=0；port=command;e=1;e=0;/写入指令/写数据void writedata(uchar dat) check();rs=1; /数据rw=0;port=dat;e=1;e=0;/选屏幕 0-全屏，1-左屏，2-右屏；void select(uint n) switch(n) case 0:cs1=0;cs2=0;break; /低电平选中 case 1:cs1=0;cs2=1;break; /cs1左屏 case 2:cs1=1;cs2=0;break; /cs2右屏 /页void setpage(uchar page) page=page&0x07; page=page|0xb8; sendcommand(page);/列void setcolumn(uchar column) column=column&0x3f; column=column|0x40; sendcommand(column);/起始行void setline(uchar line) line=line&0x3f;line=line|0xc0;sendcommand(line);/屏幕开关显示 0-关，1-开；void seton(uint n) n=n|0x3e; sendcommand(n);/清屏 0-全屏，1-左屏，2-右屏；void clear(uint n) uchar i,j; select(n); for(i=0;i<8;i+) setpage(i); setcolumn(0); for(j=0;j<64;j+) writedata(0); /置0清空 /初始化void init() check(); seton(1); clear(0); setline(0);/显示汉字 16*16显示void show16(uchar page,uchar column,uchar screen,uchar method,uchar *str) uchar i,j; select(screen); j=0; setpage(page); setcolumn(column); for(i=0;i<16;i+) if(method=1) writedata(strj+);/method为显示方式。当等于1时，反白。 else writedata(strj+); setpage(page+1); setcolumn(column); for(i=0;i<16;i+) if(method=1) writedata(strj+); else writedata(strj+); /显示数字 8*8显示void show8(uchar page,uchar column,uchar screen,uchar method,uchar *str) uchar i,j; select(screen);j=0; setpage(page); setcolumn(column); for(i=0;i<8;i+) if(method=1) writedata(strj+); else writedata(strj+); setpage(page+1);setcolumn(column); for(i=0;i<8;i+) if(method=1) writedata(strj+); else writedata(strj+); /显示时间void showtime()show16(2,24,2,0,time0);show16(4,24,2,0,time1);show16(6,24,2,0,time2);show8(2,40,2,0,sign5);show8(4,40,2,0,sign5);show8(6,40,2,0,sign5);show8(2,48,2,0,numh/10);show8(4,48,2,0,numm/10);show8(6,48,2,0,nums/10);show8(2,56,2,0,numh%10);show8(4,56,2,0,numm%10);show8(6,56,2,0,nums%10);/中断服务程序timer0() interrupt 1 using 1j+;TH0=15536/256;TL0=15536%256;if(j=20)j=0;if(+s=60)s=0;if(+m=60)m=0;if(+h=24)h=0;/显示个人信息void welcome() show16(0,0,1,0,hz0); show16(0,16,1,0,hz1); show16(0,32,1,0,hz2); show16(0,48,1,0,hz3); show16(0,8,2,0,hz4);show16(0,40,2,0,hz5); show8(2,0,1,0,num2); show8(2,8,1,0,num0); show8(2,16,1,0,num0); show8(2,24,1,0,num8); show8(2,32,1,0,num0); show8(2,40,1,0,num4); show8(2,48,1,0,num2); show8(2,56,1,0,num2); show8(2,0,2,0,num3); show8(2,8,2,0,num3); /蜂鸣器void Beep()uchar y;for(y=0;y<200;y+)delay(1);P2_6=!P2_6;/ *延时函数*void delay1(unsigned int i)while(i-);/*显示温度并判断是否调用蜂鸣器函数*void display(int k)uchar i=0;if(fuhao!=0) /判断负号是否有效show8(6,0,1,0,sign0);if(tl<0&&k>=abs(tl)*100)Beep();elseif(tl>=0)Beep();if(th<0&&k<=abs(th)*100)Beep();elseshow8(6,0,1,0,sign4);if(k>=th*100|k<tl*100)Beep();if(k/10000=0)show8(6,8,1,0,sign4);elseshow8(6,8,1,0,numk/10000);if(k/1000=0)show8(6,16,1,0,sign4);elseshow8(6,16,1,0,numk/1000%10);show8(6,24,1,0,numk/100%10);show8(6,32,1,0,sign3);show8(6,40,1,0,numk/10%10);show8(6,48,1,0,numk%10);show8(6,56,1,0,sign2);show8(6,0,2,0,sign1);/*初始化函数*Init_DS18B20(void)uchar x=0;DQ=1;/DQ复位delay1(8); /稍作延时DQ=0; /单片机将DQ拉低delay1(80); /精确延时大于480usDQ=1; /拉高总线delay1(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delay1(20);/*读一个字节*ReadOneChar(void)uchar i=0;uint 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;delay1(4);return(dat);/*写一个字节*WriteOneChar(unsigned char dat)uchar i=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=0;DQ=dat&0x01;delay1(5);DQ=1;dat>>=1;/*读取温度*ReadTemperature(void)uchar a=0;uchar b=0;uint 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);/读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度a=ReadOneChar(); /低位b=ReadOneChar(); /高位fuhao=b&0x80;if(fuhao!=0) /判断温度是否为负 /负温度的计算方法b=b;a=a;tt=(b*256)+a+1)*0.0625;tt=tt*100;t=(int)tt;else /正温度的计算方法tt=(b*256)+a)*0.0625;tt=tt*100;t=(int)tt;return (t);/显示温度上下限值void showT() if(tl<0)show8(4,0,1,0,sign0); elseshow8(4,0,1,0,sign4); if(abs(tl)/100=0)show8(4,8,1,0,sign4); elseshow8(4,8,1,0,numabs(tl)/100); if(abs(tl)/10=0)show8(4,16,1,0,sign4); elseshow8(4,16,1,0,numabs(tl)/10%10); show8(4,24,1,0,numabs(tl)%100%10); show8(4,32,1,0,sign6); if(th<0)show8(4,40,1,0,sign0); elseshow8(4,40,1,0,sign4); if(abs(th)/100=0)show8(4,48,1,0,sign4); elseshow8(4,48,1,0,numabs(th)/100); if(abs(th)/10=0)show8(4,56,1,0,sign4); elseshow8(4,56,1,0,numabs(th)/10%10); show8(4,0,2,0,numabs(th)%100%10);/按键调节温度上下限值void welcome1()if(P1_0=0)delay(250);tl+=1;if(P1_1=0)delay(300);tl-=1;if(P1_2=0)delay(300);th+=1;if(P1_3=0)delay(300);th-=1;showT();/*主函数*void main(void)uint i=0;init(); delay(300);/延时小于500MSwelcome();TMOD=0x01;TH0=15536/256;/定时器初值TL0=15536%256;EA=1; /开总中断ET0=1;/开T0中断TR0=1; /启动T0while(1) showtime();welcome1();i=ReadTemperature(); /读温度display(i); /显示温度 3.调试结果结果如下图所示：4.操作说明在实现数据显示时，p1.0口与p1.1口接出的开关可以共同实现温度下限的增大与减小，其中p1.0口的是实现下限值的增大，而p1.1口的是实现下限值的减小。P1.2口与p1.3口接出的开关可以共同实现温度上限的增大与减小，其中p1.3口是实现上限值的增大，p1.3口是实现上限值的减小。而温度的调节是通过调节DS18B20的两个按钮来实现的。5心得体会 本次课程设计长达两周，在这两周里，我收获了很多。刚开始我们做了些基础的程序设计，有的甚至是以前实验做过的程序，这次再加以巩固。从后面用12864显示器显示自己个人信息开始就基本上上进入了这次课程设计的题目。 在设计数字温度计的过程中，我接触到了很多新的知识，比如：字模提取软件、12864显示器以及DS18B20温度传感器等。在面对这些新的知识时，我学会了更好的应用现有的书籍、网络、同学等资源来学习这些新的知识，更好的应用它们。最主要的是单个的元器件需要通过AT89C51芯片使它们连接在一起，更好的发挥作用，而本次课程设计感觉最难的就是在对这些元器件的综合上，很难使它们发挥最大的功效，达到理想的效果，总是会出现这样或者那样的问题，而且由于自己以前C语言基础不是特别好，所以在编程时遇到的困难就比较多，很多时候知道要通过怎样的方式来实现这样的功能，但就是不能将自己的逻辑思维转化为程序。每次遇到这样的问题，我就会和同学一起进行一些讨论，将每个人的优势进行整合，已达到我们想要的结果。 通过这次课程设计，让我更加清楚的知道了自己的劣势，以便自己在以后的学习中能够加强这方面的能力，同时，这次课程设计让我学会了更好的利用自己的资源来解决问题，相信这点会对我以后的学习和工作起到很大的帮助。 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，1999.5 曾屹.单片机原理与应用.中南大学出版社，200921