环境温度测试设计课程设计(共27页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上学 号： 12课 程 设 计题 目环境温度测试设计学 院计算机科学与技术专 业计算机科学与技术班 级0907姓 名彭金玉指导教师周德仿2012年6月28日课程设计任务书学生姓名： 彭金玉 专业班级： 计算机0907班 指导教师： 周德仿 工作单位：计算机科学与技术学院题 目: 环境温度测试设计初始条件：1. 课程设计使用ZG211硬件综合实验平台（8051单片机），配有课程设计接口芯片和辅助芯片以及器件；2. ZG211有程序设计集成开发环境，程序设计语言为C语言；3. ZG211硬件综合实验平台使用说明书；要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，撰写

2、说明书具体要求）1. 学习使用ZG211硬件综合实验平台，程序设计集成开发环境；2. 根据课程设计题目，进行需求分析，搞清楚课程设计需要设计需求和需要解决的设计内容。3. 查阅和学习课程设计题目需要的接口芯片资料，掌握接口芯片的使用方法和编程要领。查阅和学习课程设计题目需要的辅助芯片以及器件资料。4. 设计接口芯片和辅助芯片以及器件与8051单片机连接硬件电路原理图。5. 设计与硬件电路原理图对应的C语言程序（或8051汇编语言）。给出程序流程图。在集成开发环境中调试程序。给出程序的详细注释。能够解释使用程序模拟电路时序信号和数据。6. 撰写课程设计报告，1）详细陈述以上的设计过程；2）详细陈

3、述电路的调试过程。时间安排：第18周：1. 熟悉ZG211硬件综合实验平台，KEILC UVISION2 集成开发环境；查阅接口芯片资料，熟悉接口芯片和它的使用方法。2. 设计硬件电路原理图，。第19周：1. 使用C语言或汇编语言设计和调试接口程序。2. 撰写计算机硬件综合设计报告。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录计算机硬件综合设计 环境温度测试设计一、实验目的验中应用计算机组成原理、数字逻辑、微机原理与接口技术、单片机原理、C语言程序设计等相关专业知识来学习掌握I/O接口操作，掌握显示及键盘芯片的运用，了解中断的运用和使用ZG211 实验板的使用方法、Ke

4、ilc51在线编程软件环境。使用CH451芯片来进行数码显示和键盘扫描控制，设计实现温度测试功能。掌握显示接口芯片 CH451 的应用;了解单总线操作方式,以提高实际动手能力。二、实验设备及辅助设备1.PC 机一台2.ZG-211 单片机系统实验板一块,实验连接线若干3.实验芯片3.1芯片DS18B20DS18B20是新一代支持“一线总线”接口的温度传感器芯片，将电源和信号复合在一起；其测温范围为-55+125，允许分辨率可调912位，工作电压为3v5v，在-10+85范围内，精度为0.5。该芯片将温度探头与A/D转换模块集成在一起，同时采用单总线与CPU通信，简化了电路设计。借助Ration

5、al Rose绘制的芯片原理图如下：由该原理图不难发现，DS18B20芯片包括3个引脚，引脚说明如下图所示：引脚符号说明1VDD电源2DQ数据输入/输出脚3GND地DS18B20通过一种片上温度测量技术来测量温度的，借助visio绘制芯片测量温度的方框图，如下： DS18B20是这样测量温度的：利用一个高温度系统的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行技术来得到温度值。计数器被预置到对应于-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55）的值增加，表明温度大于-55，同时计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定

6、，斜坡式累加器电路用来补偿敢问振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以在测温时获得比较高的分辨力，这是通过改变计数器对温度每增加一度所需要计数的值来实现的。3.2芯片CD4052由于89S52上的I/O口资源有限，DS18B20的I/O口通过4通道数字控制模拟开关CD4052接到单片机的I/O口上。该芯片是一个差分四通道数字控制模拟开关，有A和B 两个二进制控制输入端和一个INH 输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。以下是采用Rational Rose绘制的CD4052原理图：CD4052功能说明如下表：

7、AB选通状态00X=X0;Y=Y010X=X1;Y=Y101X=X2;Y=Y211X=X3;Y=Y33.3 芯片CH451CH451 是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及P 监控的多功能外围芯片，该课题设计开发中我们仅需使用数码管显示驱动和键盘扫描控制功能。在显示驱动上，动态显示扫描控制，可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者BCD 译码方式；在键盘扫描控制上，低电平输出产生键盘中断，并且提供键盘按键释放标志位。借助Rational Rose绘制的串行接口原理图如上所示。由以上原理图可以看到左侧有四个引脚，功能如下：LOAD用于串行接口的数据加载；DIN用于串行数据的输入；DCL

8、K是串行接口的数据时钟；DOUT用于串行数据的数据输出及键盘中断。其中，DIN、DCLK、LOAD 是带上拉的输入信号线，默认是高电平；DOUT 在未启用键盘扫描功能时作为串行数据输出线，在启用键盘扫描功能后作为键盘中断和数据输出线，默认是高电平。DIN按位从低至高输入每一个数据位，在CH451上电复位后必须给它一个负脉冲以使能4线串行接口。DCLK是DIN数据输入的时钟，在其下降沿将数据从寄存器打出，在其上升沿将数据打入寄存器，因而借助以上原理图不难理解寄存器组移位的原理。在经过DCLK的12个负脉冲后，D0D11则从低位至高位依次存放了我们从DIN打入的数据。LOAD是串行数据帧的完成标志

9、，在LOAD的上升沿，12位数据（不管是否有效）被打入命令寄存器。当DOUT（默认高电平）发出低电平进行中断请求后，我们可以向CH451发送读键盘按键代码命令，此时按键代码（共7位）的最高位K6被发送至DOUT，之后向DCLK发送负脉冲。以相同方式将剩余的低6位按键代码读出。在此次课题设计中将使用到的对CH451进行操作的命令如下表所示：操作命令位11109876543210设置系统参数010000000WDOGKEYBDISP设置显示参数0101MODELIMITINTENSITY加载字数据01000DIG_DATA， DIG0 对应的字数据加载字数据11001DIG_DATA， DIG1

10、对应的字数据加载字数据21010DIG_DATA， DIG2 对应的字数据加载字数据31011DIG_DATA， DIG3 对应的字数据加载字数据41100DIG_DATA， DIG4 对应的字数据加载字数据51101DIG_DATA， DIG5 对应的字数据加载字数据61110DIG_DATA， DIG6 对应的字数据加载字数据71111DIG_DATA， DIG7 对应的字数据读取按键代码0111由上表可以看到读取按键代码的操作命令为12位，但是只有高四位是有效位，因而当我们通过DIN向CH451输入高四位后，便可以通过LOAD发出一个负脉冲将12位数据打入命令寄存器。设置系统参数命令用于

11、设置CH451的系统级参数：看门狗使能WDOG，键盘扫描使能KEYB，显示驱动使能DISP；当相应位置为1时表示使能，否则表示禁用，我们在系统实现中使用了键盘扫描使能和显示驱动使能，即相应命令为：0X403。设置显示参数命令用于设置CH451的显示参数：译码方式MODE，扫描极限LIMIT，显示亮度INTENSITY；同样，当相应位置为1时表示使能，否则表示禁用。下表描述的则是在该课题设计实现中需要用到的命令位与相应段及显示字符的对应显示关系表： 位4位0段G段A显示的字符00000BB000001BB100010BB200011BB300100BB400101BB500110BB600111

12、BB701000BB801001BB910000BB空格10010BB- 负号减号3.4芯片MCU 89S5289S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器，在设计实现中我们使用到了P15、P32、P33和P34口，另外P10、P11、P12和P13已内置链接到相对应的口。寄存器中各个位的含义如下表：MSBLSBEAET2ESET1EX1ET0EX0寄存器中各个位的功能如下，课题设计中我们只使用到了EA和EX0，EX0控制的是键盘按键的外部中断：符号位地址功能EAIE.7中断总允许控制位。EA=0，中断总禁止；EA=1，各中断由各自的中断控制位决定I

13、E.6预留ET2IE.5定时器2中断允许控制位ESIE.4串行口中断允许控制位ET1IE.3定时器1中断允许控制位EX1IE.2外部中断1允许控制位ET0IE.1定时器0中断允许控制位EX0IE.0外部中断0允许控制位4.并口编程线一根5.配套电源 1 个实验板模块示意图如下:三、实验意义在应用所学计算机硬件相关课程中的知识的基础之上，使用C语音实现对接口的编程方法。熟悉51系列单片机原理，并口工作原理和编程方法。学习CH451和DS18B20芯片的引脚功能和编程方法。在PC机上安装Keilc51在线编程软件，编写“温度测试显示”程序。使用并口线把ZG211实验板与PC 机连接起来，仔细检查无

14、误后接通电源。PC机上C程序编译成功后，打开联机下载软件，将HEX 文件下载到89S52 单片机中去。观看下载程序在89S52 单片机中运行情况。如有问题，则在PC机上修改程序，然后再次下载运行。能正常操作LED 数码显示，通过中断方式接收按键信息，通过单总线方式与DS18B20芯片交换数据，能正确解释从DS18B20芯片取出的温度数据。设计阶段，能够正确进行程序设计电路设计。课程设计实验阶段，能够正确连接电路；能够分析和解决在实验中碰见的问题；解决问题的思路和方法正确；实验结果满足课程设计要求。主要任务：1) 应用所学计算机硬件相关知识，使用C语言实现对接口的编程。2) 熟悉掌握单片机温度测

15、试工作原理，并口工作原理和编程方法。3) 学习CH451芯片数码显示和键盘扫描功能和编程方法。4) 在PC机上安装Keilc51在线编程软件，编写温度测试程序。5) 使用并口线把ZG211实验板与PC 机连接起来，检查无误后接通电源。PC机上C程序编译成功后，使用联机下载软件，将HEX 文件下载到实验板中。然后观察实验板的运行情况。四、实验原理传统的温度测试，需要温度探头和A/D传换模块，电路复杂，不易控制。本实验板采用高精度温度传感器DS18B20芯片。该芯片将温度探头与A/D转换模块集成一起，同时采用单总线与CPU通信，简化了电路，使大数量多点温度检测成为可能。单总线协议是指通过总线上的不

16、同高低电平的时间控制来代表数字0或者1。由于单片机的IO口资源有限，DS18B20的IO口通过4通道数字控制模拟开关CD4052接到单片机的IO口上。温度测试要用到的CH451操作命令如下:1. 芯片内部复位：1B内部复位命令将 CH451 的各个寄存器和各种参数复位到默认的状态。芯片上电时，CH451总是被复位，此时各个寄存器均复位为 0，各种参数均恢复为默认值。2. 设定系统参数：WDOGKEYBDISPB设定系统参数命令用于设定CH451的系统级参数：看门狗使能WDOG，键盘扫描使能KEYB，显示驱动使能 DISP。各个参数均通过 1 位数据控制，将相应的数据位置为 1 则启用该功能，否

17、则关闭该功能（默认值）。例如，命令数据 1B 表示启用看门狗的功能、关闭键盘扫描的功能、启用显示扫描驱动的功能。3. 设定显示参数：0101MODELIMITINTENSITYB设定显示参数命令用于设定 CH451 的显示参数：译码方式 MODE，扫描极限 LIMIT，显示亮度 INTENSITY。译码方式 MODE 通过 1 位数据控制，置 1 时选择 BCD 译码方式，置 0 时选择不译码方式（默认值）。扫描极限 LIMIT 通过 3 位数据控制，数据 001B111B 和 000B 分别设定扫描极限为 17 和 8（默认值）。显示亮度 INTENSITY 通过 4 位数据控制，数据000

18、1B1111B 和 0000B 分别设定显示驱动占空比为 1/1615/16 和 16/16（默认值）。例如，命令数据0B 表示选择不译码方式、扫描极限为7、显示驱动占空比为16/16命令数据 0B 表示选择 BCD 译码方式、扫描极限为 8、显示驱动占空比为 10/16。4. 加载字数据：1DIG_ADDRDIG_DATAB加载字数据命令用于将字数据 DIG_DATA 写入 DIG_ADDR 指定地址的数据寄存器中。DIG_ADDR 通过 3 位数据指定数据寄存器的地址，数据 000B111B 分别指定地址 07，对应于 DIG0DIG7 引脚驱动的 8 个数码管。DIG_DATA 是 8

19、位的字数据。例如，命令数据1B 表示将字数据 79H 写入第 1 个数据寄存器，如果是不译码方式，则 DIG0引脚驱动的数码管将显示 E；命令数据 0B 表示将字数据 88H 写入第 5 个数据寄存器，如果是 BCD 译码方式，则 DIG4 引脚驱动的数码管将显示 8.5. 读取按键代码：0111XXXXXXXXB读取按键代码命令用于获得 CH451 最近检测到的有效按键的按键代码。该命令是唯一的具有数据返回的命令，CH451 从 DOUT 引脚输出按键代码，按键代码总是 7 位数据，最高位是状态码，位 5位 0 是扫描码。读取按键代码命令的位数据 B0B7 可以是任意值，所以控制器可以将该操

20、作命令缩短为 4 位数据 B8B11。例如，CH451 检测到有效按键并中断，键代码是 5EH，简化描述 1110HLHHHHL表示先向 CH451 发出读取按键代码命令 0111XXXXXXXXB，然后从 DOUT 获得按键代码 5EH。单总线协议是指通过总线上的不同高低电平的时间控制来代表数字0或者1。由于单片机的IO 口资源有限， DS18B20 的IO 口通过4 通道数字控制模拟开关CD4052 接到单片机的IO 口上。五、实验步骤5.1 硬件连接首先用并口线连接实验板与PC 机；然后按照图2-5 连接实验线路(CH451 与CPU 连接实验线路见图2-2)；连接完成并仔细检查无误后，

21、接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方）5.2 软件设计18B20 芯片的控制非常简单，主要有3 个操作，分别是：复位操作，读操作，写操作。18B20 所有的命令和数据均通过这三个操作来完成和传递。18B20 的访问通过命令来实现，命令即为通过写操作向芯片发送的数据。与温度检测相关的命令有4 个，分别为：初始化 （复位）忽略ROM 匹配 （命令 CC）温度转换 （命令 44）读温度 （命令 BE）（1）初始化单线总线上的所有处理均从初始化序列开始。初始化序列包括总线主机发出一复位脉冲，接着由从属器件（即18B20）送出存在脉冲。（2）忽略ROM 匹配一旦总线主机检测到从属器件的存在，它便可以向

22、器件发出命令。所有命令均为8 位（BIT）长。在单点总线系统中，可以使用忽略ROM 匹配命令允许总线主机不提供64 位从属器件的ROM 编码而访问从属器件。（注意：若总线上有多个从属器件，则会发生数据冲突。）该命令的编码为 CC（十六进制）（3）温度转换启动18B20，进行温度测量，并将测量结果保存在18B20 的RAM 中该命令的编码为 44（十六进制）（4）读温度向18B20 发送命令，要求18B20 将最近存放在RAM 中的温度发送到总线上。该命令的编码为 BE（十六进制）软件中就是利用上面介绍的命令对18B20 芯片进行操作以得到环境温度。六、实验调试及结果6.1调试6.1.1 硬件连

23、接首先将ZG-211实验板的总开关（位于左下角）关闭，将实验板的六个支架固定好以保护反面的焊点；然后参照以上给出的原理图进行连线；然后将并行编程线一端连接至PC机主板上的并口，另一端连接至ZG-211实验板左侧的并口；最后检查无误后，将电源适配器的输出端连接至ZG-211左下角的电源输入插座。6.2.2 软件设计软件设计包括4个部分：常量定义部分、数码管操作部分、温度获取部分、主函数，分别介绍如下：(1) 常量定义常量定义主要是考虑到程序的易读性和可维护性，其中包括软件设计中需要用到的一些引脚地址、特殊寄存器地址、特殊寄存器位地址、初始化命令以及操作命令等。(2)数码管操作该部分操作函数包括：

24、延时、向CH451发送数据、键盘按键中断响应例程、数码管显示测试、数码管温度显示。由于中断响应例程在该部分中，所以按键代码key_data必须声明为extern，表明该变量在其它模块中，相当于一个全局变量。(3)温度获取该部分操作包括：DS18B20复位、从DS18B20读取一位及一个字节、向DS18B20写入一位及一个字节、从DS18B20获取温度并计算为十进制形式。为了方便实现温度转换，我们将各个位对应的权值按高低字节定义在了两个数组中。考虑到节省空间，我们将其定义为code，放在ROM区。由于很多函数中使用了空指令_nop_()；因而需要包含头文件intrins.h。(4)主函数首先定义

25、一个存放按键代码的char型变量key_data，初始化为0。主函数的主要工作流程是：MCU开中断、数码管显示测试、进入无限循环、如果key_data等于0X64,即最左边的一个键盘按键，则将key_data清零，并获取温度并显示至数码管。程序的几个主要文件如下：main.c 主函数，是程序的接入口。调用各个子功能函数。sub.c 子程序，用于实现MCU初始化和4052的通道选择功能。Temperat.c 温度转换，用于从18B20读温度数据并进行转换等操作。Display.c 实现CH451芯片的操作和LED显示工作。Beep.c 蜂鸣器提示开始和结束功能6.2结果启动实验板，按下1 号按键

26、，显示测量温度；将手指按住18B20 芯片10 秒钟，按下1 号按键，显示测量温度,此时的温度应该明显上升；松开手指，每间隔3 秒钟按1 号按键一次，测量的温度应呈逐渐下降的趋势。6.2.1接线及结果显示6.2.2检测硬件6.2.3打开.hex文件6.2.4擦除ROM中原有内容6.2.5写入ROM七、心得体会这次课程设计的体会可以归纳为以下几点：1、 巩固和加深了对计算机硬件设计的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。2、培养了我选用参考书，查阅手册及文献资料的能力。培养独立思考，深入研究，分析问题、解决问题的能力。3、通过实际编译系统的分析设计、编程调试，掌握应用软件的分析方法和工程设计方

27、法。4、通过课程设计，培养了我严肃认真的工作作风，逐步建立正确的生产观念、经济观念和全局观念。 根据我在实习中遇到得问题，我将在以后的学习过程中注意以下几点： 1、认真上好专业实验课，多在实践中锻炼自己。2、写程序的过程中要考虑周到，严密。3、在做设计的时候要有信心，有耐心，切勿浮躁。4、认真的学习课本知识，掌握课本中的知识点，并在此基础上学会灵活运用。5、在课余时间里多写程序，熟练掌握在调试程序的过程中所遇到的常见错误，以便能节省调试程序的时间。 此次课程设计，我受益匪浅，巩固旧知识的同时，学习了新的知识。更重要的是，它使我对计算机硬件产生了兴趣，对编写程序更有信心。最后，感谢学校为我们安排

28、了这次实习。给了我们一次锻炼自己，超越自我的机会！同时这次由于我们的学业不精和时间等客观问题，未能使设计达到完善，还有很多缺点和错误，希望老师能提出改进意见，谢谢老师的辛勤栽培，我以后会更加努力。部分源程序代码：#include reg52.h#include def.h#include display.h#include sub.h#include func.hextern unsigned char key_print;extern unsigned char key_data;/*|函数名send_disp_data|函数功能向CH451芯片发送命令|参数comm：命令体|_data：命

29、令参数|返回值无|*/void send_disp_data(unsigned char comm, unsigned char _data)unsigned char i; /送8BIT数据for(i=0;ii)&0x01;DCLK = 1;DCLK = 0;DCLK = 1;/送4BIT命令for(i=0;ii)&0x01;DCLK = 1;DCLK = 0;DCLK = 1;LOAD=1;LOAD=0;LOAD=1;/*|函数名send_comm|函数功能向CH451芯片发送命令|参数comm：命令体|返回值无|*/void send_comm(unsigned char comm)un

30、signed char i;/送4BIT命令for(i=0;ii)&0x01;DCLK = 1;DCLK = 0;DCLK = 1;LOAD=1;LOAD=0;LOAD=1;/*|函数名disp_initialize|函数功能向CH451芯片发送初始化命令|参数无|返回值无|*/void disp_initialize() DIN=0;DIN=1;DCLK=1;LOAD=1;DOUT=1;send_disp_data( CH451_SETSYS, 0x03);/设定系统参数send_disp_data( CH451_SETDIS, 0x80);/设定显示参数/*|函数名key|函数功能中断函数

31、，获取当前按键状态|参数无|返回值无|*/void key() interrupt 0 unsigned char i,temp;EX0 = 0;/关中断key_data = 0;temp = 0;send_comm(CH451_KEY);for(i=0; i7; i+) temp = DOUT;key_data = key_data|(temp(6-i);DCLK=1;DCLK=0;DCLK=1;EX0 = 1;/中断/*|函数名Display_TEST|函数功能测试显示LED数码管|参数无|返回值无|*/void Display_TEST()/初始化显示芯片disp_initialize(

32、);/延时delay_1ms(100);/送显“”send_disp_data( CH451_LOAD0, 0x01);send_disp_data( CH451_LOAD1, 0x02);send_disp_data( CH451_LOAD2, 0x03);send_disp_data( CH451_LOAD3, 0x04);send_disp_data( CH451_LOAD4, 0x05);send_disp_data( CH451_LOAD5, 0x06);send_disp_data( CH451_LOAD6, 0x07);send_disp_data( CH451_LOAD7, 0

33、x08);delay_1ms(200);/延时delay_1ms(200);/开中断，接受按键信息EX0=1;/-send_disp_data( CH451_LOAD0, 0x12);send_disp_data( CH451_LOAD1, 0x12);send_disp_data( CH451_LOAD2, 0x12);send_disp_data( CH451_LOAD3, 0x12);send_disp_data( CH451_LOAD4, 0x12);send_disp_data( CH451_LOAD5, 0x12);send_disp_data( CH451_LOAD6, 0x12

34、);send_disp_data( CH451_LOAD7, 0x12);/*|函数名display_int|函数功能显示一个整数|参数无|返回值无|*/void display_int(unsigned int m)send_disp_data( CH451_LOAD0, 0x10);send_disp_data( CH451_LOAD1, 0x10);send_disp_data( CH451_LOAD2, 0x10);if (m/10000)send_disp_data( CH451_LOAD3, m/10000);elsesend_disp_data( CH451_LOAD3, 0x1

35、0);if (!(m/1000)%10)&(!(m/10000)send_disp_data( CH451_LOAD4, 0x10);elsesend_disp_data( CH451_LOAD4, (m/1000)%10);send_disp_data( CH451_LOAD5, (m/100)%10);send_disp_data( CH451_LOAD6, (m/10)%10);send_disp_data( CH451_LOAD7, m%10);/*|函数名Reset_18B20|函数功能复位18B20芯片|参数无|返回值无|*/bit Reset_18B20()bit temp;un

36、signed char i;chang_4052(1);/置总线为低电平并保持至少480us DS18B20 = 0;for(i=0; i180; i+)/780us_nop_();/等电阻拉高总线并保持1560us DS18B20 = 1;for(i=0; i14; i+)/65us_nop_();/接受应答信号 temp = DS18B20;/延时60240us for(i=0; i55; i+)/240us_nop_(); return(temp);/*|函数名read_byte_18B20|函数功能从18B20中读出一位数据|参数无|返回值读出的数据|*/bit read_bit_18

37、B20(void) bit bitval;unsigned char i;DQ_LOW(); _nop_();_nop_(); DQ_HIGH(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); bitval = DS18B20;for(i=0; i11; i+)_nop_();return(bitval); /*|函数名write_bit_18B20|函数功能向18B20中写入一位数据|参数bitval：待写入的数据|返回值无|*/void write_bit_18B20(unsigned char bitval) unsigned char i;DQ_LOW(); for(i=0; i3; i+)_nop_();if (bitval=1) DQ_HIGH(); for(i=0; i10; i+)_nop_();DQ_HIGH(); /*|函数名read_byte_18B20|函数功能从18B20中读出一个字节的数据|参数无|返回值读出的数据|*