数电课程设计-数字温度计.doc

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1、河北联合大学课程设计说明书设计题目 数字温度计 专 业 09表二 姓 名学 号 454指导教师 2012年1月6日时间2012年1月6日地点科技楼211课程设计内容数字温度计1.设计务任和要求32系统总体方案及硬件设计32.1数字温度计设计方案论证32.1.1方案一32.1.2 方案二32.2系统总体设计32.3模块简介32.3.1 主控制器32.3.2 显示电路42.3.3温度传感器42.3.4报警温度调整按键43. 系统软件算法分析43.2读出温度子程序53.3温度转换命令子程序53.4 计算温度子程序63.5 显示数据刷新子程序63.6按键扫描处理子程序64. 电路仿真75. 附录91.

2、设计务任和要求1.1、基本范围-551251.2、精度误差小于0.51.3、LED 数码直读显示1.4、可以任意设定温度的上下限报警功能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，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响从而出现较大的偏差。2.1.2 方案二考虑到用温度传感器，在单片机电

3、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，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，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，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.2系统总体设计温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。图2.1有了总体设计方案后，下面就是原理图的制作了。原理图如下图2.2及图2.3示。

4、将数码管电路与主控制电路分开画，最后两者是用导线连接。数码管位选接P20P23，段选接P3口。2.3模块简介系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。2.3.1 主控制器单片机STC89C52 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。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。2.3.2 显示电路显示电路采用4 位共阴极LED 数码管，P3 口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2 口的低四位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。2.3.3温度传感器DS18B

5、20 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：1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2、多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能3、无须外部器件；4、可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；5、零待机功耗；6、温度以或位数字；7、用户可定义报警设置；8、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；9、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；DS

6、18B20 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。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。2.3.4报警温度调整按键本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。3. 系统软件算法分析系统

7、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，按键扫描处理子程序等。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3.1 所示。图3.1 主程序流程图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3.2 示3.3温度转换命令子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

8、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图3.3 所示发18B20复位命令发跳ROM命令发温度转换开始命令结束 图3.2读文读流程图 图3.3温度转换流程图3.4 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3.4 所示。3.5 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。3.6按键扫描处理子程序按键采用扫描查询方式，设置标志位，当标志位为1 时，显示设置温度，否则显示当前温度。如下图3.6 示。 图3.6按键扫描处理流程图4. 电

9、路仿真通过仿真软件验证该原理图的可行性。采用protues软件对电路仿真，可以得到预期效果。因protues软件中没有STC89C52故用AT89C52代替。仿真图如图4.1示。图4.1电路仿真图 下图4.2为温度传感器的仿真效果图，此图验证了传感器的温度与数码管显示的数字一致。图4.2温度传感器当按下SET 键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按ADD或DEC 分别对报警温度进行加一或减一。当再次按下SET 键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设置的温度报警下线，按ADD或DEC 分别对报警温度进行加一或减一。当第三次按下SET 键时，退出温度报警线设置。显示

10、当前温度。参考资料1 阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，20062 王卫东.模拟电子电路基础M.西安：西安电子科技大学出版社，20033 曹丙霞，赵艳华.PROTEL 99SE原理图与PCB设计.电子工业出版社，20074 李群芳，张士军，黄建.单片机微型计算机与接口技术.电子工业出版社，20085 赵世强.电子电路EDA技术M.西安：西安电子科技大学出版社，20006 郭天祥.新概念51单片机C语言教程.电子工业出版社，20095. 附录程序源代码#include reg52.h#include intrins.h /_nop_();延时函数用#define dm P3 /段码输出口#

11、define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P27; /温度输入口sbit w0=P20; /数码管4sbit w1=P21; /数码管3sbit w2=P22; /数码管2sbit w3=P23; /数码管1sbit beep=P17; /蜂鸣器和指示灯sbit set=P26; /温度设置切换键sbit add=P24; /温度加sbit dec=P25; /温度减int temp1=0; /显示当前温度和设置温度的标志位为0 时显示当前温度uint h;uint temp;uchar r;uchar high=35

12、,low=20;uchar sign;uchar q=0;uchar tt=0;uchar scale;/*温度小数部分用查表法*/uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;/小数断码表uchar code table_dm12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40;/共阴LED 段码表0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 -uchar table_d

13、m1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /个位带小数点的断码表uchar data temp_data2=0x00,0x00; /读出温度暂放uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /显示单元数据，共4 个数据和一个运算暂用/*11us 延时函数*/void delay(uint t)for (;t0;t-);void scan()int j;for(j=0;j0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_(); /从高拉倒低DQ=0;_nop_();_nop_();_nop

14、_();_nop_(); /5 usDQ=val&0x01; /最低位移出delay(6); /66 usval=val/2; /右移1 位DQ=1;delay(1);/*DS18B20 读1 字节函数*/从总线上取1 个字节uchar read_byte(void)uchar i;uchar value=0;for(i=8;i0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 usDQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 usif(DQ)value|=0x

15、80;delay(6); /66 usDQ=1;return(value);/*读出温度函数*/read_temp()ow_reset(); /总线复位delay(200);write_byte(0xcc); /发命令write_byte(0x44); /发转换命令ow_reset();delay(1);write_byte(0xcc); /发命令write_byte(0xbe);temp_data0=read_byte(); /读温度值的第字节temp_data1=read_byte(); /读温度值的高字节temp=temp_data1;temp6348) / 温度值正负判断tem=655

16、36-tem;n=1; / 负温度求补码,标志位置1display4=tem&0x0f; / 取小数部分的值display0=ditabdisplay4; / 存入小数部分显示值display4=tem4; / 取中间八位,即整数部分的值display3=display4/100; / 取百位数据暂存display1=display4%100; / 取后两位数据暂存display2=display1/10; / 取十位数据暂存display1=display1%10; /个位数据r=display1+display2*10+display3*100;/符号位显示判断/if(!display3)

17、display3=0x0a; /最高位为0 时不显示if(!display2)display2=0x0a; /次高位为0 时不显示if(n)display3=0x0b; /负温度时最高位显示-void BEEP()if(r=high&r129)|r128)horl=256-horl;n=1;display3=horl/100;display3=display3&0x0f;display2=horl%100/10;display1=horl%10;display0=0;if(!display3)display3=0x0a; /最高位为0 时不显示if(!display2)display2=0x0

18、a; /次高位为0 时不显示if(n)display3=0x0b; /负温度时最高位显示-/*按键查询程序*/void keyscan()int temp1; /最高温度和最低温度标志位if(set=0)while(1)delay(500);/消抖if(set=0)temp1+;while(!set)scan();if(temp1=1)xianshi(high);scan();if(add=0)while(!add)scan();high+=1;if(dec=0)while(!dec)scan();high-=1;if(temp1=2)xianshi(low);if(add=0)while(!

19、add)scan();low+=1;if(dec=0)while(!dec)scan();low-=1;scan();if(temp1=3)temp1=0;break;/*主函数*/void main()dm=0x00; /初始化端口w0=0;w1=0;w2=0;w3=0;for(h=0;h4;h+) /开机显示0000displayh=0;ow_reset(); /开机先转换一次write_byte(0xcc); /Skip ROMwrite_byte(0x44); /发转换命令for(h=0;h100;h+) /开机显示0000scan();while(1)if (temp1=0)work

20、_temp(read_temp(); /处理温度数据BEEP();scan(); /显示温度值keyscan();elsekeyscan();/*结束*/课程设计收获本次课程设计即将进入尾声，回想这两周来的电子设计制作经历，我感触甚是深刻。通过本次课程设计，使我对电子设计及制作产生了较为浓厚的兴趣，这不仅加强了自己对理论知识的理解和巩固，还能提高自己的动手能力，可以说受益匪浅。本次课程设计主要分为四部分：设计、仿真、制作及调试。这四个步骤在整个课程设计过程中起着重要的作用。在安装元器件时有些器件要注意正负极，如若不然电路不通是小事，元件爆炸就危险了。焊接时一定要做到细心+耐心，不要急于求成。当

21、然对于一个初学者而言，刚开始焊出来的板子确实谈不上美观，不过当熟练之后，焊出美观的板来就不成什么问题了。最能体现一个人的耐心程度，也最能学到东西的阶段还是在调试过程。在整个过程中既要求熟练掌握设计的原理，懂得运用所学电学的基本理论，还要求善于查错，改错。如果在调试过程中无法达到预期结果，就要从整个设计制作过程中认真分析，细心查找错误，一步一步仔细排查。例如点亮数码管，开始确定的方案未能将其点亮，而且四位数码管同一位数码管，虽然原理大同小异，可是还是有区别。实践出真知，仿真软件用单片机管脚能将数码管直接点亮，而实际中却很暗必须加上拉电阻给与足够的电流。从这一次制作过程的心得体会当中，我意识到在以后的设计中我还需要做到再细心、再耐心、再专心。回想从制作开始到结束，没有哪一步不是注入了自己的心血，心情就激动不已，此次课程设计必将让自己的理论水平和实践能力上升到一个新的台阶，同时也让自己认识到实践的重要性。 学生：（签名） 年 月 日成绩评定优秀良好中等及格不及格指导教师：王静波 2012年1月10日