數(shù)字式溫度計的設計課程設計

1、課程設計說明書課程設計名稱： 單片機課程設計 課程設計題目： 數(shù)字式溫度計的設計 學 院 名 稱： 電氣信息學院 專 業(yè) 班 級： 15電力（3）班 學 生 學 號： 1504200623 學 生 姓 名： 曾高 學 生 成 績： 指 導 教 師： 易先軍 課程設計時間： 2017.10.30 至 2017.11.5 格式說明（打印版格式，手寫版不做要求）（1）任務書三項的內(nèi)容用小四號宋體，1.5倍行距。（2）目錄（黑體，四號，居中，中間空四格），內(nèi)容自動生成，宋體小四號。（3）章的標題用四號黑體加粗（居中排）。（4）章以下的標題用小四號宋體加粗（頂格排）。（5）正文用小四號宋體，1.5倍行距

2、；段落兩端對齊，每個段落首行縮進兩個字。（6）圖和表中文字用五號宋體，圖名和表名分別置于圖的下方和表的上方，用五號宋體（居中排）。（7）頁眉中的文字采用五號宋體，居中排。頁眉統(tǒng)一為：武漢工程大學本科課程設計。（8）頁碼：封面、扉頁不占頁碼；目錄采用希臘字母、排列，正文采用阿拉伯數(shù)字1、2、3排列；頁碼位于頁腳，居中位置。（9）標題編號應統(tǒng)一，如：第一章，1，1.1，；論文中的表、圖和公式按章編號，如：表1.1、表1.2；圖1.2、圖1.2；公式（1.1）、公式（1.2）。課程設計任務書一、課程設計的任務和基本要求(一) 設計任務（從“單片機課程設計題目”匯總文檔中任選1題，根據(jù)所選課題的具體設

3、計要求來填寫此欄）1. 用DS18B20設計一款能夠顯示當前溫度值的溫度計； 2. 通過切換按鈕可以切換華氏度和攝氏度顯示；3. 測量精度誤差在正負0.5攝氏度以內(nèi)。(二) 基本要求1. 有硬件結(jié)構(gòu)圖、電路圖及文字說明；2. 有程序設計的分析、思路說明； 3. 有程序流程框圖、程序代碼及注釋說明；4. 完成系統(tǒng)調(diào)試（硬件系統(tǒng)可以借助實驗裝置實現(xiàn)，也可在Proteus軟件中仿真模擬）；5. 有程序運行結(jié)果的截屏圖片。二、進度安排 第9周，10.3011.5 1） 10.30 題目分析，文獻查閱 2） 10.31 方案比較，確定設計方案 3） 10.3111.1 硬件電路設計 4） 11.211.

4、4 程序設計，程序調(diào)試，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)改進 5） 11.5 課程設計說明書撰寫三、參考資料或參考文獻1. 林立，張俊亮. 單片機原理及應用基于Proteus和Keil C M.北京：電子工業(yè)出版社,20132. 張毅剛，彭喜元. 單片機原理與應用設計M. 北京：電子工業(yè)出版社,20083. 馬忠梅. 單片機的C語言應用程序設計(第5版) M.北京：北京航空航天大學出版社,20134. 孫育才主編，MCS-51系列單片微型計算機及其應用.東南大學出版社5. 樓然苗.單片機課程設計指導.北京:北京航空航天大學出版社.2002.本科生課程設計成績評定表姓名專業(yè)班級學號課程設計題目：課程設計答辯記錄：

5、（手寫）成績評定依據(jù)：項目得分比例考勤記錄設計結(jié)果報告撰寫答辯成績備注：成績評定依據(jù)的項目內(nèi)容和項目分值比例可以由老師按指導的專業(yè)進行調(diào)整，但成績評定依據(jù)的項目數(shù)不得少于3項。最終評定成績： 指導教師簽名： 年 月 日目 錄第一章 引言1第二章 設計任務與要求2第三章 設計方案2表3.1 設計方案21. 采集與放大22. 數(shù)模轉(zhuǎn)換33. 數(shù)碼顯示3第四章 設計電路與原理41. 溫度傳感器原理4圖4.1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)4圖4.2 64位ROM的結(jié)構(gòu)52. AT89C52的介紹6圖4.3 AT89C52引腳圖73. 數(shù)碼管84. 結(jié)構(gòu)原理圖95. 程序10第五章 電路的組裝與調(diào)試15第六章

6、 設計心得16第一章 引言隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結(jié)合不同種類的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、濕度、溫度、速度、硬度、壓力等的物理量的測量。 本文主要介紹了一個基于AT89C52單片機的測溫系統(tǒng)，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程。當今信息化時代展過程中，各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件已經(jīng)成為各個應用領域中不可缺少的重要技術(shù)工具。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實現(xiàn)現(xiàn)代化測量和自動控制

7、的主要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社會賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎。可見理解和撐握傳感器的知識與技術(shù)有著其極重要的意義。 測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器隨著溫度而引起的物理參數(shù)變化有：膨脹，電阻，電容，電動勢，磁性能，頻率，光學特性及熱噪聲等等。溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 、模擬集成溫度傳感器、 智能集成溫度傳感器。 對采集的信息都希望用最直接的方式顯示出來，但是傳感器所采集的信息是模擬的信號，并且信號是非常微小的，需要用放大器進行放大。模擬信號不能直接用數(shù)字儀器直接顯示，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換之后就可以將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，在通過數(shù)碼管進行顯示。有些

8、可以直接與單片機鏈接。數(shù)碼管有共陽極與共陰極兩類，本次設計采用的是共陰極的七段數(shù)碼管。第二章 設計任務與要求1.設計任務：設計一數(shù)字溫度計，將測量的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并顯示出來，即將收集的模擬的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。2.設計要求：必須選擇一個溫度傳感器，并且所設計的數(shù)字溫度計測量的范圍為0-100,采用數(shù)模轉(zhuǎn)換（單片機除外），LED數(shù)碼管進行數(shù)字顯示。第三章 設計方案設計方案主要包括溫度的采集與信號的放大，數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)碼顯示三部分。 表3.1 設計方案溫度的采集與放大數(shù)碼顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換 1. 采集與放大溫度的改變會影響一些電阻的阻值，溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而變化的特性來測量的。一般采用阻值

9、的變化與溫度的變化有線性關(guān)系的電阻來采集溫度，最后通過阻值的變化來反映出溫度。Pt100鉑熱電阻與溫度之間存在著線性的關(guān)系，通過阻值的變化可以得到對應的溫度。有些是采用熱電偶的方式，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結(jié)點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結(jié)點的溫度。2. 數(shù)模轉(zhuǎn)換溫度的改變會影響一些電阻的阻值，溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而變化的特性來測量的。一般采用阻值的變化與溫度的變化有線性關(guān)系的電阻來采集溫度，最后通過阻值的變化來反映出溫度。Pt100鉑熱電阻與溫度之

10、間存在著線性的關(guān)系，通過阻值的變化可以得到對應的溫度。有些是采用熱電偶的方式，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結(jié)點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結(jié)點的溫度。本次課程設計主要用LM35,溫度傳感器，它能集溫度的采集與放大于一身的傳感器，而且采用LM35的電路比較簡單，于其內(nèi)部已將采集的信號進行放大。 3. 數(shù)碼顯示數(shù)碼顯示就是將TC7107轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號進行顯示。一般數(shù)碼管有共陽極與共陰極兩類，共陽與共陰的只要區(qū)別就是其公共端是接陽極還是接陰極，如果接陰極就為共陰極，反

11、之為共陽極。數(shù)碼管根據(jù)不同的信號顯示不同的值，但是一個數(shù)碼管只能顯示09還有負號與小數(shù)點。09的顯示主要是其a-g管腳的組合顯示。 第四章 設計電路與原理1. 溫度傳感器原理DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire，即單總線器件，具有線路簡單、體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，線路簡單，在一根通信線上，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20是美國DALLAS公司新推出的一種可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，與DS1820相似，DS18B20也能夠直接讀取被測物體的溫度值。但是與DS1820相比，DS18B20的功能更強大些。它體積小，電壓適用范圍寬（35V），用

12、戶還可以通過編程實現(xiàn)912位的溫度讀數(shù)，即具有可調(diào)的溫度分辨率，因此它的實用性和可靠性比同類產(chǎn)品更高。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.1所示，主要由4部分組成：溫度傳感器、64位ROM、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TI、配置寄存器。由圖4.1可見，DS18B20只有一個數(shù)據(jù)輸入輸出口，屬于單總線專用芯片之一。DS18B20工作時被測溫度值直接以“單總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。其內(nèi)部采用在線溫度測量技術(shù)，測量范圍為55125°C，在-1085時，精度為±0.5°C。每個DS18B20在出廠時都已具有唯一的64位序列號，因此一條總線上可以同時掛接多

13、個DS18B20，而不會出現(xiàn)混亂現(xiàn)象。另外用戶還可自設定非易失性溫度報警上下限值TH和TL（掉電后依然保存）。DS18B20在完成溫度變換后，所測溫度值將自動與存儲在TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較，如果測溫結(jié)果高于TH或低于TL， DS18B20內(nèi)部的告警標志就會被置位，表示溫值超出了測量范圍，同時還有報警搜索命令識別出溫度超限的DS18B20。圖4.1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位閃存ROM的結(jié)構(gòu)如圖4.2所示8b檢驗CLC48b序列號8b工廠代碼（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖4.2 64位ROM的結(jié)構(gòu)首先是8位的產(chǎn)品單線系列編碼，接著是每個器件的唯一的序號，共有48

14、位，最重要的8位是前面56位的CRC校驗碼（循環(huán)冗余校驗碼），這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫人用戶報警上下限。DS18B20的內(nèi)部測溫電路框圖如圖4.2所示，圖中低溫度系數(shù)振蕩器的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55所對應的基數(shù)分別置

15、人減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到。時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝人，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖4.2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。圖4.2 DS18B20

16、的內(nèi)部測溫電路框圖由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。2. AT89C52的介紹AT89C52是美國Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8KB的可反復擦寫的程序存儲器和12B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲

17、器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可靈活應用于各種控制領域。AT89C52單片機屬于AT89C51單片機的增強型，與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性是： 片內(nèi)程序存儲器內(nèi)含8KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命為1000次； 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含256字節(jié)的RAM； 具有32根可編程I/O口線； 具有3個可編程定時器； 中斷系統(tǒng)是具有8個中斷源、6個中斷矢量、2個級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；

18、串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口； 具有一個數(shù)據(jù)指針DPTR； 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式； 具有可編程的3級程序鎖定位； 工作電源電壓為5V，最高工作頻率為24MHz。軟件部分具體分為音樂程序和流水燈程序，利用C語言進行編寫。 有發(fā)聲模塊、數(shù)碼管顯示模塊、電阻模塊。研究方法： 單片機音樂流水燈系統(tǒng)總體功能的實現(xiàn)與各個模塊的基本功能密不可分，因此必須要從各個模塊的單獨設計入手。 （1） 晶振電路模塊 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧

19、振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振的負載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。（2）復位電路模塊這個模塊主要進行復位操作。（

20、3）流水燈模塊 要實現(xiàn)流水燈功能，只要將幾個發(fā)光二極管依次點亮、熄滅，發(fā)光二極管便會一亮一滅地成為流水燈了。在此還應注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，在控制發(fā)光二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則就看不到“流水”效果了。（4）電阻模塊這里將增加一個27K的RP1接在AT89C52單片機的P0.0-P0.7引腳上。（5）按鍵模塊按鍵模塊將增加一個模式鍵、一個加速鍵、一個減速鍵進行相應的按鍵操作。（6）發(fā)聲模塊發(fā)聲模塊的主要部件是蜂鳴器LS1，蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的。（7）數(shù)碼管顯示此模塊主要是用來顯示按鍵模塊對音樂

21、控制的顯示。最后單片機音樂流水燈系統(tǒng)的設計和研究必須要實現(xiàn)音樂與流水燈的完美結(jié)合，在研究的過程中要切實解決面臨的各種問題，認真查找相關(guān)文獻資料，加強溝通，遇到問題要獨立思考。設計過程中要按照步驟來，一步一個腳印，首先做好整體布局，從理論設計出發(fā)，羅列出所需硬件清單，然后購買相應的硬件設施，在經(jīng)過大量的仿真實驗無誤后，再動手進行相應的硬件設置AT89C52并非所有的地址都被定義，從80HFFH 共128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應將數(shù)據(jù)寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，

22、在這種情況下，復位后這些單元數(shù)值總是“0”。 圖4.3 AT89C52引腳圖3. 7段數(shù)碼管數(shù)碼管的一種是半導體發(fā)光器件，數(shù)碼管可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，區(qū)別在于八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個用于顯示小數(shù)點的發(fā)光二極管單元DP（decimal point），其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管是一類價格便宜 使用簡單，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)的器件。驅(qū)動方式有直流驅(qū)動和動態(tài)顯示驅(qū)動。直流驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。優(yōu)點是編程簡單，

23、顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多。動態(tài)顯示驅(qū)動是將所有數(shù)碼管通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示。將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。圖4.4 7段數(shù)碼管引腳圖4. 結(jié)構(gòu)原理圖 圖4.5 接線圖5. 程序#

24、include<reg51.h>#include <intrins.h> /包含NOP函數(shù)#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define AlarmTemper 60 /溫度報警限設置sbit DQ=P10;sbit LED=P16;uchar code table=0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;uchar temperature,ten,bits; /全局變量/ 延時50us函數(shù)void delay_50us(uint t) /

25、每次50us延時，最大誤差13usuchar j;for(;t>0;t-)for(j=19;j>0;j-);/ 延時2us函數(shù)void delay_2us(unsigned char i) /每次2us精確延時，最大誤差6uswhile(-i);/ 蜂鳴器報警函數(shù)void alarm() if(temperature >= AlarmTemper)LED=1; else LED=0;/ 數(shù)碼管顯示函數(shù)void LEDDisplay() P2=tableten;P3=0xfb;delay_50us(20);/十位 延時1msP3 = 0xff;P2=tablebits;P3=0

26、xf7;delay_50us(20);/個位 延時1msP3 = 0xff;/ DS18B20初始化函數(shù)void DS18B20Reset() DQ=0;delay_50us(10); /延時513usDQ=1;delay_50us(1);/延時50uswhile(!DQ);_nop_();/讀DS18B20函數(shù)uchar DS18B20ReadByte() uint i; uchar dat=0;for(i=0;i<8;i+) DQ=0;_nop_(); /延時1usdat>>=1;DQ=1; /釋放delay_2us(2); if(DQ)dat |= 0x80;delay

27、_2us(20); / 延時40到45usDQ=1; /釋放總線 return(dat);/ 寫DS18B20函數(shù)void DS18B20WriteByte(uchar dat)uchar j;for(j=0;j<8;j+) DQ=0; delay_2us(5); /拉低電平10到15us if(dat & 0x01) DQ=1; delay_2us(15); /延時20到45us dat>>=1; DQ=1; /釋放總線 _nop_(); / 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)void temperConvert() DS18B20Reset(); DS18B20WriteByte(0xcc);/ 跳過讀序號列號的操作 DS18B20WriteByte(0x44);/ 啟動溫度轉(zhuǎn)換/ 讀出溫度函數(shù)void temperRead()uchar temph, templ; DS18B20Reset();DS18B20WriteByte(0xcc);/ 跳過讀序號列號的操作DS18B20WriteByte(0xBE);/ 讀RAM數(shù)據(jù)templ = DS18B20ReadByte();/溫度的低八位temph = D