【正文】 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 單片機課程設(shè)計 選題名稱： 基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計 系 （院）： 機械工程系（東院） 專 業(yè)： 機電一體化 班 級： 309— 2 班 姓 名： 黎奔騰 指導(dǎo)老師： 安紅戰(zhàn) 1 錄目 1 項目設(shè)計綜 述 ………………………… …………………………………2 項目 設(shè)計 概述 ……………………………………………………… ..2 項目 設(shè)計 要求 ……………………………………………………… ..2 項目 程設(shè)計 方案 …………………………………………………… ..2 2 系統(tǒng)設(shè)計 ……………………………………………………… ................4 圖框 設(shè)計方案 …………………………………………………… .....4 簡介 …………………………………………… ....…… ......4 單片機 AT89S52 簡介 ………………………………………… ......4 3 硬件設(shè)計 .....................................................................................................6 電路圖原理 ..........................................................................................6 與單片機接口的設(shè)計 ..........................................................6 顯示電路圖接口 ..................................................................................7 其他外圍電路 ....................................................................................8 4 軟件設(shè)計 ………………………………………………………… ..........11 程序 設(shè)計流程圖 ……………………………………… ...................11 程序 清單 ………………………………………………… ................12 5 系統(tǒng) 仿真 及調(diào)試 ………………………………………………… ...........17 …………………………………………………… ............17 軟件調(diào)試 ………………………… ………………………… ...........17 總結(jié) …………………………………………………………………… ......18 參考文獻 ……………………………………………………………… .......19 2 1 項目設(shè)計綜述 項目設(shè)計概述 在生活和生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到一些測溫設(shè)備。但是傳統(tǒng)的測溫設(shè)備具有制作成本高、硬件電路和軟件設(shè)計復(fù)雜等缺點?；?AT89S52 單片機的數(shù)字溫度計具有制作簡單、成本低、讀數(shù)方便、測溫范圍廣和測溫準確等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。 項目設(shè)計要求 基于 AT89S52 單片機的數(shù)字溫度計 設(shè)計要求如下： ⑴ 溫度值用 4 位 LED 數(shù)碼管顯示 ⑵ 測溫范圍為 — 30℃～ 100℃，且測量誤差不得大于177。 ℃ ⑶ 成品的體積、質(zhì)量盡可能小。 項目設(shè)計方案 大多單片機接口輸入的信號是數(shù)字信號，或有帶 A／ D 轉(zhuǎn)換的高端單片機也可以輸入模擬信號。由單片機獲取非電信號的溫度信息，必須通過溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度測量雖多以熱敏電阻作為溫度傳感器。但是，熱敏電阻的可靠性較差、測量溫度精度較低，而且還需經(jīng) A／ D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能由單片機進行處理。因此，使用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 了簡化硬件設(shè)計、 方便單片機讀取數(shù)據(jù)、節(jié)約成本。 3 2 系統(tǒng)設(shè)計 圖框設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求分析，基于 AT89S52 單片機的數(shù)字溫度計由 AT89S52 單片機控制器、電源、顯示電路、溫度傳感器、復(fù)位電路和時鐘電路組成，系統(tǒng)圖框如圖 2— 1 所示。電源給整個電路供電，顯示電路顯示溫度值，時鐘電路為 AT89S52 提供時鐘頻率。傳感器采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種智能溫度傳感器 DS18B20，其測溫 范圍為 50～ 125℃，最高分辨率可達 ℃，可完全符合設(shè)計要求。 簡介 本公司最新 推出 TS18B20 數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用 美國 DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 1: 技術(shù)性能描述 獨特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向 4 通訊。 測溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，固有測 溫分辨率 ℃ 。 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 工作電源 : 3~5V/DC 在使用中不需要任何外圍元件 測量結(jié)果以 9~12位數(shù)字量方式串行傳送 不銹鋼保護管直徑 Φ6 適用于 DN15~25, DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 標準安裝螺紋 M10X1, , G1/2”任選 PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 2：應(yīng)用范圍 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制 單片機 AT89S52 簡介 AT89S52 具有如下特點： 40 個引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序儲存器，256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入／輸出（ I／ 0）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外， AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為０Ｈｚ并通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式，ＣＰＵ暫停工作，而ＲＡＭ定時計 數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉 5 電式凍結(jié)振蕩器而保存ＲＡＭ的數(shù)據(jù)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有ＰＤＩＰ、ＴＱＦＰ和ＰＬＣＣ等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性： 兼容 Mcs－ 51 指令系統(tǒng) ８ｋ可反復(fù)擦寫（〉 1000 次） ISP Flash ROM 32 個雙向 I／ O 口 ~ 工作電壓 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 時鐘頻率 0— 33MHz 全雙工作 UART 穿行中斷口線 256bit 內(nèi)部 RAM 2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 6 3 硬件設(shè)計 DS18B20 與單片機接口的設(shè)計 DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I／ O 均由同條線來完成。 DS18B20 的電源供電方式有 2 種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時， VDD 和 GND 均接地，他在需要遠程溫度探測和空間受限的 場合特別有用，原理是當 1W ire 總線的信號線 DQ 為高電平，竊取電信號能量給 DS18B20 供電，同時一部分能量雖給內(nèi)部電容充電，當 DQ 為低電平時釋放能量為 DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜（特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM時），同時芯片的性能也有所降低。外部電源供電方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出 7 穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設(shè)計采用外部供電方式。如下圖所示： 顯示電路接口 本設(shè)計顯示電路 采用 4 位共陰極 LED 數(shù)碼管來顯示測量得到的溫度值。LED 數(shù)碼管能在低電壓工作，而且體積小、重量輕、使用壽命長，因此本次設(shè)計選用此數(shù)碼管作為顯示器件。一個 LED 數(shù)碼管只能顯示一位的字符，如果字符位數(shù)不止一位，可以用幾個數(shù)碼管組成，但要控制多位的顯示電路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要顯示的字符是什么，控制電路應(yīng)將字符的七段碼通過輸出口連接到 LED 的 a~g 的引腳，是某些段點亮，某些段處于熄滅狀態(tài)。字位控制是指控制在多位顯示器中，哪幾位發(fā)光或那幾位不發(fā)光，字位控制則需要通過字位碼作用于 LED 數(shù)碼管的 公共引腳，是某一位或某幾位的數(shù)碼管可以發(fā)光。數(shù)碼光顯示電路分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示方式時指每一個數(shù)碼管的字段控制是獨立的，每一個數(shù)碼管都需要配置一個 8 位輸出口來輸出該字位的七段碼。應(yīng)此需要顯示多位時需要多個輸出口，通常片內(nèi)并口不夠用，需要在片外擴展。 動態(tài)顯示又稱為掃描顯示方式，也就是在某一時刻只能讓一個字位處于選通狀態(tài)，其他字位一律斷開，同時在字段線上發(fā)出該位要顯示的字段碼， 8 這樣在某一時刻某一位數(shù)碼管就會被點亮，并顯示出相應(yīng)的字符。下一刻該改變所顯示的字位和字段碼，點亮另一個數(shù)碼管，顯示另一個 字符。繞后一次掃描輪流點亮其他數(shù)碼管，只要掃描速度快，利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，會使人感覺到幾位數(shù)碼管都在穩(wěn)定的顯示。本次試驗用 74LSO4 非門作驅(qū)動。如圖所示 其他外圍電路 復(fù)位電路：在單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上點瞬間 RST 引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST 引腳的高電平逐漸下降。只要 RST 引腳保持兩個機器周期的高電平 單片機就可以進行復(fù)位操作。本設(shè)計用的上電與接鍵均有效的復(fù)位。電路圖如下： 9 時鐘電路：單片機的時鐘信號通常有兩種方式生產(chǎn)：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。 本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，在單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 腳外接石英晶體（簡稱晶振），就構(gòu)成了自己震蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。 圖中電容器的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 5~30pF，典型值為 晶振 CYS 的振蕩頻率范圍在 ~12MHz 和 12MHz 晶振，電容值為 30pF。 在電路總體設(shè)計中，先從片內(nèi)程序儲存器取指還是從內(nèi)部程序儲存器取指的選擇信號。當 EA\Vpp 接高電平時，先從片內(nèi)程序存儲器讀取指令，讀完 4KB 后，自動改為片外取指。 若 EA\Vpp 接低電平，則所有指令均從片 10 外程序存儲器讀取。 ALE 腳用于輸出允許地址所存信號。 PSEN 腳用于外部程序存儲器選通信號，在對外部程序存儲器取指操作時此引腳置低電平有效。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器取指時 PESN 腳無效。本設(shè)計無片外程序儲存區(qū)擴展，所以將 EA\Vpp 接高電平， ALE 及 PSEN 腳懸空。 11 4 軟件設(shè)計 程序設(shè)計流程圖 主程 序的主要功能是負責溫度的實時顯示。讀出并處理 DS18B20 測量的當前溫度值，溫度測量值每 1s 進行一次。這樣可以在 1s 之內(nèi)測量一被測溫度，其程序流程如圖 41 所示 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時需進行CRC 校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫，其流程圖如圖 4— 2 所示。 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為 750ms，在本程序設(shè)計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。計算溫度子程序 RAM 中讀取值進行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定， 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷 12 新操作，當最高顯示位 0 時將符號顯示位移入下一位