【正文】 .................................................. 22 1 1 設計任務、功能要求及總體方案 設計任務 設計一個具有特定功能的數(shù)字溫度計。該系統(tǒng)設計和布線簡單，結構緊湊，抗干擾能力強，在大型倉庫、工廠、智能化建筑等領域的溫度檢測中有廣泛的應用前 景。系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、測溫電路以及顯示電路組成；軟件系統(tǒng)由主函程序、測溫程序、判鍵程序和顯示程序組成。 《單片機技術》課程設計說明書 數(shù)字溫度計 系 、 部： 電氣與信息工程系 學生姓名： 指導教師： 職稱 副教授 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電子 0902 班 完成時間： 202012 I 摘 要 溫度的檢測與控制是工業(yè)生產過程中比較典型的應用之一，隨著傳感器在生活中的更加廣泛的應用，利用新型數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)對溫度的測試與控制得到更快的開發(fā)， 本課程設計設計了一種基于 AT89S52 的 數(shù)字 溫度 計 。 該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)溫度采集和顯示 。 它使用起來相當方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們日常生活和工、農業(yè)生產中的溫度測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。 關鍵詞： 數(shù)字溫度計， 單片機， 溫度傳感器 II ABSTRACT The temperature detection and control is the process of industrial production is one of the typical applications, with the sensor in the life of a more extensive application, using a new digital temperature sensor to realize the temperature measurement and control get faster development, the curriculum design based on the design of a AT89S52 digital thermometer. The system can facilitate the realization of temperature acquisition and display. The system is posed of the hardware system and software system, the hardware system is posed of MCU minimum system, temperature measurement circuit and display circuit。 功能要求 1）數(shù)字溫度計上電 或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符 “ P.” 進入準備工作狀態(tài) 。 3）可以通過開始和結束鍵控制數(shù)字溫度計的工作狀態(tài)。 顯 示 模 塊P 0 口 段 控P 2 口 位 控A T 8 9 S 5 2測 溫 模 塊P 2 . 7 口 線鍵 盤 輸 入 模 塊P 1 . 2 口 線復 位 模 塊時 鐘 模 塊電 源 模 塊 圖 1 原理框圖 為使硬件電路設計盡可能合理，應注意以下幾方面： 1）盡可 能采用功能強的芯片，以簡化電路，功能強的芯片可以代替若干普通芯片。因為很少有一錘定音的電路設計，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進行全面返工。 4） I/O 端口，在樣機研制出來后進行現(xiàn)場試用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如果在硬件電路設計就預留出一些 I/O 端口，雖然當時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。 主要是利用溫度傳感器 DS18B20 的操作時序和控制命令字，通過單片機對其操作從單總線上將溫度值一位一位的取出來，然后進行處理，將溫度數(shù)據(jù)分為整數(shù)位和小數(shù)位，然后將相應的溫度通過四位一體共陽數(shù)碼管顯示出來，通過獨立式鍵盤 S0實現(xiàn)對數(shù)字溫度計的開啟與關閉。各模塊的功能如下： （ 1）時鐘電路設計 單片機必須在時鐘的驅動下才能工作 ， 在單片機內部有一個時鐘振蕩電路 ,只需要外接一個振蕩源就能產生一定的時鐘信號送到單片機內部的各個單元 ,決定單片機的工作速度。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振 ,在XTAL2引腳產生幅度為 3V左右的正弦波時鐘信號 ,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。二是對振蕩器的頻率進行微調 ， C C2的值為 33pF。 在這個系統(tǒng)中的復位電路是采用上電加按鈕來實現(xiàn)的。 MCS51 單片機通常采用上電 自動復位 、 按鍵復位 、以及上電加按鍵復位等，我們采用的是上電加按鍵復位方式，這樣做的優(yōu)點是上電后可以直接進入復位狀態(tài)，當程序出現(xiàn)錯誤時，可以隨時使電路復位。在單片機應用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤 和 矩陣鍵盤。其作用是開啟與關畢溫度計。諾依曼體系結構中的顯示部分，是系統(tǒng)必不可少的，設計采用的是共陽的四 位一體的數(shù)碼管，即 LED 顯示器各位數(shù)碼管的所有段控端（ a～dp）相應地并接在一起，由一個 P0 口控制，形成段選線多路復用，而各位數(shù)碼管共陰極要分別由相應的 口線控制。因此，同一時刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，四位 LED 將顯示相同的字符。這樣，在同一時刻，四位 LED 中只有選通的那一位數(shù)碼管顯示出字符，而其它各位數(shù)碼管則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。本設計只有四位，所以滿足要求。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝形式。其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生。設計的系統(tǒng)采用一根端口線上掛 18B20 帶上拉電阻接到單片機的 口線上，具體電路如圖 2所示 。編制程序時必須嚴格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關操作順序進行，讀 、寫時間片程序要嚴格按要求編寫。 2）有多個測溫點時，應考慮系統(tǒng)能實現(xiàn)傳感器出錯自動指示，進行自動DS18B20 序列號和自動排序，以減少調試和維護工作量。 DS18B20 在三線制應用時，應將其三線焊接牢固；在兩線應用時，應將 VCC與 GND接在一起，焊接牢 5 固。 4）實際應用時 ，要注意單線的驅動能力，不能掛接過多的 DS18B20，同時還應注意最遠接線距離。 電路原理圖、 PCB 圖、 元件布局圖 Protel原理圖、 元器件布局圖、 PCB 圖 分別見 附錄 A、 附錄 B 與 附錄 C。 6 3 數(shù)字溫度計 軟件系統(tǒng)設計 單片機資源使用情況 （ 1） — 段控線 ,接數(shù)碼管 LED 的顯示段 a， b， c， d， e， f， g， dp。 （ 3） 一個獨立鍵盤 S0， 按鍵的結果存貯在單片機的內部數(shù)據(jù)存儲器里面。 （ 5） 數(shù)據(jù)的顯示 是 采用的是查表的方法，因此需要將表格 （顯示代碼）存儲到片機的程序存儲器中去。 系 統(tǒng) 初 始 化 模 塊按 鍵 模 塊數(shù) 碼 顯 示 模 塊測 溫 模 塊 圖 3 軟件系統(tǒng)結構圖 （ 1） 按鍵模塊 其中用到了 key_data （ 取鍵值函數(shù) ） 、 display（顯示函數(shù)延時進行按鍵消抖） 和 key（ 判鍵函數(shù) ）。 （ 2） 測溫 模塊 其中用到了 delay（ 延時函數(shù) ）、 init_ds18b20（ DS18B20初始化函數(shù) ） 、 write byte（ 寫一字節(jié)函數(shù) ） 、 read_byte（讀一字節(jié)函數(shù)）和 read_wendu（ 讀 溫度函數(shù)），將溫度數(shù)據(jù)取出來，經(jīng)處理后溫度分為整數(shù)部分和小數(shù)部分以便顯示 。 溫度計 上電 數(shù)碼管 顯示“ P.”，按 S0 鍵 啟動溫度計 ，數(shù)碼管顯示 當前溫度 ， 再次按 S0 鍵關閉溫度計，數(shù)碼管顯示“ P.”。 （ 1）主函數(shù)流程圖如 圖 4 所示。 （ 2） DS18B20 初始化 函數(shù) 流程圖 如圖 5（ a）所示， 讀一字節(jié) 函數(shù) 流程圖 如圖 5（ b）所示， 寫 一字節(jié)函數(shù) 流程圖 如圖 5（ c）所示。 9 （ 4）取鍵值 函數(shù) 和判鍵 函數(shù) 流程圖如圖 7（ a）（ b） 所示 k e y _ d a t a返 回i ← （ P 1 ）將 i 取 反取 i 的 第 二 位 ， 屏 蔽 其 它 位返 回 i 的 值 調 取 鍵 值 函 數(shù)k e y延 時 消 抖鍵 值 = 0 ？鍵 值 = 0 ？保 護 鍵 值鍵 松 開 ？調 取 鍵 值 函 數(shù)調 取 鍵 值 函 數(shù)返 回 鍵 值返 回YYNNYN （ a） （ b） 圖 7 取鍵值、 判鍵函數(shù) 流程圖 判鍵 函數(shù)執(zhí)行過 程： 1）調用取鍵值函數(shù)，看是否有鍵按下，如果沒有返回鍵值 0； 2）如果有鍵按下，延時消抖，再判鍵是否真的按下，如果沒有返回鍵值 0； 3）如果真的按下，保護鍵值，等待按鍵松開返回對應的鍵值。 調 延 時 1 m s 函 數(shù)d i s p l a yB Z = 0 ?送 P . 段 控 碼送 低 位 位 控 碼調 延 時 1 m s 函 數(shù)送 百 分 位 段 控 碼送 百 分 位 位 控 碼 調 延 時 1 m s 函 數(shù)送 十 分 位 段 控 碼送 十 分 位 位 控 碼調 延 時 1 m s 函 數(shù)送 個 位 及 小 數(shù) 點 段 控 碼送 個 位 位 控 碼調 延 時 1 m s 函 數(shù)送 十 段 控 碼送 十 位 位 控 碼返 回YN 圖 8 顯示函數(shù)流程圖 10 顯示 函數(shù)執(zhí)行過程： 1）判斷標志位，當標志位不為 0，送 ， 然后 調延時延時 1ms 函數(shù)。 3）退出顯示函數(shù)。 11 4 設計結論、 實物 結果、教學建議 設計結論及使用說明 （ 1）設計結論： 本系統(tǒng)就是充分利用了 AT89S52 芯片的 I/O 引腳。當按下 S0鍵時，溫度計開