基于单片机的数字温度计设计Word下载.docx
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8K字节FLASH,256字节RAM,32位I/O总线,看门狗定时器2个数据指针,3个16位定时器、计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0也被作为低8位地址/数据使用。
在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。
在FLASH编程时,P0口也用来接收指令字节;
在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入口使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流。
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口输出缓冲器驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写1时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
1.22数码管显示
显示电路采用共阳LED数码管,从P3口RXD,TXD串口输出段码。
1.23温度传感器
DS18B20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9~12位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下:
a.独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
b.多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
c.无须外部器件;
d.可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
e.零待机功耗;
f.温度以9或12位数字;
g.用户可定义报警设置;
h.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;
i.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;
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图3所示。
头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。
第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图3所示。
低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
CRC
图2 DS18B20字节定义
DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。
因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;
当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。
若T>TH或T<TL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。
主机ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;
高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。
2硬件电路设计
2.1主控制器
单片机AT89S51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。
AT89C51是一种低功耗,高性能的8位微控制器,具有8K在系统可编程FLASH存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上FLASH允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活,超有效的解决方案。
图3主控制器电路
2.2显示电路
显示电路采用集成的数码管,为共阳极结构,采用动态显示,P1口作为输出编码端,P2.0到P2.7作为位选控制端,其中P1做输出端口需要上拉电阻,通过设置不同的段码可以显示温度,可以对温度进行实时检测。
图4显示电路
2.3数据采集电路
DS18B20的内部结构主要包括:
寄生电源,温度传感器,64位激光ROM和单总线接口,存放中间数据的高速暂存器RAM,用于存储用户设定温度上下限值得TH和TL触发器,存储和逻辑控制,8位循环冗余码发生器等七部分。
DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术,将被测温度转换成数值信号,测量结果将存入温度寄存器中。
图5数据采集电路
2.4报警电路
当温度超过设定的上下限温度时,蜂鸣器会发出声响,下图为报警电路。
图6报警电路
3软件设计
3.1主程序设计
系统的主程序主要用来初始化一些参数,对DS18B20的配置数据进行一系列的设定。
另外对DS18B20的状态不断的查询,以读取当前的温度值,并对温度进行处理,温度值的BCD码处理后,将其段码送显示缓冲区,以备定时扫描服务程序处理。
调用显示子程序
读取温度
转换温度
初始化
温度显示
温度比较
检测返回
图7主程序流程图
3.2温度转换程序
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。
其程序流程图如下所示。
图8温度转换流程图
3.3温度显示程序和报警电路程序
此程序是将采集到得数据用LED数码管显示,然后将实际温度与设置的报警上下限进行比较,决定是否发出报警信号。
由于T为实际温度的绝对值,TH,TL也是温度的绝对值,因此判断大小关系时,要通过正负号来确定。
图9 温度显示流程图
开始
T>
=0
TH>
T<
=TH
TL>
报警
报警
结束
=TL
结束
N
Y
图10 报警程序流程图
4调试分析
4.1软件调试
本次设计采用的是keil仿真器进行软件调试,此系统可以开发应用软件,以及对硬件电路进行诊断、调试等。
它的具体功能是可以进行CPU仿真,可以单步、跟踪、断点和全速运行,而且,程序的编译过程中,可以对设计软件进行自诊断,并自动给出故障原因。
同时用户调试程序时,可以通过窗口观察寄存器的工作状况,以便及时发现和排除编程中可能出现的错误。
软件的调试是利用keil软件,模块化调试,通过观察存储单元数据的变化,查找并解决程序的语法和逻辑错误,具体的调试步骤如下:
1.把系统的各个模块在仿真软件中逐个调试,如数据采集模块、显示模块等。
2.对各个需要赋值模块调试时,赋入初值,单步调试,观察数据窗口,看输出结果是否为设计时想要的结果。
3.把各个模块组合起来,全速运行,看程序是否能流畅的,是否能实现设计的系统的所有功能。
4.1软硬联调
本设计是采用Proteus软件实现电路图设计和仿真的,Proteus软件与Keil软件联合使用,实现设计要求。
在Keil软件中创建新文件,输入所编写的c语言程序并保存,在编译源程序无误后,会产出相应的”.HEX”文件;
将所生成的”.HEX”文件加载到已绘制好的Proteus原理图中,使Proteus与Keil真正连接起来,实现联合调试。
调试结果下15所示。
、
图11 仿真测试图
5结论及进一步设想
根据实验结果,本设计基本完成了设计要求,但上下限阈值的设置过于繁琐,在原有结构的基础上,可以更简化。
本课程设计的主要任务是设计一个89C51单片机为核心的数字温度计。
从确定课设题目,到查阅质料确定总体方案设计,硬件电路仿真的设计,硬件电路的优化,软件的设计,软件的优化,检验仿真电路,调试软件程序,到最后的软硬件联调,都是我努力去完成的。
在最后的仿真电路图中达到了我想要的结果,并且对串口通讯有了更一步的认识。
对单片机也有了更加深刻的了解。
对以后很好的应用单片机打下了深刻的基础。
参考文献
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清华大学出版社,1992
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西安电子科技大学出版社,2002
[10]何立民.单片机高级教程.北京:
北京航空航天大学出版社,2000
课设体会
经过了两个星期的课设,让我对以前学的理论知识有了较深的体会,要用理论指导实践,在实践中发现自己的不足之处,不断完善自己。
这一周的课程设计让我体会到很多东西,不仅仅是知识本身的,更多的是自己动手能力和逻辑思维能力的锻炼,同时,也知道自己还有许多要学的东西。
在社会实践中,单片机是一个热门的话题,所以我要认真学习单片机的知识,这对我们找工作是很有帮组的,遇到问题并不可怕关键是我们要找到方法去解决问题,一定要勤于动手,这样自己才会有提高。
当然在这次宝贵的课程设计活动中,经验才是对于我们最大的收获,而且还增强了自身对未知问题以及对知识的深化认识的能力,用受益匪浅这个词语来概括这次难忘的活动我觉得再合适不过了。
但是,光是完成了作品还是不可以自我满足的,在从一开始的时候就怀着将作品制作得更加人性化,更加令人满意,更加地使功能完美又方便地被应用领域这个最终目的下,随着对单片机这门学科的认识加深,到达了拓展的程度,我想这个目的将在不远的时期内被实现。
最后感谢老师及同学在这两个星期对我的帮助。
附录1电路原理图
附录2元件清单
元件名称
型号
数量
单片机
AT89C51
1
温度传感器
DS18B20
数码管
7SEG-MPX8-CA
按键
BUTTON
16
电阻
RES
10
三极管
2N2926
蜂鸣器
SOUNDER
附录3程序源
#include<
reg51.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e};
ucharcodeaddress[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
sbitDQ=P3^0;
sbitdot=P1^0;
sbitfm=P3^5;
uchara,i,temp1,temp2,c,t1,t2,yz1,yz2;
bitflag,flag1;
uinttemp;
voiddelay(uintm)
{
while(m--);
}
voidInit()
uchari=0;
DQ=1;
delay(8);
DQ=0;
delay(80);
delay(14);
i=DQ;
delay(20);
ucharread_byte()
ucharbyte=0;
for(i=0;
i<
8;
i++)//先传低位
{
byte>
>
=1;
if(DQ)
byte|=0x80;
delay(4);
}
return(byte);
voidwrite_byte(ucharbyte)
{
DQ=CY;
delay(5);
voidread_temp()
{
Init();
write_byte(0xcc);
//SkipROM
write_byte(0x44);
//启动温度转换
delay(10);
//SkipROM
write_byte(0xbe);
//读取温度寄存器
temp1=read_byte();
//低位
temp2=read_byte();
//高位
voidds()
read_temp();
temp=temp1&
0x0f;
if(temp2>
127)
flag=1;
temp1=~temp1;
temp2=~temp2;
temp+=0x01;
}
temp=temp*625;
temp1=temp1&
0xf0;
//取整数部分
temp1=temp1/16;
temp2=temp2*16;
temp1+=temp2;
if(flag)
temp1+=0x01;
voidxs()
for(i=0;
4;
i++)//显示小数部分
P2=address[i];
P1=table[temp%10];
delay(750);
temp/=10;
P2=0xef;
//显示整数部分
P1=table[temp1%10];
dot=1;
if(temp1/100||temp1/10)//高位去0
P2=0xdf;
P1=table[temp1/10%10];
if(temp1/100)//高位去0
P2=0xbf;
P1=table[temp1/100%10];
delay(800);
if(flag)//加负号
P2=0x7f;
P1=0x02;
flag=0;
voidbj()
fm=1;
delay(100);
fm=0;
voidjp()
uchart,tempt,p;
P0=0xfe;
tempt=P0;
tempt=tempt&
if(tempt!
=0xf0)
switch(tempt)
case(0xe0):
flag1=0;
flag=0;
p=1;
break;
//shangxian
case(0xd0):
flag=1;
p=2;
//xiaxian
case(0xb0):
a++;
t=1;
case(0x70):
t=2;
while(temp!
P0=0xfd;
t=3;
t=4;
t=5;
t=6;
while(tempt!
P0=0xfb;
t=7;
t=8;
t=9;
t=0;
P0=0xf7;
flag1=1;
if(p==1){yz1=t1*10+t2;
if(p==2){yz2=t1*10+t2;
a=0;
break;
a=0;
//case(0xb7):
//case(0x77):
if(a==1)
t1=t;
P1=table[t1];
if(a==2)
t2=t;
P1=table[t2];
}