河南理工大学
单片机课程设计报告
姓 名 ： 王静 杨 晓 雪 学 号 :0828030090/0828010150 专 业：电气工程及其自动化 指导老师： 李 宏 伟 时 间：2011年6月24日
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摘要：在这个信息化高速发展的时代，单片机作为一种最经典的微控制器，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，作为自动化专业的学生，我们学习了单片机，就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。
关键词：单片机，数字控制，数码管显示，温度计，DS18B20，
AT89S52。
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目录
1、概述.......................................................................................................................... 3
1.1设计目的........................................................................................................... 3
1.2设计原理........................................................................................................... 3
1.3设计难点........................................................................................................... 3
2 、系统总体方案及硬件设计.................................................................................... 4
2.1数字温度计设计方案论证............................................................................... 5
2.2. 主控制器...................................................................................................... 5
2.2.3温度传感器…………………………………………………………............ 5 2.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路..........................7
2.4 系统整体硬件电路设计.................................................................................. 7
3、系统软件设计.......................................................................................................... 9
3.1初始化程序....................................................................................................... 9
3.2读出温度子程序............................................................................................. 10
3.3读、写时序子程序......................................................................................... 11
3.4延时程序......................................................................................................... 11
4 Proteus软件仿真...................................................................................................... 12
5、课程设计体会........................................................................................................ 16
附录1……………………………………………………………………………………………...17
附录2………………………………………………………………………………...22
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1概述
1.1设计目的 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它
所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，可广泛用于食品库、冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。
1.2设计原理 本系统是一个基于单片机AT89S52的数字温度计的设计，用来测量环境温
度，测量范围为-50℃—110℃度。整个设计系统分为4部分：单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。整个设计是以AT89S52为核心，通过数字温度传感器DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后，使之能够方便地在数码管上输出。LED采用四位一体共阴的数码管。
1.3设计难点 此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温
度报警，其外围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。
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
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，感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，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，就可以满足设计要求。
2.2总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用4位共阴LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
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图1 总体设计框图
2.2.1 主控制器
单片机AT89S52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，适合便携手持式产品的设计使用。
2.2.2 显示电路
显示电路采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0—P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，以使数码管高亮显示。 2.2.3温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司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采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。
图2 DS18B20内部结构
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64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入用户报警上下限。
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 保留 保留 CRC
TMR1R01.1111.
图3 DS18B20字节定义
由下面表1可见，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。
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...R1R000011011分辨率/位温度最大转向时间/ms993.7510187.51137512750.
表1 DS18B20温度转换时间表
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。
2.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
..VCCDS18B20DS18B20DS18B20单片机.VCC4.7KGNDGNDGND.
图4 DS18B20与单片机的接口电路
DS18B20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。另一种是寄生电源供电方式，如图4 所示单片机端口接单线总线，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，多个DS18B20可以将2口串接到一条总线上，而本设计只用了一个DS18B20。 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。
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2.4 系统整体硬件电路设计 2.4.1 主板电路
系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，单片机主板电路如图5 所示：
图5 单片机主板电路
图5 中包括时钟振荡电路和按键复位电路，按键复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。另外扩展电路中，蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。 2.4.2 显示电路
显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用P0和P3口,串口的发送和接收，采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0—P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0—P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，期望增加驱动电流，以使数码管高亮显示。
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图6 温度显示电路
3系统软件设计
系统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等。
3.1初始化程序
DQ置1
短延时 DQ置0 延时450us 8
DQ置1 9
图7 初始化程序流程图
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2字节，读出温度的低八位和高八位，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8示 初始化 发跳过ROM指令 开始温度转换 延时2ms 初始化
写入跳过ROM、 读取暂存器和CRC字节指令 读取温度的低八位和高八位 取中间八位 结束
图8 读温度程序流程图
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3.3读、写时序子程序
读写的程序是本次设计中的重点和难点，通过我们对其时序的分析，从而写出高效的程序。
写1，0时序
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读0，1时序
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DQ=0 DQ置1 延时15us
短延时
DQ置0 dat&=0x01 dat>>1 延时45us DQ=1 结束
延时450us DQ置1 延时15-60us X=DQ 延时至少60us X=~DQ
结束
3.4延时程序
延时程序主要分为短延时和长延时，短延时如果要求十分的精确可以采用定时器，如果要求不太高的话可以采用普通函数的叠加，可以近似时间的延时。长延时同样的道理，不过要求不是很精确的话，可以采取语言结构的循环来实现延时。具体程序如下:
表3 delay15（）延时函数的取值采样： n的取 值 1 2 3 4 10 15 20 22 23 24
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时间 17us 48us 69us 90us 216u321u426u468us s s s 489u510us s 4 Proteus软件仿真
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5课程设计体会
经过将两周的单片机课程设计，终于完成了我们的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余不得不深思呀！ 在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是BCD码，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减，显示处理时在用对不同的位，求商或求余，感觉效果比较好。还有时序的问题，通过这次的设计我明白了时序才真正是数字芯片的灵魂，所有的程序我们都可以通过对其时序的理解来实现对其操作，同时体会到了单总线结构的魅力。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。 最重要的是本次设计是两个人一组，让我们有种组队做单片机开发项目的感觉，毕竟一个项目只靠一个人是很难完成的，今后我们做的项目肯定要多人协作。在这次设计过程中培养了我们的团队协作精神，便于我们走到工作岗位后能很快适应工作环境。
参考文献
[1]DS18b20数据手册。
[2] 求是科技编著8051系列单片机C程序设计完全手册北京: 人民邮电出版社, 2006
[3] 余发山，王福忠.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社，2003
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附录1：
程序名称：DS18B20温度测量、报警系统 简要说明：摄氏度
DS18B20温度计，温度测量范围0~99.9 可设置上限报警温度、下限报警温度 即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器报警 为 5 ℃默认上限报警温度为
38℃、默认下限报警温度 下限报警值 报警值可设置范围：
最低上限报警值等于当前 最高下限报警值等于当前上限报警值
将下限报警值调为0时为关闭下限报警功能 ******************************************************************/ #include #define uchar unsigned char //宏定义 #define SET P3_1 //定义调整键 #define DEC P3_2 //定义减少键 #define ADD P3_3 //定义增加键 #define BEEP P3_7 //定义蜂鸣器 bit shanshuo_st; //闪烁间隔标志 bit beep_st; //蜂鸣器间隔标志 sbit DIAN = P0^7; //小数点 uchar x=0; //计数器 signed char m; //温度值全局变量 uchar n; //温度值全局变量 uchar set_st=0; //状态标志 signed char shangxian=38; 值为38 //上限报警温度，默认signed char xiaxian=5; 为38 //下限报警温度，默认值uchar LEDData[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7code D,0x07,0x7F,0x6F,0x00}; unsigned int ReadTemperature(void); /*****延时子程序*****/ void Delay(uint num) { while( --num ); } /*****初始化定时器0*****/ void InitTimer(void) { TMOD=0x1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; //50ms（晶振12M） } /*****定时器0中断服务程序*****/ void timer0(void) interrupt 1 using 0 { TH0=0x3c; TL0=0xb0; x++; } /*****外部中断0服务程序*****/ void int0(void) interrupt 0 using 1 { EX0=0; //关外部中断0 if(DEC==0&&set_st==1) { shangxian--; if(shangxian xiaxian--; if(xiaxian<0)xiaxian=0; } } /*****外部中断1服务程序*****/ void int1(void) interrupt 2 using 2 { EX1=0; //关外部中断1 if(ADD==0&&set_st==1) { shangxian++; if(shangxian>99)shangxian=99; } else if(ADD==0&&set_st==2) { xiaxian++; 1 if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian; } } /*****读取温度*****/ void check_wendu(void) { uint a,b,c; DS18B20c=ReadTemperature()-5; 的温漂误差 //获取温度值并减去 a=c/100; //计算得到十位数字 b=c/10-a*10; //计算得到个位数字 m=c/10; //计算得到整数位 n=c-a*100-b*10; //计算得到小数位 if(m<0){m=0;n=0;} //设置温度显示上限 if(m>99){m=99;n=9;} //设置温度显示上限 } /*****显示开机初始化等待画面*****/ Disp_init() { P0 = 0x40; //显示- P2 = 0xf7; Delay(200); P2 = 0xfb; Delay(200); P2 = 0xfd; Delay(200); P2 = 0xfe; 1 Delay(200); P2 = 0xff; //关闭显示 } /*****显示温度子程序*****/ Disp_Temperature() //显示温度 { P2 = 0xf7; P0 =0x39; //显示C Delay(300); P2 = 0xfb; P0 =LEDData[n]; //显示个位 Delay(300); P2 = 0xfd; P0 =LEDData[m%10]; //显示十位 DIAN = 1; //显示小数点 Delay(300); P2 = 0xfe; P0 =LEDData[m/10]; //显示百位 Delay(300); P2 = 0xff; //关闭显示 } 2 /*****显示报警温度子程序*****/ Disp_alarm(uchar baojing) {P2 = 0xf7; P0 =0x39; //显示C Delay(200); P2 = 0xfb; P0 =LEDData[baojing%10]; //显示十位 Delay(200); P2 = 0xfd; P0 =LEDData[baojing/10]; //显示百位 Delay(200); P2 = 0xfe; if(set_st==1)P0 =0x76; else if(set_st==2)P0 =0x38; //上限H、下限L标示 Delay(200); P2 = 0xff; //关闭显示 } /*****报警子程序*****/ void Alarm() { unsigned int i; { for(i=0;i<200;i++)//喇叭发声的时间循环， 2 改变大小可以改变发声时间长短 { 值 Delay(80);//参数决定发声的频率，估算 BEEP=!BEEP; } 时间，可更改 BEEP=1; //喇叭停止工作，间歇的 Delay(20000); } } /*****主函数*****/ void main(void) { uint z; InitTimer(); //初始化定时器 EA=1; //全局中断开关 TR0=1; ET0=1; //开启定时器0 IT0=1; IT1=1; check_wendu(); check_wendu(); for(z=0;z<300;z++) { Disp_init(); } 3 while(1) { if(SET==0) { Delay(2000); do{}while(SET==0); set_st++;x=0;shanshuo_st=1; if(set_st>2)set_st=0; } if(set_st==0) { EX0=0; //关闭外部中断0 EX1=0; //关闭外部中断1 check_wendu(); Disp_Temperature(); if(m>=shangxian) P1_0=1; else P1_0=0; if(m 3 4 } } else if(set_st==1) { BEEP=1; //关闭蜂鸣器 EX0=1; //开启外部中断0 EX1=1; //开启外部中断1 if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;} if(shanshuo_st) {Disp_alarm(shangxian);} } else if(set_st==2) { BEEP=1; //关闭蜂鸣器 EX0=1; //开启外部中断0 EX1=1; //开启外部中断1 if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;} if(shanshuo_st) {Disp_alarm(xiaxian);} } } } /*****END*****/ 4 附录2：整体原理图： 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容