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主要內(nèi)容：
設(shè)計一個簡易溫度計；要求電路實現(xiàn)如下功能：
設(shè)計通過單片機和數(shù)碼管、led燈等組成，可以顯示溫度，并且可以顯示大于零度的溫度和小于零度的溫度，還可以超出限定溫度時可以報警。
基本要求：
1、設(shè)計一個能顯示溫度的簡易溫度計。
2、該建議溫度計可以正常顯示相應(yīng)環(huán)境的溫度。
3、通過單片機課程設(shè)計，熟練掌握匯編語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。
4、完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、仿真調(diào)試。
主要參考資料：
[1] 胡宴如主編.模擬電子技術(shù)[M] 高等教育出版社，2008-2-1
[2] 趙利主編.數(shù)字電子技術(shù)[M] 冶金工業(yè)出版社，2009-1-1
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[4] 張曄、王玉民等．單片機應(yīng)用技術(shù)[M] ．北京：高等教育出版社．2006-3
[5] 王東峰等.單片機C語言應(yīng)用100例[M].電子工業(yè)出版社,2009.
完 成 期 限：12 月 11 日 - 12 月 26 日
指導(dǎo)教師簽名：
課程負(fù)責(zé)人簽名：
摘 要
隨著時代的進(jìn)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(lǐng)域﹐已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)惇，本文詳細(xì)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，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析﹐特別是數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)采集過程。對各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹﹐該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示﹐并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報警溫度﹐它使用起來相當(dāng)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?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量﹐也可以當(dāng)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(kuò)展。DS18B20與AT89C51結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)﹐該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單﹐抗干擾能力強﹐適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量﹐有廣泛的應(yīng)用前景。
本設(shè)計是一款簡單實用的小型數(shù)字溫度計，本次數(shù)字溫度計的設(shè)計共分為六部分﹐主控制器，LED顯示部分﹐傳感器部分﹐復(fù)位部分﹐時鐘電路﹐報警電路。主控制器即單片機部分﹐用于存儲程序和控制電路;LED顯示部分是指四位共陰極數(shù)碼管﹐用來顯示溫度﹔傳感器部分﹐即溫度傳感器﹐用來采集溫度﹐進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換﹔復(fù)位部分﹐即復(fù)位電路。測量的總過程是﹐傳感器采集到外部環(huán)境的溫度﹐并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到單片機，經(jīng)過單片機處理判斷后將溫度傳遞到數(shù)碼管顯示。
關(guān) 鍵 詞：數(shù)字溫度傳感器；單片機
目錄
摘 要 I
1 概述 1
1.1設(shè)計背景 1
1.2設(shè)計意義 1
1.3設(shè)計目標(biāo) 1
2方案總體設(shè)計 2
2.1總體設(shè)計 2
2.2方案工作原理 2
3硬件設(shè)計 3
3.1 AT89C51芯片 3
3.2 時鐘電路 3
3.3 溫度傳感電路 4
3.4 溫度報警電路 5
3.5 顯示電路 5
4 軟件設(shè)計 6
4.1 系統(tǒng)流程 6
4.2 延時源代碼 6
4.3 數(shù)碼管顯示代碼 6
4.4 DS18B20初始化 7
4.5 寫命令函數(shù) 8
4.6 讀取溫度函數(shù) 8
4.7 溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù) 8
4.8 報警提示電路函數(shù) 9
4.9 主函數(shù) 9
5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 10
5.1 Proteus 10
5.2 軟件調(diào)試 10
5.3 硬件調(diào)試 11
6運行結(jié)果分析 11
6.1 仿真圖 11
6.2 運行結(jié)果 11
6.3 運行分析 12
總結(jié) 13
參考文獻(xiàn) 14
1 概述
1.1設(shè)計背景
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)﹐能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低﹐但需后續(xù)信號處理電路﹐而且可靠性相對較差﹐測溫準(zhǔn)確度低﹐檢測系統(tǒng)也有一定的誤差。這里設(shè)計的數(shù)字溫度計具有讀數(shù)方便﹐測溫范圍廣，測溫精確﹐數(shù)字顯示﹐適用范圍寬等特點。本設(shè)計選用AT89C51型單片機作為主控制器件﹐DS18B20作為測溫傳感器,通過LCD1602實現(xiàn)溫度顯示。通過DS18B20直接讀取被測溫度值﹐進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換﹐該器件的物理化學(xué)性能穩(wěn)定﹐線性度較好﹐在0℃~100°C最大線性偏差小于0.01℃。該器件可直接向單片機傳輸數(shù)字信號﹐便于單片機處理及控制。另外﹐該溫度計還能直接采用測溫器件測量溫度﹐從而簡化數(shù)據(jù)傳輸與處理過程。
1.2設(shè)計意義
1、掌握單片機電路的設(shè)計原理、組裝與調(diào)試方法；
2、掌握LED數(shù)碼顯示電路的設(shè)計和使用方法；
3、掌握DS18B20溫度傳感器的工作原理與使用方法。
1.3設(shè)計目標(biāo)
由于本設(shè)計主要用于溫度的測量，因此在設(shè)計上盡量使其安全以及簡單易操作。其次，在這次設(shè)計可行性上進(jìn)行分析如下:
1、經(jīng)濟(jì)可行性:所謂經(jīng)濟(jì)可行性，即在這次設(shè)計上需要投入資金的多少，由于課程設(shè)計是提高我們的動手能力以及資金有限。因此在經(jīng)濟(jì).上必須能夠承受，比較理想化的對于我們課程設(shè)計來說是不可行的。通過分析后，無論是在器件價格或是常見度.上均是可行的。
2、技術(shù)可行性:技術(shù)可行性主要是分析技術(shù)條件上是否能夠順利開展并完成課程設(shè)計的主要問題，硬件、軟件能否滿足設(shè)計者的需要等。通過分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。
綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)已經(jīng)明確，在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上均可行，因此本系統(tǒng)的開發(fā)是完全可行的。
2方案總體設(shè)計
本次課程設(shè)計的課題所要達(dá)到的要求如下:
1、設(shè)計一個數(shù)字式溫度計，要求使用DS18B20溫度傳感器測量溫度。
2、經(jīng)單片機處理后，要求用四位一體共陰LED數(shù)碼管來設(shè)計顯示電路，以顯示測量的溫度值。
3、要求在設(shè)計中加入上下限警報溫度設(shè)置電路。
4、另外還要求在設(shè)計中加入警報系統(tǒng)，如果我們所設(shè)計的系統(tǒng)用來監(jiān)控某一設(shè)備，當(dāng)設(shè)備的溫度超過或低于我們所設(shè)定的溫度值時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報警。
2.1總體設(shè)計
圖2-1 單片機總體框架圖
2.2方案工作原理
在做數(shù)字溫度計的單片機電路中﹐對信號的采集電路大多都是使用傳感器﹐這是非常容易實現(xiàn)的﹐所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器﹐可以很容易直接讀取被測溫度值﹐進(jìn)行轉(zhuǎn)換﹐就可以滿足設(shè)計要求。采集之后，通過使用51系列的單片機，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理﹐再由LED顯示電路對其數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。
3硬件設(shè)計
3.1 AT89C51芯片
AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(00H-7FH為片內(nèi)RAM，80H-FFH為特殊功能寄存器SFR)，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。單片機引腳圖如圖2所示：
圖3-1 AT89C51
3.2 時鐘電路
80C51時鐘有兩種方式產(chǎn)生,即內(nèi)部方式和外部方式。80C51中有一個構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反向放大器﹐引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。本次采用內(nèi)部震蕩電路,瓷片電容采用22PF,晶振為12MHZ。
圖3-3 時鐘電路圖
3.3 溫度傳感電路
DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線"接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55～+125攝氏度﹐可編程為9位～12位轉(zhuǎn)換精度﹐測溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度﹐分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中,掉電后依然保存。被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。
DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成:64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式，DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源;GND為地信號;VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時﹐此引腳必須接地﹐如下圖所示。
圖3-5 數(shù)碼管電路圖
3.4 溫度報警電路
對于數(shù)字溫度計的設(shè)計﹐除了溫度的數(shù)字顯示功能外還加入了報警系統(tǒng)，當(dāng)測量的溫度超過或低于我們所設(shè)定的溫度值時﹐系統(tǒng)會產(chǎn)生報警并亮紅燈報警。
圖3-6 溫度報警電路
3.5 顯示電路
對于數(shù)字溫度的顯示，我們采用4位一體共陰LED數(shù)碼管，足夠顯示0到100中各位數(shù)，并且還能顯示一位小數(shù)部分。
圖3-7 顯示電路
4 軟件設(shè)計
4.1 系統(tǒng)流程
圖4-1 程序流程圖
4.2 延時源代碼
void delay(uint t)
{
for(;t>0;t--);
}
4.3 數(shù)碼管顯示代碼
void xianshi()
{
int j;
for(j=0;j<4;j++)
{
switch(j)
{
case 0:
dm=table_dm[display[0]];;
w0=0;
delay(300);
w0=1;
case 1:
dm=table_dm1[display[1]];
w1=0;
delay(300);
w1=1;
case 2:
dm=table_dm[display[2]];
w2=0;
delay(300);
w2=1;
case 3:
dm=table_dm[display[3]];
w3=0;
delay(300);
w3=1;
}
}
}
4.4 DS18B20初始化
ow_reset(void)
{
char presence=1;
while(presence)
{
while(presence)
{
DQ=1;_nop_();_nop_();
DQ=0;
delay(50);
DQ=1;
delay(6);
presence=DQ;
}
delay(45);
presence=~DQ;
}
DQ=1;
return presence;
}
4.5 寫命令函數(shù)
void write_byte(uchar val)
{
uchar i;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=1;_nop_();_nop_();
DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
DQ=val&0x01;
delay(6);
val=val>>1;
}
DQ=1;
delay(1);
}
4.6 讀取溫度函數(shù)
read_temp()
{
ow_reset();
delay(200);
write_byte(0xcc);
write_byte(0x44);
ow_reset();
delay(1);
write_byte(0xcc);
write_byte(0xbe);
temp_data[0]=read_byte();
temp_data[1]=read_byte();
temp=temp_data[1];
temp<<=8;
temp=temp|temp_data[0];
return temp;
}
4.7 溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)
work_temp(uint tem)
{
uchar n=0;
if(tem>6348)
{
tem=65536-tem;
n=1;
}
display[4]=tem&0x0f;
display[0]=ditab[display[4]];
display[4]=tem>>4;
display[3]=display[4]/100;
display[1]=display[4]%100;
display[2]=display[1]/10;
display[1]=display[1]%10;
r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;
if(!display[3])
{
display[3]=0x0a;
if(!display[2])
{
display[2]=0x0a;
}
}
if(n)
{
display[3]=0x0b;
}
return n;
}
4.8 報警提示電路函數(shù)
void BEEP()
{
if((r>27))
{
beep=!beep;
}
else
{
beep=0;
}}
4.9 主函數(shù)
void main()
{
beep=0;
dm=0x00;
w0=0;
w1=0;
w2=0;
w3=0;
for(h=0;h<4;h++)
{
display[h]=0;
}
ow_reset();
write_byte(0xcc);
write_byte(0x44);
for(h=0;h<50;h++)
{
xianshi();
}
while(1)
{
if(temp1==0)
{
work_temp(read_temp());
xianshi();
BEEP(); }
}
}
5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試
5.1 Proteus
Proteus是功能強大的單片機仿真軟件。Proteus與其他的仿真軟件相比較，在下面的優(yōu)點：（1）能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐?；（2）能繪制原理圖、PCB圖；（3）幾乎包括實際中所有使用的儀器（4）其最大的亮點在于能夠?qū)纹瑱C進(jìn)行實物級的仿真。從程序的編寫，編譯到調(diào)試，目標(biāo)版的仿真一應(yīng)俱全。支持匯編語言和C語言的編程。還可配合Keil C實現(xiàn)程序的聯(lián)合調(diào)試，將Proteus中繪制的原理圖作為實際中的目標(biāo)板，而用Keil C集成環(huán)境實現(xiàn)對目標(biāo)板的控制，與實際中通過硬件仿真器對目標(biāo)板的調(diào)試幾乎完全相同。
5.2 軟件調(diào)試
調(diào)試主要方法和技巧：通常一個調(diào)試程序應(yīng)該具有至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序進(jìn)行分別調(diào)試。
圖5-2 生成相應(yīng)程序的HEX軟件
然后再將生成的hex文件放到仿真中。
5.3 硬件調(diào)試
硬件調(diào)試是針對單片機部分進(jìn)行的調(diào)試。
在上電之前，先確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況的任務(wù)。注意焊點之間，確保焊點沒有短接在一起，同時注意焊點的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。
6運行結(jié)果分析
6.1 仿真圖
圖6-1 仿真圖
6.2 運行結(jié)果
圖6-2 運行結(jié)果
6.3 運行分析
總體來說，此次單片機課程設(shè)計功能基本完成，雖然課程設(shè)計的過程中遇到了很多困難與問題，但是最終還是完成了設(shè)計的任務(wù)及要求。具體來說可以分為以下幾點：
優(yōu)點：整體各元器件布局清晰，各個程序模塊運行順利，功能基本完成。可以準(zhǔn)確從測量溫度。
缺點：可以再添加一些開始或停止的功能。
總結(jié)
這次課程設(shè)計中，通過進(jìn)行試驗，已經(jīng)基本掌握了單片機電路的設(shè)計原理、組裝與調(diào)試方法，也學(xué)習(xí)了LED數(shù)碼顯示電路的設(shè)計和使用方法，同時也掌握了DS18B20溫度傳感器的工作原理與使用方法。
通過在軟件上的一步一步實驗，不僅鞏固了我學(xué)過的單片機知識，也鍛煉了我解決實際問題的能力。雖然在過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些命令、方法上的錯誤，但通過資料的查閱以及老師、同學(xué)們的幫助已經(jīng)逐個發(fā)現(xiàn)并及時修正，我也體會到了做實驗的時候不能太心急，沒有對實驗進(jìn)行復(fù)查就繼續(xù)進(jìn)行，結(jié)果導(dǎo)致的是一步錯，步步錯。許多操作需要細(xì)心并且耐心地進(jìn)行，否則一不小心就可能會導(dǎo)致測試失敗。對于一些經(jīng)常用到的操作，一定要反復(fù)地進(jìn)行練習(xí)。在這個過程中，我也明白了許多道理，不過做什么我們都要相信自己，不能遇到什么困難就要放棄，什么都需要去嘗試。
當(dāng)然在這次寶貴的課程設(shè)計活動中，經(jīng)驗才是對于我們最大的收獲，而且還增強了自身對未知問題以及對知識的深化認(rèn)識的能力，用受益匪淺這個詞語來概括再合適不過。在今后的實驗設(shè)計里，我相信我會通過自己的努力做的越來越好。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-446691.html
參考文獻(xiàn)
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[4] 王晉凱.簡簡單單學(xué)通51單片機開發(fā) [M].清華大學(xué)出版社,2014.
[5] 夏繼強.單片機實驗[M].北京: 航空航天大學(xué)出版社,2001.文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-446691.html
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