单片机课程设计实验报告

中国民航大学

单片机课程设计报告

数字温度计

姓名：白杨

学号： 111141101

专业班级：自动化A

指导老师：常美华/赵淑舫

所在学院：航空自动化学院

20##年 12月 18日

1 概述

1.1 课程设计的意义

本次课程设计是在我们学过单片机后的一次实习，可增加我们的动手能力。特别是对单片机的系统设计有很大帮助。

1.2 设计的任务和要求

1、基本范围-55℃-125℃

2、精度0.1℃

3、LED数码直读显示

4、LCD数码直读显示(扩展)

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

2.1.1方案一

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，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。

2.1.2 方案二

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，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

2.2系统总体设计

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AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管及液晶以串口传送数据实现温度显示。

图2.2—1　总体设计方框图

2.2—2系统仿真图

2.3系统模块

系统由单片机最小系统、显示电路、温度传感器等组成。

2.3.1 主控制器

单片机AT89C51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。

晶振采用12MHZ。

图2.3.1晶振电路

2.3.2 显示电路

显示电路采用4位共阴极LED数码管及LCD1602，P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P0口的低四位作为数码管的位选端（两片锁存器）。采用动态扫描的方式显示

图2.3.2 数码管液晶显示电路

2.3.3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：

1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能

3、无须外部器件；

4、可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；

5、零待机功耗；

6、温度以９或１２位数字；

7、用户可定义报警设置；

8、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；

9、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；

DS18B02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。

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。

图2.3.3 温度传感器与单片机的连接

3系统软件算法分析

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，按键扫描处理子程序等。

3.1主程序流程图

主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3.1所示。

图3.1 主程序流程图

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。其程序流程图如图3.2示

3.3温度转换命令子程序

温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图3.3所示

图3.3 温度转换流程图

图3.2 读温度流程图

3.4 计算温度子程序

计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3.4所示。

3.5 显示数据刷新子程序

显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。程序流程图如图3.5。

图3.4　计算温度流程图　　图3.5　显示数据刷新流程图

4 实验仿真

进入protuse后，连接好电路，并将程序下载进去。将DS18B20的改为0.1，数码管及LCD液晶显示温度与传感器的温度相同。

图4—1 数码温度显示仿真

图4—2 液晶温度显示仿真

5 总结与体会

通过这次对数字温度计的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字温度计的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

在调试过程中我曾将温度传感器的电源、地接反啦，导致温度传感器急剧发热，后经观察和查询资料才得以改正。

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。

查考文献

【1】李朝清单片机的C语言应用程序设计(第三版) 北京航空航天大学出版社

【2】赵建岭弓雷 51系列单片机开发宝典电子工业出版社

【3】李平杜涛罗和平单片机应用开发与实践机械工业出版社

附源程序代码

数码管程序

//DS18B20的读写程序,数据脚P3.1 //

//温度传感器18B20汇编程序,采用器件默认的12位转化 //

//最大转化时间750微秒,显示温度-55到+125度,显示精度 //

//为0.1度，显示采用4位LED共阴显示测温值 //

//P0口为位码、段码输入,P2.6为位选，P2.7为段选 //

/***************************************************/

#include<reg51.h>

#include<absacc.H>

#include <intrins.h>

#include<stdio.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit ds=P3^1;//定义DS18B20数据线

sbit wela=P2^6;

sbit dula=P2^7;

bit list_flag=0;//初始化正确与否标志位

uchar flag;//正负号标志位

uchar aa,bb,cc;

uchar temp_value;

uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40,0x63,0x39};

uchar code table1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};

void delay(uint ms) //延时程序

{

while(ms--);

}

uchar Init(void )//DS18B20初始化

{

uchar status;

ds=1;

delay(8);

ds=0;

delay(90);//延时

ds=1;

delay(8);//延时

status=ds; //如果为0，则初始化成功，如果为1，则初始化失败

delay(100);//延时

return(status);

}

uchar tempread(void)//从DS18B20读取一个字节数据

{

uchar i=0;

uchar dat=0;

for(i=8;i>0;i--)

{

ds=0;//给脉冲信号

dat>>=1;

ds=1;

_nop_();

if(ds) dat|=0x80;

delay(4);

ds=1;

}

return(dat);

}

void tempwritebyte(uchar dat)// 向DS18B20写一个字节数据

{

uchar j;

for(j=1;j<=8;j++)

{

ds=0;

ds=dat&0x01;

delay(5);

ds=1;

dat>>=1;

}

uchar get_temp(void)//DS18B20开始获取温度并转换

{

uchar a,b,t;

if(Init()==1)

{list_flag=1;}

else

{

list_flag=0;

Init();

tempwritebyte(0xcc);

tempwritebyte(0x44);

Init();

tempwritebyte(0xcc);

tempwritebyte(0xbe);

a=tempread();//读低8位

b=tempread();//读高8位

temp_value=(a&0x0f);//小数部分

if((b&0x80)==0x80)

{

b=~b;a=~a+1;

t=((b<<4)|(a>>4));

flag=0;

}

else

{

t=((b<<4)|(a>>4));

flag=1;

}

return (t);

}

void dis_temp()

{

aa=get_temp()/10;

bb=get_temp()%10;

cc=temp_value*625/1000%10;

if(flag==0)

{

wela=1;

P0=0xfe;

wela=0;

dula=1;

P0=0x40;//送-号

dula=0;

delay(10);

}

else if(flag==1)

{

wela=1;

P0=0xfe;

wela=0;

dula=1;

P0=0x00;

dula=0;

delay(10);

wela=1;

P0=0xf7;

wela=0;

dula=1;

P0=table[cc];

dula=0;

delay(300);

}

wela=1;

P0=0xfd;

wela=0;

dula=1;

P0=table[aa];

dula=0;

delay(300);

wela=1;

P0=0xfb;

wela=0;

dula=1;

P0=table1[bb];

dula=0;

delay(300);

wela=1;

P0=0xf7;

wela=0;

dula=1;

P0=table[cc];

dula=0;

delay(300);

}

void main(void)

{

while(1)

{

get_temp();

dis_temp();

}

液晶显示程序

#include<reg51.h>

#include<absacc.H>

#include <intrins.h>

#include<stdio.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit ds=P3^1;//定义DS18B20数据线

sbit wela=P2^6;

sbit dula=P2^7;

sbit RS=P2^4;

sbit EN=P2^5;

bit list_flag=0;//初始化正确与否标志位

uchar flag;//正负号标志位

uchar aa,bb,cc;

uchar temp_value;

unsigned char code str1[]={"temperature: "};

unsigned char code str2[]={" "};

/*************************lcd1602程序**************************/

void delay1ms(unsigned int ms)//延时1毫秒（不够精确的）

{unsigned int i,j;

for(i=0;i<ms;i++)

for(j=0;j<100;j++);

}

void wr_com(unsigned char com)//写指令//

{ delay1ms(1);

wela=0x00;

dula=0x00;

RS=0;

EN=0;

P0=com;

delay1ms(1);

EN=1;

delay1ms(1);

EN=0;

}

void wr_dat(unsigned char dat)//写数据//

{ delay1ms(1);;

RS=1;

EN=0;

P0=dat;

delay1ms(1);

EN=1;

delay1ms(1);

EN=0;

}

void lcd_init()//初始化设置//

{delay1ms(15);

wr_com(0x38);delay1ms(5);

wr_com(0x08);delay1ms(5);

wr_com(0x01);delay1ms(5);

wr_com(0x06);delay1ms(5);

wr_com(0x0c);delay1ms(5);

}

void display(unsigned char *p)//显示//

{

while(*p!='\0')

{

wr_dat(*p);

p++;

delay1ms(1);

}

init_play()//初始化显示

{ lcd_init();

wr_com(0x80);

display(str1);

wr_com(0xc0);

display(str2);

}

void delay(uint ms) //延时程序

{

while(ms--);

}

uchar Init(void )//DS18B20初始化

{

uchar status;

ds=1;

delay(8);

ds=0;

delay(90);//延时

ds=1;

delay(8);//延时

status=ds; //如果为0，则初始化成功，如果为1，则初始化失败

delay(100);//延时

return(status);

}

uchar tempread(void)//从DS18B20读取一个字节数据

{

uchar i=0;

uchar dat=0;

for(i=8;i>0;i--)

{

ds=0;//给脉冲信号

dat>>=1;

ds=1;

_nop_();

if(ds) dat|=0x80;

delay(4);

ds=1;

}

return(dat);

}

void tempwritebyte(uchar dat)// 向DS18B20写一个字节数据

{

uchar j;

for(j=1;j<=8;j++)

{

ds=0;

ds=dat&0x01;

delay(5);

ds=1;

dat>>=1;

}

uchar get_temp(void)//DS18B20开始获取温度并转换

{

uchar a,b,t;

if(Init()==1)

{list_flag=1;}

else

{

list_flag=0;

Init();

tempwritebyte(0xcc);

tempwritebyte(0x44);

Init();

tempwritebyte(0xcc);

tempwritebyte(0xbe);

a=tempread();//读低8位

b=tempread();//读高8位

temp_value=(a&0x0f);//小数部分

if((b&0x80)==0x80)

{

b=~b;a=~a+1;

t=((b<<4)|(a>>4));

flag=0;

}

else

{

t=((b<<4)|(a>>4));

flag=1;

}

return (t);

}

void dis_temp()

{

aa=get_temp()/10+0X30;

bb=get_temp()%10+0X30;

cc=temp_value*625/1000%10+0X30;

if(flag==0)

{ wela=0;

dula=0;

wr_com(0xc0);

wr_dat(0x2d);//显示符号位

}

else if(flag==1)

{ wela=0x00;

dula=0x00;

wr_com(0xc0);

wr_dat(0x00);//显示符号位

}

wela=0x00;

dula=0x00;

wr_com(0xc1);

wr_dat(aa);//显示十位

delay1ms(50);

dula=0x00;

wela=0x00;

wr_com(0xc2);

wr_dat(bb);//显示个位

wela=0x00;

dula=0x00;

wr_com(0xc3);

wr_dat(0x2e);//显示小数点

wela=0x00;

dula=0x00;

wr_com(0xc4);

wr_dat(cc);//显示小数位

}

void main(void)

{

init_play();//初始化显示

while(1)

{

get_temp();

dis_temp();

}

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