单片机原理与应用课程设计-数字式温度计设计报告.doc

单片机原理与应用课程设计说明书 题 目： 数字式温度计 系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名: 学 号: 指导教师: 2011年 月 日单片机课程设计说明书目 录1 设计任务与要求11.1 课程设计的任务11.2 课程设计的要求12 设计方案12.1 设计思路12.2 芯片及功能12.2.1 stc89c52rc12.2.3 ds130272.2.4 ds18b02102.2.5 max232162.2.6 74ls164173 硬件电路设计193.1 原理图193.2 pcb印刷版224 主要参数计算与分析234.1 ds18b20温度数值转换234.2 ds1302时钟bcd的转换245 软件设计245.1 流程图245.2 源代码266 调试过程446.1 调试步骤446.2 实验出现的问题457 结论45参考文献461 设计任务与要求11 课程设计的任务基本要求：本次课程设计的基本任务为完成一个温度传感器的功能。当温度低于某一个温度值或高于某个温度是报警。扩展功能：结合个人能力和电路板的现有硬件，看增加其他功能。这里扩展为按下某个键进入时钟功能。1.1.1 以51单片机为核心器件，组成一个数字式温度记1.1.2 采用ds18b20为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为5。1.1.3 温度显示采用3位led数码管显示，两位整数、一位小数1.1.4 具有温度上下限功能，超过上下限时，进行声音报警。12 课程设计的要求1. 2. 1焊接电路，编制程序，实现电子音乐盒的基本功能，并完成课程设计说明书。1. 2. 2课程设计期间遵守纪律，注意安全，爱护设备，合理分工，加强合作。2 设计方案1. 1设计思路使用单片机读取温度传感器的值，经过转换，在8段led数码管上显示出来。根据读取的值来设定温度报警范围。当高于或低于某个温度值通过蜂鸣器报警。扩展功能：时钟显示。通过一个按键切换到时钟显示。时钟系统是通过i2c总线访问ds1302获取和设置时钟。2.2 使用芯片2.3 芯片作用2. 3. 1 74ls164 74ls164 内部逻辑图引脚功能：clear： 同步清除输入端（低电平有效） a，b ：串行数据输入端qaqh： 输出端clock ：时钟输入端inputsoutputsclearclockabqaqb.qhlxxxll.lhlxxqaoqbo.qhohhhhqan.qgnhlxlqan.qgnhxllqan.qgnh高电平 l低电平 x任意电平 低到高电平跳变 qa0,qb0,qh0 规定的稳态条件建立前的电平 qan,qgn 时钟最近的前的电平 当清除端（clear）为低电平时，输出端（qaqh）均为低电平。 串行数据输入端（a，b）可控制数据。当 a、b任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（clock）脉冲上升沿作用下q0 为低电平。当a、b 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在clock 上升沿作用下决定q0 的状态。2. 3. 2 数字温度传感器ds18b20介绍1、ds18b20的主要特性 1.1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5v，在寄生电源方式下可由数据线供电 1.2、独特的单线接口方式，ds18b20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯 1.3、 ds18b20支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 1.4、ds18b20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 1.5、温范围55+125，在-10+85时精度为0.5 1.6、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温 1.7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快 1.8、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。2、ds18b20的外形和内部结构ds18b20内部结构主要由四部分组成：64位光刻rom 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存器。ds18b20的外形及管脚排列如下图1: ds18b20引脚定义： (1)dq为数字信号输入/输出端； (2)gnd为电源地； (3)vdd为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。3、ds18b20工作原理 ds18b20的读写时序和测温原理与ds1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 ds18b20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 5、ds18b20的应用电路ds18b20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。下面就是ds18b20几个不同应用方式下的 测温电路图： 5.1、ds18b20寄生电源供电方式电路图如下面图4所示，在寄生电源供电方式下，ds18b20从单线信号线上汲取能量：在信号线dq处于高电平期间把能量储存在内部 电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 独特的寄生电源方式有三个好处： 1）进行远距离测温时，无需本地电源 2）可以在没有常规电源的条件下读取rom 3）电路更加简洁，仅用一根i/o口实现测温 要想使ds18b20进行精确的温度转换，i/o线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由 于每个ds18b20在温度转换期间工作电流达到1ma，当几个温度传感器挂在同一根i/o线上进行多点测温时，只靠4.7k上拉电阻就无法提供足够的 能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。 2. 3. 3 8位串行a/d转换器adc08321.功能特点adc0832 为8位分辨率a/d转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。芯片具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件连接和处理器控制变得更加方便。通过di 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。其主要特点如下： 8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为5v； 5v单电源供电； 输入模拟信号电压范围为05v； 输入和输出电平与ttl和cmos兼容； 在250khz时钟频率时，转换时间为32us； 具有两个可供选择的模拟输入通道； 功耗低，15mw。2.外部引脚及其说明adc0832有dip和soic两种封装，dip封装的adc0832引脚排列如图6.21所示。各引脚说明如下： cs片选端，低电平有效。 ch0，ch1两路模拟信号输入端。 di两路模拟输入选择输入端。 do模数转换结果串行输出端。 clk串行时钟输入端。 vcc/ref正电源端和基准电压输入端。图6.21 adc0832引脚图 gnd电源地。3.单片机对adc0832 的控制原理一般情况下adc0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是cs、clk、do、di。但由于do端与di端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将do和di 并联在一根数据线上使用。当adc0832未工作时其cs输入端应为高电平，此时芯片禁用，clk 和do/di 的电平可任意。当要进行a/d转换时，须先将cs端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端clk提供时钟脉冲，do/di端则使用di端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲到来之前di端必须是高电平，表示启动位。在第2、3个时钟脉冲到来之前di端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表6.4。输入形式 配置位选择通道ch0ch1choch1差分输入00+-01-+单端输入10+11+当配置位2位数据为1、0时，只对ch0 进行单通道转换。当配置2位数据为1、1时，只对ch1进行单通道转换。当配置2位数据为0、0时，将ch0作为正输入端in+，ch1作为负输入端in-进行输入。当配置2位数据为0、1时，将ch0作为负输入端in-，ch1 作为正输入端in+进行输入。到第3个时钟脉冲到来之后di端的输入电平就失去输入作用，此后do/di端则开始利用数据输出do进行转换数据的读取。从第4个时钟脉冲开始由do端输出转换数据最高位d7，随后每一个脉冲do端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据d0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个时钟脉冲输出d0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次a/d转换的结束。最后将cs置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。3 硬件电路设计3.1 原理图3路led灯7段led数值数码管与6路按键ds18b20ds1302max232max813蜂鸣器/喇叭3.2 pcb印刷版4 主要参数计算与分析4.1 ds18b20温度数值转换读取ds18b20后得到9个字节中前两位为温度数值th1,tl1，其温度数值为0.0625的倍数先将二进制转换为浮点数tempfloattempfloat= th1*162+tl1获取整数部分：把tempfloat给一个整型变量tempinttempint= tempfloat；把温度值分成6位显示：整数部分： 0=tempint/100; 1=tempint%100/10; 2=tempint%10; 小数部分：templt=(tempfloat- 0*100+ 1*10+ 2)*10000; 3=templt%10; 4=templt%100/10; 5=templt%1000/100;4.2 ds1302时钟bcd的转换十进制转bcd十进制整数time_buf1，转换成十六进制bcd码值time_buftmp=time_buf1/10;/获得十位time_buf=time_buf1%10;/获得个位time_buf=time_buf+tmp*16;/转换十六进制bcd转十进制十六进制整数time_buf，转换成十进制bcd码值time_buf1mp=time_buf/16;/获得高八位time_buf1i=time_buf%16;/获得高低位time_buf1i=time_buf1+tmp*10;/转换成十进制5 软件设计5.1 流程图5.2 源代码/mydefindebefore.h*/文件功能:定义、函数声明、公用函数。*sbit sin=p24;/led显示移位输出口sbit clk=p25;/移位输出时钟sbit led1=p21;/led口sbit led2=p22;sbit led3=p23;sbit s1=p00;/位选口sbit s2=p01;sbit s3=p02;sbit s4=p26;sbit s5=p27;sbit s6=p07;sbit tt=p33; /测试口sbit tt1=p34;bit keydown=0;/按键是否按下bit alarmon=0;/温度报警在报警sbit alarmspk=p20;/报警口,0-报警、1-关闭报警unsigned char t0_mode=0;/t0要触发的模式，0-读取ds1302、1-读取ds18b20bit timesetblink=0;/时间设置时的闪烁判定unsigned char timesetindex=0;/按键1的功能标识 1：全闪 2：设置小时 3:设置分钟 4：设置秒 5：写入ds1302unsigned char t0_num=0,t1_num=0; /定时器次数记录unsigned char const el21=0xe7,0x05,0xe9,0xad,0x0f,0xae,0xee,0x85,0xef,0xaf,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x80,0x40,0x38,0x76,0x00;/ 显示段码值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f . - l h 空unsigned char lednum6=0,1,2,3,4,5;/6位管暂存初始化void scanled(); void b_sin(unsigned char);void getkeyinput();/void delay(unsigned int);void dis_buf1();/延迟=void delay(unsigned int n) while(n-);/kcsj.c*/程序主文件*#include/c52通用定义头文件#include mydefindebefore.h /一部分定义及，函数声明，共用函数#include iic_ds1302_rw.c/ds1302时钟函数库#include ss_ds18b20.c/ds18b20温度传感器函数库/主程序=void main()tmod=0x11;/设置t0、t1都在模式一/设置并开启t0th0=0x00;tl0=0x00;et0=1;ea=1;tr0=1;/设置t1th1=0x00;tl1=0x00;et1=1;tr1=0;alarmspk=1;ds1302_init();ds1302_read_time();scanled();/开始扫描led显示/led扫描显示=void scanled() unsigned char i,eltmp; while(1)for(i=0;i6;i+) /6位扫描输出=/检测按键=if(p1!=0xff) if(keydown=0)/只有上次按键松开才看可以再次处理按键程序getkeyinput();keydown=1;elsekeydown=0;eltmp=ellednumi; /获得该位数码if(t0_mode=0)/时间模式时没两位加一个小数点if(i%2!=0)/是否加小数点eltmp=(ellednumi)|0x10; else/温度模式只在第3位加一个小数点if(i=2)eltmp=(ellednumi)|0x10;s1=1;s2=1;s3=1;s4=1;s5=1;s6=1;/清位/b_sin(0xff); /清8位管b_sin(eltmp); /移位输出switch(i) /选位case 0:s1=0;break;case 1:s2=0;break;case 2:s3=0;break;case 3:s4=0;break;case 4:s5=0;break;case 5:s6=0;break;delay(20); /延迟显示 /移位输出一个字节=void b_sin(unsigned char sintmp)unsigned char i; for(i=0;i8;i+) sintmp=sintmp=23)time_buf14=0;else time_buf14+;elseif(time_buf1timesetindex+2=59) /分、秒封顶time_buf1timesetindex+2=0;else time_buf1timesetindex+2+;else if(p1=0xfb&t0_mode=0)/3键 -1=if(time_buf1timesetindex+2=5)/每5次才读一次ds1302t0_num=0; if(t0_mode=0)/读取ds1302ds1302_read_time();dis_buf1();else if(t0_mode=1) /读取温度传感器transformtemp();readtemp();t0_num+;/t1=void int_t1() interrupt 3th1=0x00;tl1=0x00;tt1=tt1;if(t1_num=5) /每5次闪烁一下t1_num=0;timesetblink=timesetblink; /取反-下次亮暗的状态取反if(timesetindex=1) /all if(timesetblink=0)lednum0=20;lednum1=20;lednum2=20;lednum3=20;lednum4=20;lednum5=20; elsedis_buf1();else if(timesetindex=2) /hourif(timesetblink=0)lednum0=20;lednum1=20; elselednum0=time_buf14/10;lednum1=time_buf14%10;else if(timesetindex=3)/minutesif(timesetblink=0)lednum2=20;lednum3=20; elselednum2=time_buf15/10;lednum3=time_buf15%10;else if(timesetindex=4)/secondsif(timesetblink=0)lednum4=20;lednum5=20; elselednum4=time_buf16/10;lednum5=time_buf16%10;else if(timesetindex=5) /保存修改t1_num+;void dis_buf1() /把”time_buf1“的值写入显示暂存lednum0=time_buf14/10;lednum1=time_buf14%10;lednum2=time_buf15/10;lednum3=time_buf15%10;lednum4=time_buf16/10;lednum5=time_buf16%10;/iic_ds1302_rw.c*/ds1302时钟芯片的读取写入函数库*#includesbit sck=p05;sbit sda=p04;sbit rst=p03;/*复位脚*/#define rst_clrrst=0/*电平置低*/#define rst_setrst=1/*电平置高*/*双向数据*/#define io_clrsda=0/*电平置低*/#define io_setsda=1/*电平置高*/#define io_rsda/*电平读取*/*时钟信号*/#define sck_clrsck=0/*时钟信号*/#define sck_setsck=1/*电平置高*/#define ds1302_sec_add0x80/秒数据地址#define ds1302_min_add0x82/分数据地址#define ds1302_hr_add0x84/时数据地址#define ds1302_date_add0x86/日数据地址#define ds1302_month_add0x88/月数据地址#define ds1302_day_add0x8a/星期数据地址#define ds1302_year_add0x8c/年数据地址#define ds1302_control_add0x8e/控制数据地址#define ds1302_charger_add0x90 #define ds1302_clkburst_add0xbeunsigned char time_buf18 = 20,9,3,13,18,51,0,6;/空年月日时分秒周unsigned char time_buf8 ;/空年月日时分秒周/*向ds1302写入一字节数据*/void ds1302_write_byte(unsigned char addr, unsigned char d) unsigned char i;rst_set;/*启动ds1302总线*/*写入目标地址：addr*/addr = addr & 0xfe;/*最低位置零*/for (i = 0; i 1;/*写入数据：d*/for (i = 0; i 1;rst_clr;/*停止ds1302总线*/*从ds1302读出一字节数据*/unsigned char ds1302_read_byte(unsigned char addr) unsigned char i;unsigned char temp;rst_set;/*启动ds1302总线*/*写入目标地址：addr*/addr = addr | 0x01;/*最低位置高*/for (i = 0; i 1;/*输出数据：temp*/for (i = 0; i 1;if (io_r) temp |= 0x80;else temp &= 0x7f;sck_set;sck_clr;rst_clr;/*停止ds1302总线*/return temp;/*向ds302写入时钟数据*/void ds1302_write_time(void) unsigned char i,tmp;for(i=0;i8;i+) /bcd处理tmp=time_buf1i/10;time_bufi=time_buf1i%10;time_bufi=time_bufi+tmp*16;ds1302_write_byte(ds1302_control_add,0x00);/关闭写保护 ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,0x80);/暂停 /ds1302_write_byte(ds1302_charger_add,0xa9);/涓流充电 ds1302_write_byte(ds1302_year_add,time_buf1);/年 ds1302_write_byte(ds1302_month_add,time_buf2);/月 ds1302_write_byte(ds1302_date_add,time_buf3);/日 ds1302_write_byte(ds1302_day_add,time_buf7);/周 ds1302_write_byte(ds1302_hr_add,time_buf4);/时 ds1302_write_byte(ds1302_min_add,time_buf5);/分ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,time_buf6);/秒ds1302_write_byte(ds1302_day_add,time_buf7);/周 ds1302_write_byte(ds1302_control_add,0x80);/打开写保护 /*从ds302读出时钟数据*/void ds1302_read_time(void) unsigned char i,tmp;time_buf1=ds1302_read_byte(ds1302_year_add);/年 time_buf2=ds1302_read_byte(ds1302_month_add);/月 time_buf3=ds1302_read_byte(ds1302_date_add);/日 time_buf4=ds1302_read_byte(ds1302_hr_add);/时 time_buf5=ds1302_read_byte(ds1302_min_add);/分 time_buf6=(ds1302_read_byte(ds1302_sec_add)&0x7f;/秒 time_buf7=ds1302_read_byte(ds1302_day_add);/周 for(i=0;i8;i+) /bcd处理tmp=time_bufi/16;time_buf1i=time_bufi%16;time_buf1i=time_buf1i+tmp*10;/*ds302初始化函数*/void ds1302_init(void) rst_clr;/*rst脚置低*/sck_clr;/*sck脚置低*/ ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,0x00); /ss_ds18b20.c*/ds18b20温度传感器的读取写入函数库unsigned char data tread9;/5位aa后跟9位读取的ds18b20的数据unsigned int tempint,templt;/unsigned int t1_runs=0;/t1，触发的次数，用来长延时unsigned char alarmseti=0;/报警设置，设置项目sbit dq=p06;/数据线void temphtod(); /温度数值转换，并写入八位管暂存void writeram(); /写入ds18b20ramvoid readtemp(); /读取温度值，其实9位数据都读取，并保存到tread13中void transformtemp(); /ds18b20进行温度转换void ds_set(); /初始化ds18b20void writebyte(unsigned char);/写入ds18b20一个字节unsigned char readbyte();/读取ds18b20一个字节/读取温度=void readtemp()unsigned char i;ds_set();writebyte(0xcc);writebyte(0xbe);for(i=0;i=0xf0) /温度如果为负情况，取反temph=0xff-temph;templ=0xff-templ+1;tempi=temph*16*16+templ; /温度台阶（0.0625）数tempfloat=tempi*0.0625;/获得十进制温度值tempint=tempfloat;/截取整数位/温度检测报警=if(tempfloat=18) /设置温度报警限，精确到小数后（tempfloat为浮点数）led1=0;led2=0;led3=0; alarmspk=0;if(alarmon=0)/防止开始报警后重复进入该函数而无法跳出alarmon=1;elsealarmspk=1;alarmon=0;led1=1;led2=1;led3=1; /end 温度检测报警=if(tread1=0xf0) /温度如果为负情况，最高位显示“-”，否则按原值显示 lednum0=17;else lednum0=tempint/100; lednum1=tempint%100/10; lednum2=tempint%10; /lednum3=16;templt=(tempfloat-lednum0*100+lednum1*10+lednum2)*10000; lednum3=templt%10;lednum4=templt%100/10;lednum5=templt%1000/100;/lednum7=templt%10000/1000; /修改时间写入ds1302=void writeram()ds_set();writebyte(0xcc);writebyte(0x4e);writebyte(tread2);writebyte(tread3);ds_set();/=void transformtemp()ds_set();writebyte(0xcc);writebyte(0x44);/delaylong();ds_set();/=void ds_set()dq=1;dq=0;delay(70);dq=1;delay(20);/写1