单片机课程设计报告-温度采集显示系统.doc

课 程 设 计课程名称 单片机原理与接口技术课程设计题目名称 温度采集显示系统学生学院 工程学院专业班级级电子科学与技术班学 号 姓 名 指导教师 何榕礼2011年12月24日目录一、设计任务与要求1二、原理电路设计11、方案比较 12、整体电路设计 13、单元电路设计 24、电路工作原理 45、元件选择及元件清单 5三、程序设计（c语言）51、延时函数 52、关于ds18b20的函数63、关于1602lcd的函数84、键盘扫描函数 95、报警函数 116、主函数 11四、电路和程序调试过程与结果12五、总结14附录1 系统电路原理图15附录2 系统pcb电路图 16附录3 电路板展示16温度采集显示系统一、设计任务与要求1、温度测量范围 0 - 99。2、温度分辨率1。3、选择合适的温度传感器。4、使用键盘输入温度的最高点和最低点，温度超出范围时候报警（报警温度不需要保存）。二、原理电路设计1、方案比较（1）单片机的选择采用stc89c52贴片芯片，其性能对于温度采集显示电路已经可以满足需求，国内外有关以51内核扩展出的单片机已被广泛用于工业测控系统，今后一段时间内仍将占有大量市场，而且现在有关51单片机的资料很多、很容易得到，故本课程设计选择stc89c52作为主要芯片以学习并掌握其基本应用，对以后接触单片机及相关开发电路有很大帮助。相比于stm8系列单片机，由于目前有关次系列单片机的资料很有限，而且内核外围结构比51系列复杂，较难学习上手，所以不妨先掌握51系列单片机，然后融汇贯通，将stm8系列作为后面的学习对象。（2）温度传感器的选择ds18b20单总线数字式温度传感器灵敏度高，精度可配置，而且有防水型，可以测量液体温度，其探头较长，也便于测量某些狭窄地方的温度，相比热敏电阻有很大优势，故本设计采用防水型不锈钢封装ds18b20探头式温度传感器。（3）显示器的选择因为led数码管只能显示数字和部分英文字母，可读性差，使用lcd显示可方便观察，清晰明了，能把报警上下限温度和当前温度同时显示出来，免去使用多片led数码管，硬件开销、面积占用大的烦恼。所以本设计采用1602lcd作为显示器。2、整体电路设计单片机最小系统为stc89c52芯片、复位电路和时钟电路，时钟电路使用11.0592mhz的晶振。通过ds18b20测量到的温度输入单片机io口，在lcd上显示出实时温度，同时显示出报警上下限温度，而报警上下限温度可通过按键输入电路修改。整体系统框图如图2.2.1所示。stc89c52单片机时钟电路复位电路led报警电路lcd显示电路ds18b20温度采集电路按键输入电路图2.23、单元电路设计因为本设计需要制作pcb印刷电路板，所以会涉及到altium designer09软件的使用，以便从单元电路设计到完成pcb布线布局，然后用热转印法将pcb电路图转印到覆铜板，再腐蚀多余覆铜，焊接好电路即完成作品。（1）单片机最小系统电路本设计核心mcu型号为stc89c52rc的lqfp-44封装贴片芯片，由该芯片组成的最小系统电路还包括复位电路和外部晶振时钟电路，复位电路为手动按键控制阻容复位，晶振电路采用电容三点式（如图2.3.1和2.3.2）。单片机可以串口下载，也可以借用实验板上的下载模块来下载程序。 图2.3.1 复位电路图2.3.2 时钟电路（2）ds18b20温度采集电路ds18b20为美国达拉斯（dallas）公司的单线数字温度传感器，与传统的热敏电阻不同，ds18b20可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理。本设计只用一个单线器件，如同时并接多个ds18b20可实现多点测温，r3为单线dq的上拉电阻（如图2.3.3）。ds18b20有两种供电方式：寄生电源和外部电源，当使用寄生电源时vdd引脚必须接地，本设计将vdd引脚节外部电源（35.5v）。因为，为使ds18b20能完成准确的温度转换，当温度变换发生时，dq线上必须提供足够的功率，而ds18b20的工作电流高达1.5ma，10k的上拉电阻将使得dq线没有足够的驱动能力。图2.3.3 ds18b20温度采集电路（3）lcd显示电路本设计采用1602型液晶作显示器，电路如图2.3.4所示。引脚接口说明：液晶8位数据口接单片机上的p0口。液晶接口1，2端为电源，15，16为背光电源，为防止直接加5v电压烧坏背光灯，在15脚串接一个10电阻用于限流。液晶3端为液晶对比度调节端，通过一个10k电位器接地来调节液晶显示对比度。液晶4端为液晶控制器写数据/写命令选择端，接单片机io口。5端为读/写选择端，因为不需要从液晶读取任何数据，只向其写入命令和显示数据，所以此端始终选择为写状态，即低电平接地。液晶6端为使能信号，是操作时必需的信号，接单片机io口。图2.3.4 lcd显示电路（4）led报警电路但温度超出报警温度范围时，led发光二极管会不停地闪灭循环。led只需阳极串接一个1k的限流电阻至电源，阴极直接与单片机io口相连，如图2.3.5。图2.3.5 led报警电路（5）按键输入电路为调节报警温度上限温度和下限温度，采用4个独立键盘，其中两个调节上限温度的增加和减少，没按一下增加或减少上限温度1摄氏度，另外两个调节下限温度的增加和减少。如图2.3.6，s1s4为4个独立键盘，一端分别与单片机4个io口相连，另一端共同接地。图2.3.6 键盘输入电路4、电路工作原理整体电路原理图见附录1。ds18b20温度传感器完成温度转换后将温度数据通过单线dq传送给单片机，单片机将数据处理并在1602lcd上显示出来，同时系统初始化设置报警的上下限温度也在lcd上显示。如果测量温度超出报警温度范围，则led发光二极管闪烁报警。通过4个按键s1s4可调节报警的上下限温度，按复位键s0可使系统复位，报警温度恢复为初始化设置值。ds18b20可配置912位测量温度值分辨率，分别对应的温度分辨率为0.5、0.25、0.125、0.0625，降低温度值分辨率可以减少ds18b20转换温度所需的时间。5、元件选择及元件清单序号元件型号名称备注数量1stc89c52rclqfp-44封装，串口编程下载12ds18b20温度传感器不锈钢封装，防水型探头131602型lcd14led发光二极管红色，0805封装15贴片按键开关56晶振晶振频率为11.0592mhz，这决定单片机的指令运行时间1710k精密可调电位器用于调节lcd屏幕分辨率18贴片电阻0805封装若干9贴片电容其中除了复位电容外，其他均用0805封装，复位电容为钽电容1206封装若干因为制作pcb印刷电路板，所以另外还需要覆铜板、pcb热转印纸小电钻等工具。三、程序设计（c语言）为后面的程序更简明，在程序头先作下面两句宏定义，以便在定义无符号字符型和无符号整型数据是只需用“uchar”和“uint”即可。#define uchar unsigned char#define uint unsigned int1、延时函数单片机晶振频率为11.0592mhz，延时函数在此工作频率下调试确定。 void delayms(uint a)/毫秒延时函数，形参a决定延时时长约为a毫秒 uint i, j; for(i = a; i 0; i-) for(j = 112; j 0; j-);void delayus() /延时微妙数量级的函数 _nop_();2、关于ds18b20的函数sbit ds = p24;/ds18b20的数据输出脚dq定义为p2.4脚void dsinit()/产生复位脉冲初始化 unsigned int i; ds = 0; i = 100;/拉低约900us while(i0) i-; ds = 1; i = 4;/产生上升沿 while(i0) i-; void dswait()/等待应答脉冲函数 unsigned int i; while(ds); /等待应答脉冲，应答脉冲到达后跳出 while(ds);/表示位取反，应答脉冲结束后跳出 i = 4; while(i 0) i-;unsigned char readbyte()/读取数据的一个字节 unsigned int i; unsigned char j, dat; dat = 0; for(i=0; i8; i+) j = readbit(); dat = (j 1); return dat;void writebyte(unsigned char dat)/写数据的一个字节 unsigned int i; unsigned char j; bit b; for(j = 0; j = 1; if(b) ds = 0; i+; i+; ds = 1; i = 8; while(i0) i-; else ds = 0; i = 8; while(i0) i-; ds = 1; i+; i+; void sendchangecmd()/启动温度转换函数 dsinit();/产生复位脉冲，初始化ds18b20 dswait();/等待ds18b20给出应答脉冲 delayms(1); /延时 writebyte(0xcc);/skip rom命令，即无须提供rom序列号即可运行内存操作命令 writebyte(0x44);/convert t命令，即开始温度转换操作delayms(1000); /温度转换时间需要750ms以上void sendreadcmd()/读暂存器ram函数 dsinit(); /产生复位脉冲，初始化ds18b20 dswait(); /等待ds18b20给出应答脉冲 delayms(1); /延时 writebyte(0xcc); /skip rom命令，即无须提供rom序列号即可运行内存操作命令 writebyte(0xbe); /read scratchpad命令，之后将读取暂存器ram内容，从字节0一直读取到字节8int gettmpvalue()/从暂存器中获取温度值，转化为10进制数并返回10进制数的温度值 unsigned int tmpvalue; float t;int value; unsigned char low, high; sendreadcmd(); /读取暂存器ram内容，从字节0一直读取到字节8 low = readbyte(); /读取温度值低8位，即暂存器的字节0 high = readbyte();/读取温度值高8位，即暂存器的字节1 tmpvalue = high; tmpvalue 0 ? 50 : -50); /*大于0加50, 小于0减50，即为使value值的十位四舍五入，如11556.55度四舍五入后为11607.05度*/ return value;/返回温度值的100倍，十进制，带小数，如11607.05度void display(int v) /测量温度值显示函数 unsigned char count; unsigned char datas = 0, 0, 0; unsigned int tmp = abs(v); datas0 = tmp / 10000; datas1 = tmp % 10000 / 1000; datas2 = tmp % 1000 / 100; /writecomm(0xc0+5); /*if(v 0) writedata(0x2d);/显示-号 else writedata(0x2b);/显示+号 */ if(datas0 != 0) writedata(0+datas0);if(datas1 != 0)writedata(0+datas1); /for(count = 1; count 3; count+)/原为count!=5 writedata(0+datas2);writedata(0xdf);/显示度cwritedata(0x43);writedata(0x20);/显示空格3、关于1602lcd的函数sbit rs = p10; /lcd引脚4端为液晶控制器写数据/写命令选择端，接p1.0脚sbit lcden = p13;/ lcd引脚6端为使能信号，接p1.3口void writecomm(uchar comm)/定义写指令函数，参数comm为要写的指令 rs = 0;/rs清0为命令选择 p0 = comm;/送指令码 lcden = 1;/使能信号置1 delayus();/地址建立时间tsp1最小30ns lcden = 0;/使能信号回复为低电平 delayms(1);/写数据:rs=1, rw=0;void writedata(uchar dat)/定义写数据函数，参数dat定义为字符型即为需要写的字符 rs = 1;/rs置1为数据选择 p0 = dat;/送要写字符数据 lcden = 1;/使能信号e置1 delayus();/地址建立时间tsp1最小30ns lcden = 0;/使能信号回复为低电平 delayms(1); void init()/lcd初始化函数 writecomm(0x38);/显示模式 writecomm(0x0c);/0c: b2位置1开显示；b1位置0指不显示光标；b0位的0指光标不显示 writecomm(0x06);/06: b1位的1指写完一个字符后光标加1；b0位的0指整屏不移 writecomm(0x01);/清屏void writestring(uchar * str, uchar length)/写字符串 uchar i; for(i = 0; i = 10000)/上限温度最高不超过100摄氏度th= 10000; delayms(15);while(!s1);/等待按键松开if(s2=0)delayms(15);if(s2=0)th= th-100;if(th= th)tl= th;delayms(15);while(!s3);if(s4=0)delayms(15);if(s4=0)tl= tl-100;if(tl th)|(tmp tl)d1 = 0;delayms(20);/led亮20msd1 = 1;/led灭的时间即是后面温度转换所需的约1s时间，故已足够，不用再加延时6、主函数void main()p3=0xff;/按键所连io口初始为高电平 sendchangecmd();/启动温度转换 init();/初始化1602lcd writecomm(0x80);/指针置于第1行第1个字符处 writestring(table, 12);/写“temperature:”writecomm(0xc0);/指针置于第2行第1个字符处writestring(table_th, 3);/写“th:”writecomm(0xc0+8);/指针置于第2行第9个字符处writestring(table_tl, 3);/写“tl:” while(1)/循环，不断进行温度转换、刷新显示、键盘扫描 keys();/键盘扫描writecomm(0x80+12);/指针置于第1行第13个字符处 display(gettmpvalue(); /显示测量温度值writecomm(0xc0+3);/指针置于第2行第4个字符处display(th);/显示报警上限温度writecomm(0xc0+11);/指针置于第2行第12个字符处display(tl);/显示报警下限温度alarm(gettmpvalue();/报警判断 sendchangecmd();/重新温度转换 四、电路和程序调试过程与结果在调试延时子函数时，通过设置断点，观察运行延时函数指令下来所经历的时间，例如对毫秒延时函数，要求运行该函数指令所经历的时间为1ms。观察在运行该函数指令前的时间（如图4.1），执行“单步运行”命令以运行该指令后，再次观察时间（如图4.2），如果大约经历了1ms则符合要求，否则继续修改函数直至符合要求。图4.1未运行指令前图4.2 运行指令后在altium designer09上，设计好电路原理图后转为pcb电路图（见附录2），经过热转印至覆铜板上，并腐蚀和焊接好电路。第一次下载程序到单片机后上电调试，lcd没有显示任何字符，这说明lcd屏幕分辨率未调好。调节电位器使lcd第一行显示出一排清晰黑色小方格，即调好屏幕分辨率，但再此下载程序仍无显示。经过用万用表对lcd连接单片机的数据传输引脚注意排查，发现lcd使能端引脚6所接单片机的p4.2脚不能正常工作。对比dip40封装的stc89c52芯片，lqfp-44封装比dip40封装的多出p4口，但在编程时的头文件reg52.h中并没有p4口的定义，故需在程序中加上对p4口地址的定义sfr p4 = 0xe8，这是根据stc89c52的特殊功能寄存器映像（如图4.3）来定义的。图4.3后来考虑到p4口驱动能力等问题，最后经调整将lcd使能端引脚6连接至p1.3脚。经修改后再次上电调试，成功显示出测温结果，报警、复位、按键功能正常，如图4.4所示。图4.4五、总结1、作品的优点和不足优点：（1）本设计采用pcb印刷电路板，所占面积小