《单片机技术》课程设计-数字温度计设计.doc

单片机技术课程设计说明书 数字温度计院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 通信工程 班 级： 通信工程1202班 完成时间： 2015-1-3 单片机技术课程设计任务书一、设计题目：数字温度计。二、适用班级：电子1201-1202，通信1201-1202三、指导教师：凌云四、设计目的与任务：学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在单片机技术中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。五、设计内容与要求 设计内容1、数字电子钟设计一个具有特定功能的电子钟。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。2、数字频率计设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。3、数字电压表设计一个能够测量直流电压的数字电压表。测量电压范围05V，测量精度小数点后两位。该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。4、交通灯设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。5、抢答器设计一个具有特定功能的抢答器。该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30S；10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无效；正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，显示器显示违规台号。蜂鸣器发出音响；各台数字显示的消除，蜂III鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。6、密码锁设计一个具有特定功能的密码锁。该密码锁上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入准备工作状态。该密码锁具有系统原始密码888888，用户可以设定并存储用户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。7、波形发生器设计一个具有特定功能的波形发生器。该波形发生器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入准备工作状态。该波形发生器可以分别产生幅值05V、频率100Hz100KHz范围内的三角波、锯齿波、方波、梯形波和正弦波。8、数字温度计设计一个具有特定功能的数字温度计。该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。测量温度范围099，测量精度小数点后两位，可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。9、计算器设计一个具有特定功能的计算器。该计算器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。能实现（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；（2）三角函数运算；（3）十进制、十六进制转换运算；（4）其他功能。10、数字式秒表设计一个具有特定功能的数字式秒表。该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。设计要求1、以上课题可以任选其一或多选，学生也可以自拟课题；2、编程语言：汇编或C51；3、计算机打印单片机技术课程设计说明书一份；4、设计时间：一周；5、实物制作；6、人员分组：一人一组一实物。六、单片机技术课程设计说明书正文主要内容参照“单片机技术课程设计说明书正文主要内容”文件。七、单片机技术课程设计说明书书写规范格式 参照“单片机技术课程设计说明书书写规范格式”文件。八、参考资料1、马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典M, 北京：北京航空航天大学出版社，2003.6； 2、李光飞,单片机C程序设计指导M,北京:北京航空航天大学出版社，2003.01 ；3、李光飞,单片机课程设计实例指导M,北京:北京航空航天大学出版社，2004.9。电气自动化教研室 2014年9月10日V摘 要在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。 我们采用美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，温度范围为-55125 C,最高分辨率可达0.0625 C。DS18B20可以直接读出北侧温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。本文介绍一种基于AT89S52单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围0-+100，使用LED模块显示，能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器DS18B20的原理，AT89S52单片机功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、结构简单关键词：单片机;AT89S52;DS18B20I目 录1 设计任务、功能要求及总体方案11.1 设计任务11.2 功能要求11.3 总体方案介绍及工作原理说明12 数字温度计硬件系统设计22.1 硬件系统各模块功能设计22.2 电路原理图、PCB图、元件布局图22.3 元器件清单23 数字温度计软件系统设计23.1 单片机资源使用情况23.2 各模块功能简要介绍33.3 程序流程图33.4 程序清单84 设计结论、实物结果、设计体会、误差分析94.1 设计结论94.2 实物结果104.3 设计体会124.4 误差分析13结束语14致谢15参考文献16附录17附录A17附录B18附录C19 附录D20 II1 设计任务、功能要求及总体方案1.1 设计任务设计一个具有特定功能的数字温度计。1.2 功能要求1）数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”进入准备工作状态。2）测量温度范围099，测量精度小数点后两位。3）可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。1.3 总体方案介绍及工作原理说明（1）方案介绍设计中主控芯片采用八位单片机AT89S52，显示器采用四位一体共阳数码管显示，测温模块采用温度传感器DS18B20，键盘采用独立式按键，其原理框图如图1所示。图1 原理框图（2）工作原理说明：数字温度计原理：该数字温度计供测温比较准确，测温范围为0-99的场所。主要是利用温度传感器DS18B20的操作时序和控制命令字，通过单片机对其操作从单总线上将温度值一位一位的取出来，然后进行处理，将温度数据分为整数位和小数位，然后将相应的温度通过四位一体共阳数码管显示出来，通过独立式键盘S1实现对数字温度计的开启与关闭。2 数字温度计硬件系统设计2.1 硬件系统各模块功能设计该数字温度计的设计可分为单片机最小系统、键盘电路的设计、显示电路的设计和测温电路的设计等。各模块的功能如下：（1）单片机单片机采用AT89S52,具有低电压和体积小等特点，其特性为：指令集合芯片引脚与Intel公司的8052兼容,8KB片内在系统可编程FLASH程序存储器,时钟 频率为033MHZ,128字节片内随机读写存储器（RAM）,6个中断源，2级优先级,3个16位定时，计数器,全双共串行通信接口。（2）电源电路 电源是通过电源线外接电路给电路板供电的，此设计简单方便又实用。（3）下载电路 下载电路是通过下载线实现下载功能的。（4）测温电路设计本设计用到温度芯片是DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式。测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。设计的系统DS18B20带上拉电阻接到单片机的P3.0口线上。2.2 电路原理图、PCB图、元件布局图Altium Designer与AutoCAD原理图、元器件布局图、PCB图分别见附录A、附录B与附录C。 2.3 元器件清单元器件清单见附录D。3 数字温度计软件系统设计3.1 单片机资源使用情况 本设计采用独立式键盘，键盘直接接在P1.0口线上且按键的结果存贮在单片机的内部数据存储器里面。用到的LED显示器接到了单片机的P0和P2口上。DS18B20接在P3.0口线上。3.2 各模块功能简要介绍软件系统结构由系统初始化模块、按键模块、测温模块以及数码管显示模块四部分组成。（1）按键模块其中用到了key_data （取键值函数）、display（显示函数延时进行按键消抖）和key（判键函数）。按键S1对电路进行操作，控制温度计的开启与关闭。（2）测温模块其中用到了delay（延时函数）、init_ds18b20（DS18B20初始化函数）、write- byte（写一字节函数）、read_byte（读一字节函数）和read_wendu（读温度函数），将温度数据取出来，经处理后温度分为整数部分和小数部分以便显示。（3）数码显示模块其中用到了display（数码管显示函数）、delay_1ms（延时1ms函数）和uint8 code table（共阳数码管09代码）。温度计上电数码管显示“P.”，按S2键启动温度计，数码管显示当前温度，再次按S2键关闭温度计，数码管显示“P.”。 3.3 程序流程图在本设计中包括了以下九个主要的程序：主程序（MAIN）、RESET_PULSE( DS18B20的复位子程序)、WRITE(DS18B20的写入子程序)、READ(DS18B20的读取子程序)、READ_TEMP(读温度子程序)、和DIR（数码管显示子程序）、DISPLAY(显示数据子程序)、键盘扫描子程序KEY(判断是否有键按下)、PROCESS(温度处理子程序)。（1） 主程序(监控程序)流程图如图2所示：图2 主程序流程图主函数执行过程为：1)先延时等待键的情况调键扫函数；2)调判键函数后，检测是否有键按下，若无键按下，则显示P.；若有键按下，则显示当前温度值，退出判键函数。（2）DS18B20复位子程序流程图如图3（a）所示，读取子程序流程图如图3（b）所示，写入子程序流程图如图3（c）所示： （a） （b） （c）图3 复位、读取、写入子程序流程图 （a）主机发出延时511微秒的复位低脉冲，然后拉高数据线，延时61微秒，判断数据线是否为低电平，是，则标志位置一，否则标志位清零，延时241微秒，拉高数据线，标志位为一返回。（b）低位存入TL，高位存入TH，数据共8位，读取两个字节的数字，读前总线保持为低，空操作，开始读前总线释放，延时15 微秒，从总线读到一个位，把读得位值循环给A，等待51微秒，读取下一位。（c）进位清零，当总线低位时，开始写入，延时15微秒，把字节DATA分成8个位，循环给C，开始写入一个位，等待47微秒，重新释放总线，循环写入，最后重新释放总线。（3）读温度子程序流程图如图4所示： 图4 读温度子程序流程图 调用复位脉冲子程序，跳过ROM指令，读温度显示温度，又调用复位脉冲，跳过ROM命令，读缓存命令。（4）键盘扫描子程序流程图如图5所示： 图5 键盘扫描子程序流程图 调用P1口数据处理子程序，没有键按下，转返回，有键按下，调显示子程序去抖动，再调P1口数据处理子程序，没有键按下，转返回，有键按下，则保存取反后的键值，再调P1口数据处理子程序，键释放，转恢复键值，调显示子程序延时，键没有释放，则等待释放，键值送保存，子程序返回。（5）数码管显示子程序流程图如图6所示： 6 数码管显示子程序流程图首先保护现场，改变当前寄存器组，显示缓冲存储单元首地址，从右至左显示，11送累加器，查表显示P.，送段控口，延时1毫秒，获得新的显示缓冲单元地址，位控码送A，循环没有结束则继续，获得新的位控码，保存新的位控码，恢复当前寄存器组，恢复现场。 (6) 显示数据子程序流程框图如图7所示： 图7 显示数据子程序流程图循环初始化，显示第二位小数，延时2毫秒，显示第一位小数，延时2毫秒，显示个位，加上小数点，延时2毫秒，判断十位是否为？是，则显示零，不是，则显示十位，延时2毫秒，等待循环结束否？是，子程序返回，否，继续循环。 (7) 温度处理子程序流程框图如图8所示：图8温度处理子程序流程图取温度低字节，屏蔽其高半字节，取出温度小数部分，再取温度低字节，屏蔽其低半字节，