数字温度计设计.doc

通信工程系电子线路实现实训报告 1 目 录 1 设计任务 3 2 方案与论证 3 2 1 时钟的选择 3 2 2 显示器的选择 3 2 3 温度采集 4 3 系统硬件设计 4 3 1 系统总框图 4 3 2 原理图设计 5 3 2 1 主控电路 5 3 2 2 时钟电路的设计 6 3 2 3 显示电路的设计 7 3 2 4 测温电路的设计 8 4 系统软件设计 8 4 1 主程序设计 8 4 2 测温子程序设计 9 4 3 显示程序设计 11 5 总结与展望 11 6 参考文献 11 附录 12 附录 1 原理图 12 附录 2 PCB 图 12 附录 3 源代码 13 通信工程系电子线路实现实训报告 2 前 言 随着时代的发展 先进的科学技术给人们的生活带来了翻天覆地的变化 各种各 样的智能化产品层出不穷 推动着社会的进步 全球定位系统 GPS 是美国从 20 世纪 70 年代开始研制 在 1994 年建成 以接收导航卫星信号为基础的非自主式导航与定位系 统 它以全球性 全能性 全天候性 连续实时高精度的实时时间 三维位置 三维 速度为人们的生活带来了方便 随着全球定位技术的不断改进和完善 它的应用领域 将会不断地扩大 必将成为信息时代不可缺少的一部分 在我们的生活中 GPS 定位系 统给我们带来了便利 如车载 GPS 导航仪 GPS 手持设备 GPS GPRS 远程终端控制设 备等 但是他们的价格比较昂贵 本设计使用低功耗的 AT89S52 单片机 GPS 卫星定位 模块和 LCD12864 液晶显示模块来实现对 GPS 定位信 息的计算和显示 GPS 信息主要有 GPGSV 可见卫星信息 GPGLL 地理定位信息 GPRMC 推荐最小定位信息 GPVTG 地面速度信息 GPGGA GPS 定位信息 和 GPGSA 当前卫星信息 在设计中我用软件只对 GPRMC 最小定位信息 和 GPGGA GPS 定位信息 进行了解析 并将解析后的数据转换成字符 通过 LCD12864 显 示日期 时间 经度 纬度 航向 速度和海拔高度等卫星信息 本设计思路清晰 结构简易 性价比高 对研究 GPS 定位系统二次开发有重要作用 通信工程系电子线路实现实训报告 3 1 1 设计任务设计任务 测量误差 0 5 摄氏度 温度测量范围 0 99 9 摄氏度 超出量程可声光报警 2 2 方案与论证方案与论证 2 1时钟的选择 方案 1 采用定时器 方案 2 采用专用时钟芯片 DS1302 方案 3 采用专用时钟芯 PCF8593 在温度计测量控制系统中 我们需要有一些实时时钟 以实现定时控制 定时测 量或延时动作 对于时钟的选择 我们提出了以上四种方案 51 系列单片机自带有 2 个 16 位的定时器能够满足温度计设计的需求 因此不必要再采用外部专业时钟芯片 为了节约了成本和避免设计的复杂 最终我们选择了单片机自带的定时器来实现 2 2 显示器的选择 方案 1 采用数码管显示器 方案 2 采用 LCD 显示器 方案 3 采用 CRT 数码管显示器在电子设计中使用相当普遍的一种显示设备 是由多个发光二极管 按一定的排列机构组成 根据发光二极管的正负极连接不同 又分为共阴极数码管和 共阳极数码管两种 选择数码管不同程序设计上也有一定差别 数码管显示的数据比 较直观 通常显示从 0 到 F 中的任意一个字 一个数码管可以显示一位 多个数码管 就可以显示多位 在显示位数较少的电路中 编写程序 外围电路都十分简单 LCD 显示器即是我们通常说的液晶显示屏 在电子设计中具有体积小 功耗低 显 示内容丰富等特点 用户可根据自己的需求 显示自己所需要的内容 当需要显示的 数据比较复杂的时候 它的优点是非常明显的 外围驱动电路设计比较简单 可扩展 性强 字符型液晶显示屏已经成为了单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一 不足之处在于其价格比较昂贵 驱动程序比较复杂 CRT 是一种使用阴极射线管的显示器 在本设计中不优点和可行性不及前面两种 通信工程系电子线路实现实训报告 4 综上所述 数码显示器完全能够实现完成这次设计中的内容及功能 我们最终选 择了数码管来显示时间 2 3 温度采集 方案 1 采用 AD590 模拟温度传感器 方案 2 采用 DS18B20 数字温度传感器 方案 3 采用 AD7416 数字温度传感器 温度的采集是本次设计中相当关键的一部本 对于温度传感器的选择是非常重要 的 温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电信号的器 件 AD590 模拟温度传感器是将温度转换成模拟信号 而 DS1820 数字温度传感器是将 温度转换成数字信号 DS18B20 温度测量范围从 55 到 125 10 到 85 时的测量 精度为 0 5 测量分辨率为 0 0625 电源电压从 3 3V 到 5V 使用非常简单 接 口方便 成本低廉 与传统的热敏电阻式温度传感器不同 它能够直接读出被测的温 度 并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9 12 位的数字值读取方式 其系统具有 可通过信号线供电 送串行数据 不需要外部元件等特点 综上所述 我们采用 DS18B20 数字温度传感器 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 3 1 系统总框图 图 1 系统总框图 时钟电路 复位电路 蜂鸣电路 单 片 机 LED 显示驱动 电路 4 位 LED 显 示器 温度检测电 路 通信工程系电子线路实现实训报告 5 3 2 原理图设计 3 2 1 主控电路 图 2 单片机小型系统 本设计采用的是 AT89C52 单片机 AT89C52 是一种低功耗 高性能 CM0S8 位微控制 器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 AT89C52 具有以下标准功能 8K 字节 Flash 256 字节 RAM 32 位 I O 口线 看门狗定时器 2 个数据指针 3 个 16 位定时 计数器 全双工串行口 片内晶振及时钟电路 根据设计的要求我们选用 AT89C52 单 片机是非常可行的 本单片机系统采用的复位电路 这个电路的原理是 当通电瞬间 稳压电源给电 容充电 此时 在电容和电阻之间将有一个高电平也就是给单片机一个高电平使其复 位 随着电容充电结束 使电容与电阻之间将呈现低电平 单片机复位结束 电路的 连接如图 2 所示 通信工程系电子线路实现实训报告 6 3 2 2 时钟电路的设计 图 3 时钟电路连线图 本电路是选石英晶振作为时钟组件 接至 AT89C52 的 XTAL1 XTAL2 引脚组成 时钟电路 如图 3 所示 石英晶片所以能做振荡电路是基于它的压电效应 振荡器直接应用于电路当中 单片机的时钟有两种方式 一种是片内时钟振荡方式 需要在 18 和 19 脚外接石英晶 振和振荡电容 另外一种是外部时钟方式 即将 XTAL1 接地 外部时钟信号从 XTAL2 脚输入 本设计是采用内部时钟方式 选用石英晶振做为时钟组件 接至 AT89C52 的 XTAL1 XTAL2 引脚组成时钟电路 其中石英晶振选 11 05MHz C1 C2 为负载电容 选电容量为 20pF 的瓷片电容 通信工程系电子线路实现实训报告 7 3 2 3 显示电路的设计 图 4 显示电路连线图 LED 显示器的选择 在应用系统中 设计的要求不同 使用的 LED 显示器的位数 也不同 在本设计中 选择 4 位 LED 显示器满足两位整数 两位小数的设计要求 LED 驱动电路与单片机的连接及元件选择 本设计采用单片机的 P1 和 P2 口作为与 LED 的输出接口 即 P2 口作为 LED 的段码输出信号口 P1 口的低四位作为 LED 位 码的输出控制信号 LED 的硬件电路连接图如图 4 所示 电路工作原理是 当 P2 口输出段码信号的 BCD 码后 由于由于 4 LED 的段译 码是输入引脚是并联在一起的 所以每一位的 LED 的段译码输入引脚都能获得这个段 译码信号 若要控制在每一时刻只要以为 LED 被点亮 必须靠位码信号控制 P1 口的 低四位输出位码信号 经三极管放大后接到 LED 的位码控制端 因此 P1 口的位码信 号在每一时刻只有一位是 0 其他位全为 1 然后按时间顺序改变输出 0 的位 置 控制在每一时刻只有一位 LED 被点亮 达到动态显示的目的 通信工程系电子线路实现实训报告 8 3 2 4 测温电路的设计 图 5 测温电路连线图 测量温度的关键是温度传感器 随着科学技术的不断进步与发展 数字温度传感 器更适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统 具有可以克服模拟传感器与 微处理器接口时需要信号调理电路和 A D 转换器的弊端等优点 被广泛运用于各种温 度控制系统中 其中 比较有代表性的数字温度传感器有 DS18B20 在本设计中我们 就使用的是 DS18B20 如图 5 所示 电路的连接是 单片机接口 P3 6 接 DS18B20 的 P O 输入输出口 DS18B20 的 GND 接地 VCC 接电源 4 4 系统软件设计系统软件设计 4 14 1 主程序设计主程序设计 图 6 是数字温度计设计并显示温度的程序总流程图 按照设计要求 需要通过温 度传感器检测温度 然后把检测出的温度传给单片机 然后单片机再输出给 LED 数码 显示管即可 通信工程系电子线路实现实训报告 9 Y N 图 6 主程序流程图 4 24 2 测温子程序设计测温子程序设计 准备测温时首先要将 DS18B20 的 DQ 设置为高电平 接着初始化 DS18B20 初始 化成功后 DS18B20 接收单片机的命令 然后再次初始化 DS18B20 成功后启动测温 然后将温度保存起来 返回 在测得温度后 DS18B20 会将温度数据转换为十进制的 温度表示 然后再通过查表调用数据显示在显示器上 数据处理类似于由二进制转换 为 ASCII 码 如图 7 所示 开始 初始化 复位 DS18B20 温度转换 延时 读温度数据 判断温度是否超限 显示温度值 蜂鸣器报警 通信工程系电子线路实现实训报告 10 Y N Y N 图 7 测温度程序流程图 开始 写 DS18B20 命令开始测温 写 DS18B20 命令跳过 ROM 命令设置 是否成功 循环取得温度 长时间延迟 初始化 DS18B20 是否成功 设置DQ为1 初始化DS18B20 返回主程序 通信工程系电子线路实现实训报告 11 4 34 3 显示程序设计显示程序设计 在这次设计中 采用软件定时的方式 通过软件的延时程序实现延时程序的功能 从显示缓冲区分别取出 4 位 LED 显示器显示数据的位码和段码 送 P2 P1 口 依次显 示每一位 LED 显示器每一位的显示时间是 1ms 延时 1ms 子程序是典型的软件定时程 序 5 5 总结与展望总结与展望 本设计综合利用单片机技术 传感器技术和数码管显示等科学知识 完成了单片 机控制温度传感器和显示装置的设计 比较系统的阐述了数字温度计设计的理念和方 法及步骤 本文介绍的系统设计有一定的实用性和可行性 但该设计还是存在着许多 的漏洞 需要精心调试和改进 现金单片机在工业控制 和自动化 智能化等领域占 据了广泛的市场 随着电子技术的飞速发展 单片机的前景不可预料 在这一次电子线路实现实训中 通过小组成员的努力和默契的配合 完成了这次 的设计任务 在这次设计中 我们小组的成员都学到了很多知识 也发现了各自在学 习中的问题 大家都受益匪浅 在此也真心感谢段纯爽和刘强老师对这次设计的精心 指导 6 6 参考文献参考文献 1 刘强 段纯爽 51 单片机含 Protel 实验指导书 M 四川 四川师范大学成都学院实验中心 2012 3 2 李群芳 肖看 张士军 单片微型计算机与接口技术 M 北京 电子工业出版社 2012 1 3 杨帮文 新型集成器件实用电路 修订版 M 北京 电子工业出版社 2006 6 4 AT89S52 的数字温度计的设计 5 李光飞 单片机课程设计与实例指导 M 北京 北京航空航天大学出版社 2004 6 孙肖子 张企民 模拟电子电路及技术基础 M 西安 西安电子科技大学出版社 2008 1 7 张富 C 及 C 程序设计 第 3 版 M 北京 人民邮电出版社 2008 10 通信工程系电子线路实现实训报告 12 附录附录 附录1 原理图 附录2 PCB图 通信工程系电子线路实现实训报告 13 附录3 源代码 程序名称 DS18B20温度测量 报警系统 简要说明 DS18B20温度计 温度测量范围0 99 9摄氏度 可设置上限报警温度 下限报警温度 即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器报警 默认上限报警温度为99 9 默认下限报警温度为0 报警值可设置范围 最低上限报警值等于当前下限报警值 最高下限报警值等于当前上限报警值 将下限报值调为0时为关闭下限报警功能 include include DS18B20 h define uint unsigned int define uchar unsigned char 宏定义 define SET P3 1 定义调整键 define DEC P3 2 定义减少键 define ADD P3 3 定义增加键 define BEEP P3 7 定义蜂鸣器 bit shanshuo st 闪烁间隔标志 bit beep st 蜂鸣器间隔标志 sbit DIAN P2 7 小数点 uchar x 0 计数器 signed char m 温度值全局变量 uchar n 温度值全局变量 uchar set st 0 状态标志 signed char shangxian 99 9 上限报警温度 默认值为38 signed char xiaxian 0 下限报警温度 默认值为0 uchar code LEDData 0 xC0 0 xF9 0 xA4 0 xB0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xF8 0 x80 0 x90 0 xff 延时子程序 通信工程系电子线路实现实训报告 14 void Delay uint num while num 初始化定时器0 void InitTimer void TMOD 0 x1 TH0 0 x3c TL0 0 xb0 50ms 晶振12M 定时器0中断服务程序 void timer0 void interrupt 1 TH0 0 x3c TL0 0 xb0 x 外部中断0服务程序 void int0 void interrupt 0 EX0 0 关外部中断0 if DEC 0 if shangxian xiaxian shangxian xiaxian else if DEC 0 if xiaxian99 shangxian 99 else if ADD 0 if xiaxian shangxian xiaxian shangxian 读取温度 void check wendu void uint a b c c ReadTemperature 5 获取温度值并减去DS18B20的温漂误差 a c 100 计算得到十位数字 b c 10 a 10 计算得到个位数字 m c 10 计算得到整数位 n c a 100 b 10 计算得到小数位 if m99 m 99 n 9 设置温度显示上限 显示开机初始化等待画面 Disp init 通信工程系电子线路实现实训报告 16 P2 0 xbf 显示 P1 0 xf7 Delay 200 P1 0 xfb Delay 200 P1 0 xfd Delay 200 P1 0 xfe Delay 200 P1 0 xff 关闭显示 显示温度子程序 Disp Temperature 显示温度 P2 0 xc6 显示C P1 0 xf7 Delay 300 P2 LEDData n 显示个位 P1 0 xfb Delay 300 P2 LEDData m 10 显示十位 DIAN 0 显示小数点 P1 0 xfd Delay 300 P2 LEDData m 10 显示百位 P1 0 xfe Delay 300 P1 0 xff 关闭显示 显示报警温度子程序 通信工程系电子线路实现实训报告 17 Disp alarm uchar baojing P2 0 xc6 显示C P1 0 xf7 Delay 200 P2 LEDD