四位数数字温度计的设计

1、中北大学信息商务学院课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 刘桃利 学 号： 10050644X13 学 院： 信息商务学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 专业综合实践之单片机部分： 四位数数字温度计的设计 张权指导教师： 职称: 副教授 2014 年 1 月 10 日中北大学信息商务学院课程设计任务书 13/14 学年第 一 学期学 院： 信息商务学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 刘桃利 学 号： 10050644X13课程设计题目： 专业综合实践之单片机部分： 四位数数字温度计的设计 起 迄 日 期： 2013年12 月30 日2014年1月 10 日 课程设计地点： 20

2、1，503 指 导 教 师： 张权 系 主 任： 王浩全 下达任务书日期: 2013 年12 月 30 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：数字温度计的设计对于提高学生的单片机应用能力具有较强的意义。通过该设计，可以巩固所学的单片机理论知识，培养学生硬件和软件的设计能力，从而促进学生所掌握的理论知识向实践应用的转变。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：使用单片机设计一个四位数数字温度计，包括硬件设计和软件设计。同组成员可按硬件设计和软件设计来分工，协作完成。具体功能要求：（1）测温范围为080；（2）四位LED显示。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明

3、书(论文)、图纸、实物样品等：（1）查阅相关文献资料，了解数据采集与显示系统的相关知识；（2）确定设计方案。绘制电路原理图；（3）编写软件程序并上机调试；（4）撰写课程设计说明书。 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1.傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，19852.求是科技编著8051系列单片机C程序设计完全手册北京M: 人民邮电出版社, 2006.3.余发山, 王福忠. 单片机原理及应用技术M. 中国矿业大学出版社, 2003.4.赵巧娥, 魏文. AT89C2051单片机的LED数显接口技术J. 电力学报, 2000.5.夏林甫. 小型非接触式数字温度计M.

4、 电子元件与材料, 1988.6.薛振东.  一种新型实用数字温度计的设计与制作J. 电子仪器仪表用户, 1997.7.陈思, 基于单片机的数字温度计的设计J. 信息与电脑(理论版), 2010.5设计成果形式及要求：提供课程设计说明书一份；设计原理图及软件源程序； 6工作计划及进度：2013年12月 30 日 2014年1 月 1 日：查阅资料；2014年:1 月 2 日 1 月 7 日：方案设计、实验验证；1 月 8 日 1 月 9 日：完成课程设计说明书； 1 月 10 日：答辩。系主任审查意见： 签字： 年 月 日     

5、目录绪论1一.方案及硬件设计21.1 设计思路21.2总体设计框图2 1.2.1AT89C52的特点2 1.2.2温度传感器DS18B2031.3温度显示电路41.4传感器数据采集电路41.5振荡电路51.6复位电路51.7报警电路5二.软件编程设计62.1初始化程序流程图62.2读出温度子程序流程图62.3写时序子程序流程图72.4读时序子程序流程图72.5温度处理子程序82.6显示程序82.7延时程序92.8源程序代码102.9整体仿真图15三.总结15参考文献16绪论在工业自动化高度发达的今天，对一些过程控制要求很高。传统的度监控一般都采用模拟电路设计。其缺点是：转换速率低，实时性差。抗

6、干扰能力弱，特别是在高频电路中，很容易产生自激。而采用单片机控制能很好弥补以上缺点。a)精度高，实时性强，能及时发现问题。b)采用数字电路，抗干扰能力强。单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU），它的出现是计算机发展史上的一个重要里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点而独具特色。随着社会的发展、科技的进步，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的控制系统就是其中之一。 早期的单片机都是8位或4位的。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集

7、成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构

8、的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！.它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列

9、这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！一方案及硬件设计 1.1设计思路运用单片机AT89C52可编程数字对温度传感器DS18B20进行编程控制，采集实时温度。通过数码管显示该温度。并设置相应的默认工作温度，当实际温度小于默认工作温度，启动加热装置。另外，通过一些按键，可以调节工作温度，以便适合不同的场所需求。系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等。1.2总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图1.1所示，控制器采用单片机AT89C52，温度传感器采用DS18B20，用4位共阴LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 AT89C

10、52单片机主控电路按键复位电路上下限报警电路时钟振荡电路四位LED显示电路温度检测电路DS18B20图1.1 总体实际框图1.2.1 AT89C52的特点图1.2 AT89C52的引脚图 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央 处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。&#

11、160;    AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。1.2.2 温度传感器DS18B20DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司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

12、实现9-12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，无须经过其它变换电路；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；内含64位经过激光修正的只读存储器ROM；可通过数据线供电，内含寄生电源，电压范围为3.05.5V；零待机功耗；温度以9或12位数字；用户可定义报警设置； 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；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；测温范围为-55+125，测量分辨率为0.0625采用单总线专用技术。图1.3 DS18B20内部结构1.3温度显示电路显示电路

13、采用4位共阴LED数码管，从P0口输出段码，P2.0P2.3作片选端。但在焊电路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的三极管，以使数码管高亮显示。如图所示图1.3 温度显示电路1.4传感器数据采集电路图1.4传感器数据采集电路1.5振荡电路 对于每个工程的振荡电路，都是用于单片机工作所需要的时钟电路，单片机只有在时钟控制信号下才能协调一致的工作，时钟信号控制着计算机的工作节奏。图1.5震荡电路1.6复位电路复位电路有上电自动复位和按键手动复位。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上

14、电复位。按键手动复位分为电平方式和脉冲方式本系统采用上电复位方式。图1.6复位电路1.7 报警电路三级管8850驱动蜂鸣器图1.7报警电路二软件编程设计2.1初始化程序流程图 2.2读出温度子程序流程图2.3写时序子程序流程图 2.4读时序子程序流程图2.5温度处理子程序算温度子程序将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，取反flag=1开始flag=0ht>128?求百位、十位、个位和小数位bai=0？shi=0?显示个位和小数位显示十位显示百位结束2.6显示程序此函数实现的对数码管显示的处理，其亮点在于可以直接对数码管进行操作，其本身是个两变量函数，第一个变量

15、是要开通的位选，第二个变量是要显示的数据，这样我们可以直接方便而又简单直观的对数码管进行操作。送位选位选值左移n位送段码n=2?P0.7=0延时1ms关断位选结束2.7延时程序时程序主要分为短延时和长延时，短延时如果要求十分的精确可以采用定时器，如果要求不太高的话可以采用普通函数的叠加，可以近似时间的延时。长延时同样的道理，不过要求不是很精确的话，可以采取语言结构的循环来实现延时。void delay15(uint n) do _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_no

16、p_();_nop_();_nop_(); n-; while(n);/长延时，用于不太严格的延时void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=50;y>0;y-);2.8源程序代码#include <reg52.h>#include<intrins.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define duaP2#define max80/#define min 0sbit DQ=P17;

17、sbit din=P07;sbit beep=P30;/*uchar tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xB0,0x99,/"0" "1" "2" "3""4" 0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,0xbf,0xc6; /共阳； / "5" "6""7""8""9" "灭""-" 'c' */uchar tab=

18、0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x00,0x40; uchar tab216=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;uchar d1,d2,ht,bai,b,shi,ge;uint tem;/近乎精确的短延时，采用标准库里的_nop_()函数，此函数一个延时为22微秒左右；void delay15(uint n) do _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_n

19、op_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); n-; while(n);/长延时，用于不太严格的延时void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=50;y>0;y-);/初始化函数void init()uchar x=1;while(x)DQ=1;_nop_();DQ=0;delay15(23); /最小480us；DQ=1;delay15(2);/存在检测高电平最小15us； x=DQ;delay15(22);/ 存在检测低电平最小240us；

20、x=DQ;DQ=1; void write(uchar dat)uchar i;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ=0;DQ=dat&0x01;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();delay15(3);dat>>=1;DQ=1;_nop_();/读一个字节；read()uchar i;uchar dat=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;dat>>=1;_nop_();DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(

21、);_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/十五微秒不变；DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DQ) dat|=0x80;delay15(3);DQ=1;return(dat); /读温度函数 readT()init();delay15(20);write(0xcc);write(0x44);delay15(900);/yanshi20msinit();write(0xcc);write(0xbe);d1=read();d2=read();ht=

22、d2<<4; ht+=(d1&0xf0)>>4;/显示函数，n，m可以实现对任意的管子赋值；/n为第几位数码管，m为送的数值；void display(uchar n,uchar m)uchar temp=0x01;/根据板子 的硬件 连接图赋值；temp=_crol_(temp,n);dua=temp; /P0=tabm;delay(1);if(n=2)din=1;/根据数码管的阴阳显示选值； delay15(50);dua=0x00;/温度处理函数，此函数先判断正负，对于读取的两个字节，高字节的前五位是/符号位，高位的剩余三位和低字节的前四位为整数位，低字节

23、的最后四位是/小数位work_temp() uchar flag=0;if(ht>128) / 温度值正负判断 ;ht=255-ht;d1=16-(d1&0x0f);flag=1; / 负温度求补码,标志位置1else d1&=0x0f; /*if(ht>50) beep=1; */ bai=ht/100; /百位； b=ht%100; shi=b/10; /十位； ge=b%10; /个位;/*显示判断*/ if(!bai) if(!shi)display(0,10); display(1,10); /次高位为0时不显示 ;elsedisplay(1,shi);

24、else display(0,bai);display(1,shi); if(flag) display(0,11); /负温度时最高位显示"-" display(2,ge); display(3,tab2d1); void main() while(1)/beep=0;readT();work_temp(); if(ht>max)|(ht<min) beep=0; 2.9 整体仿真图三总结在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事。通过这次的设计我明白了时序才真正是数字芯片的灵魂，所有的程序我们都可以通过对其时序的理解来实现对其操作，同时体会到了单总线结构的魅力。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。而且在本次设计的过程中，自己去查询资料，以及对资料的整理，与老师的探讨都使我受益匪浅。在查找资料的过程中让我懂得了自己一个人时如何去学习，如何去筛选其中