单片机温度采集显示系统设计

1、课程设计课程名称:微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专业班级学 号学生姓名指导教师一、设计题目温度采集系统二、设计任务和要求功能要求：(1) 温度测量范围0 - 99 C。(2) 温度分辨率土C。( 3) 选择合适的温度传感器。报警温度不( 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 需要保存)要求完成的内容：(1)系统硬件设计，并用电子 CAD软件绘制出原理图，( 2)给出流程图，编写并调试程序。( 3)撰写设计报告。三、原理电路图和设计程序1 、方案比较( 1 )、 系统总体方案设计总体框架图如图 1 示，软件流程图如图示发DS18B20M位命和

2、览跳过命令“读取操作 CRC校验4移入温度暂存器, 结束:丿S8读温度硫程国甘 该温度控制系统的设计包括硬件设计和软件设计两大部分，结合实际情况，该系统应具 备如下功能：A、实时采集温度;B显示温度；C串行传送数据;不得用于商业用途D控制外设；E、温度超限报警； 系统硬件设计系统的硬件设计部分主要由以下几部分组成:A、单片机最小系统；B温度采集模块；C温度显示模块；D串行通信模块；E、报警电路；图2软件流程图(2)、方案比较方案一 采用8031作为控制核心,以使用最为普遍的器件ADC0809乍模数转换,控制上使用 对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。 此方案简易可行，器件的价格便宜，但80

3、31内部没有 程序存储器,需要扩展,增加了电路的复杂性,且ADC0809是 8位的模数转换,不能满足本题目的精 度要求。方案二采用比较流行的AT89S51作为电路的控制核心，AT89S52不但与8051, 8052指令,管脚完全兼容，而且其片内的程序存储器采用 FLASH工艺，用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。 AT89S52单片机还支持在线编程，用户通过简单的电路连接就可以将电脑里的程序下载到单片机 中，减少调试程序时不断拆卸和插入给芯片带来的损坏。此外AT89S52单片机有8 KB的程序存不得用于商业用途储器和256 B的数据存储器，不需外部扩展存储芯片，可以降低硬件电路的复杂度。此方案电

4、路 简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。综上分析，我们采用方案二。仿真总体电路图如图3示U1J2CON31 2 3R3RP2+5VRP1121""3P30 P3T P3TS1；4_S2-§302T_l345671P1.0VCC40P1.1P1.2P1.3P0.0AD0P0.1/AD1P0.2/AD29P3.010P3.111P3.212 £145Y1CRYSTAL19GNDP1.4P1.5(MOSI) P1.6(MOSO) P1.7(SCK) RSTP3.0(RXD)P3.1(TXD)P3.2(INT0P3.3(INTTP3.4(T0P3.5(T1)

5、P3.6(WR)P3.7(RD)XTAL1XTAL0GNDAT8SS52P03AD3P0.4/AD4P0.5AD5P0.6AD6P0.7/AD7EA/VPP ALE/PROG "PESN P2.7/A15P2.6A14P2.5A13P2.4/A12P23A11P2.2/A10P2.1A9P2.0A839383736353433323130-928272625242322211 23 456 r8+丽16 78594X3O-2O3491k16ND16PIN+WR24.7kJ1U2GNDCON3R1200BUZZERQ1NPN（3）、单元电路设计、单片机最小系统设计单片机是整个系统的核心

6、处理器，其负责驱动温度传感器DS18B20工作、温度显示、控制外不得用于商业用途围设备的工作以及与上位机进行通信等工作。单片机最小系统主要由两块组成，其一为晶振起振 电路，其二为复位电路，在此，采用按键手动复位，相对来讲，这种复位方式更加方便，更加人 性化，不必要切断电源即可对系统进行复位。AT89S51 简介：AT89S52是89系列单片机的一种，它不但与8051, 8052指令，管脚完全兼容，而且其片内 的程序存储器采用FLASH工艺，用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。AT89S52单片机还支持在线编程，用户通过简单的电路连接就可以将电脑里的程序下载到单片机中，减少调试程序时不断 拆卸和插

7、入给芯片带来的损坏。此外 AT89S52单片机有8 KB的程序存储器和256 B的数据存储 器，不需外部扩展存储芯片，可以降低硬件电路的复杂度。、温度采集模块设计温度传感器是该系统的关键器件，本系统选用的是美国Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器DS18B20本系统中DS18B20的DQ 口与单片机的P1.0 口连接，GND接地，VDD接电 源，信号和5V电源之间的接上一个上拉电阻 RDS18B2C简介：DS18B20有三个主要数字部件组成：64位激光ROM温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL 0 DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55 ° C+1

8、25 C,被测温度用符 号扩展的16位数字量方式串行输出，在-10+85° C范围内，精度为土 0.5 ° Co DS18B20采集到 的现场温度直接以先进的单总线数据通信方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环 境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20可程序设定912位的分辨率，精度可达土 0.5 ° Co DS18B2C具有内置的EEPROJM用户设定的分辨率和报警温度都可存储在其中，且掉电后依然存在。J1GND DQVDDCPU只需一根端口线就能与DS18B20进行通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的

9、引 线和逻辑电路。与前一代产品（DS1820温度传感器）不同，DS18B2 0支持 3.0V 5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，而且DS18B20价格更便宜，体积更小。DS18B20如图J1所示，DS18B20有三个管脚：3脚GND为电源地，2脚DQ为数字信号输入/输出端，1脚VDD为外接供电电源接入端（用寄生电源方式时接地）。在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入， 此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题, 不得用于商业用途可以保证转换精度，同时理论上总线可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。在外部供电的方式下，DS18B20的G

10、ND引脚不能悬空, 否则不能转换温度，读取的温度总是 85C。 温度显示模块设计根据实际应用情况，该温度显示模块采用七段数码管显示电路，数码管选用共阳极数码管，如图 U3示，以动态方式显示，显示数据 由P1 口送出，位控信号由P2 口送出，经74LS244进行信号放大， 以产生足够大的电流驱动数码管显示。 串行通信模块设计AT89S52单片机内部含有一个可编程全双工串行通信接口，由 TXD引脚来传送串行数 据，而由RXD引脚来接收数据。该接口具有UART通用异步接收和发送器）的全部功能，它不仅能 不得用于商业用途同时进行数据的发送和接收， 也可作为一个同步移位寄存器使用， 可构成双机或者多机通

11、信系统。 报警电路设计 本设计采用蜂鸣器报警电路，它由晶体管和蜂鸣器组成。当温度的测量值超出给定的上 下限时，由单片机的 P3.7 口输出信号控制晶体管导通，则蜂鸣器报警。 系统软件设计本系统采用AT89S52作为核心处理器件，把经过 DS18B20现场实时采集到的温度数据，存 入 AT89S52 的内部数据存储器， 并送 LED 数码管显示， 并与温度的设定值进行比较， 然后由单片 机输出控制信号去控制外部设备。进行温度控制程序的设计还应考虑越限报警，当采集到的温度 值与温度的设置值进行比较后，若发现当前温度值越限，则产生报警信号。与硬件电路相关联，本温度控制系统的软件设计主要分为以下几个部

12、分：主程序，温度上下 限值设定子程序、温度读取子程序、温度显示子程序、串口通信子程序、输出控制子程序和报警 子程序等。其中温度上下限值设定子程序完成对温度范围值的设定及数据保存；温度读取子程序 完成对温度传感器数据的读取，并通过温度显示子程序显示温度值；串口通信子程序将采集到的 温度数据传送到 PC 机，以实现远程监控；输出控制子程序根据采集到的温度数据完成对外部设 备的控制；报警子程序则当采集到的温度数据超过设定的温度上下限值时报警。定义DQ引脚为P3.3整个运行程序，见电子版 下面是测温程序段：*sbit DQ = P3A3;/*功能：在11.059MHz的晶振条件下调用本函数需要24卩s

13、 ,然后每次计数需16卩s*/void DS18_delay(int useconds) int s;for (s=0; s<useconds;s+);* 复位函数 * 功能：完成单总线的复位操作。复位时间为480卩s，因此延时时间为(480-24)/16 = 28.5 ，取29卩s。经过70卩s之后检测存在脉冲，因此延时时间为(70-24)/16 = 2.875 ，取3卩s*/*unsigned char ow_reset(void) unsigned char presence;DQ = 0;/ 将 DQ 线拉低DS18_delay(29);/保持480卩sDQ = 1;/ DQ 返

14、回高电平DS18_delay(3);/ 等待存在脉冲presence = DQ;/ 获得存在信号DS18_delay(25);/ 等待时间隙结束return(presence);/ 返回存在信号， 0 = 器件存在 , 1 = 无器件位写入函数*功能：向单总线写入 1 位值： bitval字节写入函数*void write_bit(char bitval) DQ = 0; /将 DQ 拉低开始写时间隙if(bitval=1) DQ =1;/ 如果写 1 ， DQ 返回高电平DS18_delay(5);/ 在时间隙内保持电平值，DQ = 1; / DS18_delay函数每次循环延时16卩s，因

15、此DS18_delay(5) = 104卩s* 功能：向单总线写入一个字节值： val*void ds18write_byte(char val) unsigned char i;unsigned char temp;for (i=0; i<8; i+) / 写入字节 , 每次写入一位temp = val>>i;temp &= 0x01;write_bit(temp);DS18_delay(5);位读取函数*功能：从单总线上读取一位信号，所需延时时间为15卩s，因此无法调用前面定义的 DS18_delay() 函数，而采用一个 for() 循环来实现延时。字节读取函数

16、*unsigned char read_bit(void) unsigned char i;DQ = 0;/ 将 DQ 拉低开始读时间隙DQ = 1;/ then return highfor (i=0; i<3; i+);/延时15卩sreturn(DQ);/ 返回 DQ 线上的电平值功能：从单总线读取一个字节的值unsigned char DSread_byte(void) unsigned char i;unsigned char value = 0;for (i=0;i<8;i+) if(read_bit() value|=0x01<<i;DS18_delay(

17、6); return(value);/ 读取字节，每次读取一个字节/ 然后将其左移读取温度函数*功能：如果单总线节点上只有一个器件则可以直接掉用本函数。如果节点上有多个器件，为了避免数据冲突，应使用 Match ROM函数来选中特定器件。注：本函数是根据DS1820的温度数据格式编写的，若用于 DS18B20必须根据DS18B20 的温度数据格式作适当修改。*/unsig*ned/ 跳过 ROM/ 启动温度转换/ 跳过 ROM/ 读暂存器int ReadTemperature(void) unsigned char get10;unsigned char temp_lsb,temp_msb;u

18、nsigned int t; unsigned char k; ow_reset(); ds18write_byte(0xCC); ds18write_byte(0x44); DS18_delay(5); ow_reset();ds18write_byte(0xCC); ds18write_byte(0xBE);for (k=0;k<2;k+)getk=DSread_byte();temp_msb = get1; / Sign byte + Isbit temp_lsb = get0; / Temp data plus Isbt=temp_msb*256+temp_lsb;t=t&

19、;0 xOffO;if(t<Oxff&&t>0xf0)t=(-1)*t;return t>>4;temp_f = (i nt)temp_c)* 9)/5 + 32;/输出华氏温度值、软件清单Part Type DesignatorFootpiinfNumberR3RESC11S3SWITCH4flS2TswitchOS4SWITCH4TS1SWITCH41k.RP2DIP1614.7kR2AXIAU0.411H6PINRP1SIP161130 pClCAP'i不得用于商业用途C2CAP1. 200R1AXIAU0.411四、电路仿真使用prote

20、l 99se仿真软件仿真，优点在于此软件为这学期刚刚学的一款电子电路软件，使 用起来比较熟悉和顺手，且不用花过多的时间在软件学习，缺点在于，此仿真软件对于单片机类 实例进行不了仿真，也就相当于没有仿真数据，这样会容易出错，但是AT89S52刚刚好能够弥补这个缺陷，所以还是选择用protel 99se 来做仿真实验。电路原理图如下图示：电路版的预览图如下图示:该设计的pcb图见附图:五、 总结通过此次课程设计，我学到了很多很多新的知识，同时，也加深了对旧知识的了解和认知。 不管是从动手能力还是理论学习上讲，这次课程设计都让我有了一定的提高。首先是对单片机芯片AT89S52的学习，之前我们学的89

21、C51系列的，前者对于后者来讲，比 较先进和高级，而且更加贴近于我们的生活。鉴于自己对AT89S52的一点认识也没有，所以一切只能从头开始学起，从到图书馆找资料到网上查找，从一个人奋战到找同学帮助，一点一滴地， 从无到有，在不断的努力之下，我终于也了解到一点点AT89S52单片机芯片的工作原理和功能了接着便是DS18B20温度传感器的学习，AT89S52单片机芯片还可以从89C53系列找相似之处, 但DS18B20就完全没有了，不过，还好，现代 DS18B20勺应用技术也比较普遍和熟练，所以能找 得到比较多的资料区了解和学习。一门比较成熟的技术要掌握起来是比较容易的，只要你有耐心 和恒心去学习

22、。有了初步的构思之后，就要开始着手仿真实验了，虽然 protel 99se 软件进行不了单片机芯 片的仿真实验，拿不到确切的仿真数据，但是使用 protel 99se 软件却也是这次课程设计中必不 可少的步骤，因为使用 protel 99se 软件可以设计此次课程设计的 pcb 电路图，这样就可以制作 pcb 感光板。使用感光板来做此次实验，能大大地减少花费的时间和精力。但是制作感光板的过 程也是一个挑战，它讲究的是耐心和技术，一不小心，之前所做的功夫就很有可能被白白的浪费 掉。而且，通过此次制作感光板，我也大大地感受到高新技术的作用，我们不断地对世界对社会 不得用于商业用途对知识进行探索，其目的不就在于让我们生活的世界变得更加的简单方便快捷美好吗？成功地制作出感光板后，焊接实物就不是一个问题，但是最最困难的还不是制作感光板，而 是程序的编写。本来在上一学年中，自己对汇编就学得不怎样好的了，现在到了真真正正地使用 到它的时候，就更加感觉到力不从心了，不过，办法总是比困难多的。虽然使用汇编语言对于我 来讲是困难了点，但是我可以选择用 C语言来编写程序。可是一波未平一波又起，工具问题虽然 是解决了，但是凭我现有的C语言水平编写此次课程设计的程序还是有一定的难度的。我了解到 同学中有几个人的C语言还是很好的，于是乎，