温度测试仪.doc

成绩 南京工程学院通信工程学院课程设计说明书(论文)题 目 数字式环境温度测试仪 课 程 名 称 单片机原理及应用B 专 业 通信工程 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 设计起止时间： 年 月 日至 年 月 日目 录第一章 绪论1 1.1课程设计作者11.1课程设计目的11.2课程设计内容与要求1第二章 数字温度计的设计方案2 2.1 系统的控制特点2 2.2 系统实现的原理2 2.3 系统实现功能3 2.4 系统软件功能框图（见附图）21 2.4 系统结构框图（见附图）22第三章 数字温度计的硬件设计4 3.1 元件选取4 3.2 总体设计框图（见附图）23第四章 数字温度计的软件设计12 4.1测温程序12 4.2温度转换程序12 4.3 显示器程序 13 4.4 键盘程序 14 4.5 报警程序 14 4.6主程序 16第五章 调试及性能分析18第六章 总结与体会19参考文献 20附录 21第一章 绪论1.1课程设计作者1.2课程设计目的本课程设计是在单片机原理及应用B课程主要内容学习之后，通过一个单片机应用系统的设计和调试，训练我们综合运用本课程知识，独立解决工程实际问题的能力；使我们加深对单片机结构、工作原理的理解，提高我们综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和单片机应用系统的设计技能；同时培养我们查阅科技资料和撰写科技报告的能力。1.3课程设计内容与要求1、基本内容：在nKDE51单片机实验教学系统上，利用DS18B20数字温度传感器连续测试环境温度，对测试数据进行处理计算，在RT-1602字符点阵LCD上实时显示环境温度值；2、附加内容：实现环境温度越限告警功能。通过按键实现一系列功能。第二章 数字温度计的设计方案2.1 系统的控制特点该系统是通过CPU(51单片机)计算温度值，通过比较当前温度值与设定的温度限制范围的大小关系。如果超过温度范围之后，并且系统需要作出对应动作之后，单片机将会对对应的外围电路发出动作信号。让报警和控制支路对温度进行报警和控制，从而提示人们或者直接作出应对动作。一般的系统都必须有几个基本的性能要求稳定性，抗干扰能力，精确度，分辨率等。对于家用温度计的精确度要求并非太高，所以该系统并未要求有较高的精确度和分辨率，所以当前定义分辨率在01。为了方便用户的使用，设定温度采用整数计数，设定值的最小该变量为1，足够满足精度的需求。本系统由单片机控制，通信信号为数字信号具有很强的稳定性和抗干扰能力。2.2 系统实现的原理本系统是通过温度测量元件与单片机通信，在单片机中计算出对应的温度值进行控制。温度测量元件能够对温度的变化产生对应的变化，例如：热敏电阻能够在温度改变的时候电阻值会随之改变，电阻值的大小与温度值有一一对应的关系，所以通过测量电阻的大小就能够得到当前的温度值；温度传感器是一种集成度较高的温度测量元件，它能够根据当前温度值产生出一串数字信号，不同的温度值得到不同的数字信号，通过对该信号的译码能够准确的获取当前的温度值。热敏电阻工作时候将长期处于不动作状态；当环境温度和电流处于C区时，热敏电阻的散热功率与发热功率接近，因而可能动作可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时，动作时间随着电流的增加而急速缩短；热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流2,37。温度传感器和热敏电阻工作原理相似，但是通过高度的集成化将测量元件输出的模拟信号经过一系列的处理之后直接经过传感器输出转换好的实际温度。传感器的输出信号相对模拟信号也更加稳定和直接，更便于我们获取温度。2.3系统实现功能此数字温度计在实现基本的通过LCD显示出即时温度这一功能的情况下，还有如下附加功能：1. 显示画面在普通的温度显示前提下，加入了最高、最低温度限额的显示，使其控制更方便；同时加入了识别符号；2. 温度告警在温度大于等于预设最高温度时，LCD背光闪烁，蜂鸣器间接报警，同时显示屏上显示“TOO HOT”警告字样；在温度小于预设最低温度时，LCD背光闪烁，蜂鸣器间接报警，同时显示屏上显示“TOO COLD”警告字样;3. 按键功能的加入（1） 当按动按键K1，K2时，能对预设的最高、最低温度进行调节。K1加，K2减；（2） 当按动按键K0，识别符号在0-2间转换，显示“1”时，按键K1，K2对最高温度进行调节；显示“2”时，K1，K2对最低温度进行调节；（3） 当按动按键K3，LCD上的温度在摄氏度与华氏度之间转换。 第三章 数字温度计的硬件设计3.1 元件选取核心51单片机：MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位微型计算机，较原来的MCS-48系列结构更为先进，功能增强，它包括51和52两个字系列6。Intel的8051单盘机系列是大家最为熟悉的8位单片机之一1,22-25,33。51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。图3.1 单片机引脚引脚信息：1-8 P10-P17：P1口的8个引脚。可作为准双向输入/输出接口。对于52系列，P10可以作为定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P11可以用作定时器/计数器2的外部控制段T2EX。9 RST：复位引脚10-17 P30-P37：P3的8个引脚。除作为准双向I/O接口，还具有第二功能。P30 串行输入P31 串行输出P32 外部中断0输入端P33 外部中断1输入端P34 计时器/计数器T0脉冲输入端P35 计时器/计数器T1脉冲输入端P36 片外数据存储器写选通信号输出端P37 片外数据存储器读选通信号输出端18 XTAL1 片内反向放大器输入端。19 XTAL2 片内反相放大器输出端。20 GND：5V电压接地端。21-28 P20-P27：P2口的8个引脚。一般可以作为准双向IO接口；在接有片外存储器或者扩展IO接口且寻址范围超过256字节时，P2口可以用作8位地址总线。29 PSEN(_) 片外程序存储器读选通信号输出端，或称片外取指信号输出端。在向片外程序存储器读取指令或者常数期间，每个机器周期该信号有2次有效低电平，以通过数据总线P0口读回指令或常数。30 ALE 地址所存有效信号输出端。在访问片外程序存储器期间，没机器周期该信号出现2次，其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址。31 EA(_)/VDD 片外存储器选用端。该引脚有效(低电平)时只选用片外程序存储器，否则计算机上电或复位后先选用片内程序存储器。32-39 P00-P07：P0口的8个引脚。在不接片外存储器与不扩展I/O接口时，可作为准双向输入/输出接口。在接有片外存储器或扩展I/O接口时，P0后分时复用为第八位地址总线和双向数据总线。40 VCC：5V电源正端口。温度传感器DS18B20：随着计算机的广泛应用，通信技术和传感技术飞跃发展7。DS18B20是美国DALLAS公司生产的单线数值温度传感器芯片，具有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用简单等优点8,15。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等9,18,30-35。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合2,17-20。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。技术性能描述：1独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。2测温范围55+125，固有测温分辨率05。3支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。4工作电源：35V/DC5在使用中不需要任何外围元件6测量结果以912位数字量方式串行传送7不锈钢保护管直径68适用于DN1525，DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温9标准安装螺纹M10X1，M12X15，G1/2任选PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线，便于与其它电器设备连接。特点 独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为30V至55V无需备用电源测量温度范围为-55至+125。华氏相当于是-67F到257华氏度-10度至+85度范围内精度为05。DS18B20温度传感器的北部喘粗气包括一个告诉咱村的RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PAM9,12-13。温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统。描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数）。信息被发送从DS18B20通过1线接口，所以CPU与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。图3.2 DS18B20温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H表2一部分温度对应值表显示器件1602LCD液晶1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以它不能显示图形。1602LCD是指显示的内容为162，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。*1602LCD的特性（1）+5V电压，对比度可调。（2）内含复位电路。（3）提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。（4）有80字节显示数据存储器DDRAM。（5）内建有160个57点阵的字型的字符发生器CGROM。（6）8个可由用户自定义的57的字符发生器CGROM。（7）字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC（15脚）和地线（16脚）*LCD1602引脚功能说明：*LCD1602的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表所示：指令1：清显示，光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。R/L，高向左，低向右。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。（有些模块是 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）指令7：字符发生器RAM地址设置，地址：字符地址*8+字符行数。(将一个字符分成5*8点阵，一次写入一行，8行就组成一个字符)指令8：置显示地址，第一行为：80H8FH,第二行为：C0HCFH。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。*LCD1602的RAM地址映射及标准字库表： 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，如图是1602的内部显示地址。例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）[phone]B(80H)=11000000B(C0H)。 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。其他部件：键盘 蜂鸣器*系统采用蜂鸣器作为报警的输出，蜂鸣器电路连接如图蜂鸣器电路图*按键略第四章 数字温度计的软件设计4.1测温程序传感器程序是对温度传感器DS18B20进行初始化操作，读操作以及写操作的程序。是读取当前温度值必须的程序，通过该程序能够通过DS18B20和单片机通信将当前的温度信息传递给单片机。图4.1 测温程序流程图4.2 温度转换程序温度转换程序主要是把18b20的数据通过单片机内部计算转换成我们所能认知的温度数值。图4.2温度转换程序流程图4.3 温度显示程序图4.3温度显示程序流程图4.4 报警程序报警程序主要用于在当温度大于等于预设最高温度或温度小于预设最低温度时，进行警告措施。此处实现了文字灯光的报警。图4.4报警程序流程图4.5按键控制程序键盘程序主要是检测键盘的按键信息，并且控制给单片机。通过键盘的动作情况(电平的跳变)以及动作单元的位置而做出相对应的动作。图4.5按键控制程序流程图4.6 主程序主程序主要是分为5大部分：测温，温度转换，警告以及按键控制。通过之前的传感器程序获取传感器DS18B20测量的当前温度数值，并且通过显示器程序显示当前温度值。通过键盘输入程序获取键盘动作情况并且对相应部件做出相对的动作，当判断设定值与当前值之间的大小关系之后判断是否给予动作系统做出对应的动作。图4.6 主程序流程图第五章 调试及性能分析 由于DS18B20的精度很高，所以误差指标可以限制在0.5以内。另外，-55+125的测量范围使得该温度计完全适合一般的应用场合。DS18B20温度计还可以在高低温报警、远距离多点测温控制等方面进行应用开发，但在实际设计中应注意一下：在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号。一旦某个DS18B20接触不好或短线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时要给予一定的重视。对于附加功能的调试：显示画面在普通的温度显示前提下，最高、最低温度限额正常显示；同时识别符号正常响应；温度告警在温度大于等于最高温度时，LCD背光闪烁，蜂鸣器间接报警，同时显示屏上显示“TOO HOT”警告字样；在温度小于预设最低温度时，LCD背光闪烁，蜂鸣器间接报警，同时显示屏上显示“TOO COLD”警告字样;符合实验预期要求；按键功能的加入（1）当按动按键K1，K2时，对预设的最高、最低温度进行调节。K1加，K2减；（2）当按动按键K0，识别符号在0-2间转换，且显示“1”时，按键K1，K2对最高温度进行调节；显示“2”时，K1，K2对最低温度进行调节；（3）当按动按键K3，LCD上的温度在摄氏度与华氏度之间正确转换。（实验室测得室温25.6C，当按下K3后转化为78F，默认小数为0） 总体来说系统符合实验预期设计要求，实验效果较为理想。第六章 总结与体会作为一名通信工程的大三学生，通过这一个星期的时间在对本课题的设计过程中，深深地体会到“工欲善其事，必先利其器”的道理，生活中无论做什么事都应该事前有充分的准备，做到心中有数，才能更好的完成任务。在做这次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的实际资料是十分必要的，也是必不可少的。其次，在这次课程设计中，全面实践一个基于单片机的应用系统的开发过程，我们运用了以前学过的专业课知识，如：proteus仿真、汇编语言、单片机知识等是一个综合性很高的实践。一些以前没有学得很杂实的课程的内容，由于需要在实践中运用，刚开始也感到很头痛。但回过头再去看有关的资料和书籍，经过一段时间的钻研，对与这些知识点的相关的背景，概念和解决方案理解得更透彻了，学习起来也越来越有兴趣，越来越轻松。另外还充分体会了从事单片机开发工作需要特别严谨认真的态度和作风，一点都马虎不得。每一个细微的细节都必须十分的注意，如果不认真思考决策，就会出现或大或小的错误，如果早期的错误隐藏下来，对后面的工作影响就会很大，甚至有时要推倒很多前面做的工作重来。要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，这样为资料的保留和交流提供了方便；在设计中遇到的问题要记录，以免下次遇到同样的问题。经过不断的学习和反复的实践，辛勤努力有了回报，终于做出了一个简单的系统，虽然这个系统的功能非常的简单，而且在实际的运用中，也许还有些不足。从这次的设计中，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，学习单片机更应该这样，程序只有在经常地写与读的过程中才能提高，这就是我在这次设计中的最大收获。感谢老师在设计过程中悉心指导和热情帮助。参考文献1 谢维成 杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计（第2版）M.北京:清华大学出版社，2009年2 祈伟 杨亭.单片机C51程序设计教程与实验M北京：北京航空航天大学出版社，2003 年.3 肖玲妮，袁增贵.Protel99SE印刷电路板设计教程M.北京:清华大学出版社，2003年附录系统软件功能框图系统结构框图系统以 AT89S52 单片机作为核心控制器件，外围主要有液晶显示 LCD1602、DS18B20 和蜂鸣器，均为串行通信器件，使得系统线路简单可靠性高。总体设计框图数字温度计电路原理图程序代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsigned char sx=28; /上限报警温度，默认值为28signed char xx=20;/下限报警温度，默认值为20sbit beep=P17 ; /定义蜂鸣器sbit RS=P10; /定义lcd端口sbit RW=P11;sbit E=P12;sbit LED=P13;sbit DQ=P37; /定义18b20端口sbit key0=P20; /定义按键端口sbit key1=P21;sbit key2=P22;sbit key3=P23;void keyin();void init(void);void chongzhi();unionuchar c2;uint x;temp;uchar flag; uint dz,dx; /dz整数，dx小数uint qq; /K0按键的显示uint pan=0; /用于华氏与摄氏转换的判断uchar Mask,ScanCode,Line,Col;uchar limte4;uchar con=0;uchar code str1= now wen du: ;uchar data disbuffer5;uchar limte4;uchar fu;/*void delay(uchar ms)/延时程序,延时1毫秒 uchar i; uchar j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j0 ; i-) DQ = 0; /给脉冲信号 value=1; DQ = 1; /给脉冲信号 if(DQ) value|=0x80; delay_18B20(10); return(value); void write_byte(uchar val) /向1-wire总线上写一个字节 uchar i = 0;for (i=8; i0; i-) /一次写入一个字节 DQ = 0; DQ = val&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; val=val/2; /*lcd*void wr_ming(char j)/写命令函数fbusy();E=0;RS=0;RW=0;E=1;P0=j;E=0;delay(1);void wr_dat(uchar j) /写数据函数fbusy();E=0;RS=1;RW=0;E=1;P0=j;E=0;delay(1);/*void play(uchar *p)/显示/while(*p!=0)wr_dat(*p);p+;delay(1);/*void initDS18B20()/初始化显示 delay(15);wr_ming(0x38);/使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型delay(5);wr_ming(0x08);/显示命令delay(5);wr_ming(0x01);/清屏delay(5);wr_ming(0x06);/字符不动，光标自动右移一格delay(5);wr_ming(0x0c);/显示器开，光标开，字符不闪烁delay(5);wr_ming(0x80);/初始化显示play(str1);/*void Read_tem(void) ow_reset();write_byte(0xCC);/跳过 ROMwrite_byte(0x44); /开始转换ow_reset();write_byte(0xCC);/发跳过 ROMwrite_byte(0xBE);/发读温度命令temp.c1=read_byte();/读低字节temp.c0=read_byte();/读高字节 /*void change_temp(void) /温度转换if(pan!=0) dz=dz*9/5+32; /华氏与摄氏转换公式dx=0;disbuffer0=dz%1000/100+0x30; /百位数disbuffer1=dz%100/10+0x30;/十位数 disbuffer2=dz%10+0x30;/个位数disbuffer3=dx+0x30;/小数位 if (temp.c00xf8)flag=0x2d;temp.x=temp.x+1;/如果为负，则符号标志置1，计算温度值 else flag=0x20; /如果为正，则符号标志为空。 dz=temp.x/16; /计算出温度值的正数部分dx=temp.x&0x0f; /取温度值小数部分的第一位dx=dx*10;dx=dx/16; if(disbuffer0=0x30) disbuffer0=0x20;/如果百位为0，不显示 if(disbuffer1=0x30) disbuffer1=0x20;/如果百位为0，十位为0也不显示 /*void limte1() /上下限各位数值qq=con+0x30;limte0=(sx)%100/10+0x30;limte1=(sx)%10+0x30;limte2=(xx-1)%100/10+0x30;limte3=(xx-1)%10+0x30;/* void display() /温度值显示子程序 if(pan!=0) fu=0x46;elsefu=0x43; wr_ming(0xc0); wr_dat(flag);/显示符号位 wr_ming(0xc1); wr_dat(disbuffer0);/显示百位 wr_ming(0xc2); wr_dat(disbuffer1);/显示十位 wr_ming(0xc3); wr_dat(disbuffer2);/显示个位 wr_ming(0xc4); wr_dat(0x2e);/显示小数点 wr_ming(0xc5); wr_dat(disbuffer3);/显示小数位 wr_ming(0xc6); wr_da