基于单片机专业课程设计方案报告.docx

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单片机课程设计课题：基于51单片机交通灯设计专业：机械设计制造及其自动化学号：指导老师：邵添设计日期： /12/18 成绩：重庆大学城市科技学院电气学院基于51单片机数字温度计设计汇报一、设计目标作用本设计是一款简单实用小型数字温度计，所采取关键元件有传感器DS18B20，单片机AT89C52，，四位共阴极数码管一个，电容电阻若干。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围-55°C~+125°C。在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。18B20精度较差，为± 2°C 。现场温度直接以“一线总线”数字方法传输，大大提升了系统抗干扰性。适合于恶劣环境现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。此次数字温度计设计共分为五部分，主控制器，LED显示部分，传感器部分，复位部分，按键设置部分，时钟电路。主控制器即单片机部分，用于存放程序和控制电路；LED显示部分是指四位共阴极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器，用来采集温度，进行温度转换；复位部分，即复位电路，按键部分用来设置上下限报警温度。测量总过程是，传感器采集到外部环境温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判定后将温度传输到数码管显示。二、设计要求（1）．利用DS18B20传感器实时检测温度并显示。（2）．利用数码管实时显示温度。（3）．当温度超出或低于设定值时蜂鸣器报警，LED闪烁指示。（4）.能够手动设置上限和下限报警温度。三、设计具体实现 1、系统概述方案一：因为本设计是测温电路，能够使用热敏电阻之类器件利用其感温效应，在将随被测温度改变电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就能够用单片机进行数据处理，在显示电路上，就能够将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案设计框图以下：数码管显示电路热敏电阻组成感温电路 AD转换方案二：考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多全部是使用传感器，所以这是很轻易想到，所以能够采取一只温度传感器DS18B20，此传感器，能够很轻易直接读取被测温度值，进行转换，就能够满足设计要求。从以上两种方案，很轻易看出，采取方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采取了方案二。 2、单元电路设计和分析 1、硬件设计根据系统设计功效要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。数字温度计总体电路结构框图所表示：蜂鸣器报警模块 AT89C51单片机 DB18B20温度传感器按键设置模块电源数码管显示 LED闪烁报警模块单片机选择单片机AT89S52含有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统设计需要，很适合便携手持式产品设计使用系统可用二节电池供电。因为器件问题，我们使用了通用手机5V充电器接口。复位电路模块单片机系统复位电路在这里使用是上电+按钮复位电路模式，其中电阻R采取是10KΩ阻值，电容采取电容值为10uF电解电容，电路图以下：温度显示模块四位共阴极数码管，能够显示小数。列扫描用P2.4~P2.7口来实现，列驱动直接51接单片机驱动。电路图以下：温度传感器模块 DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体企业最新推出一个改善型智能温度传感器，和传统热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，而且可依据实际要求经过简单编程实现9～12位数字值读数方法。电路图以下：按键模块按键是用来设置报警上下限温。K1是用来进入上下限调整模式，当按一下K1进入上限调整模式，再按一下进入下限调整模式。在正常模式下，按一下K2进入查看上限温度模式，显示1s左右自动退出；按一下K3进入查看下限温度模式，显示1s左右自动退出；按一下K4消除按键音，再按一下开启按键音。在调整上下限温度模式下，K2是实现加1功效， K1是实现减1功效，K3是用来设定上下限温度正负。 2、软件设计关键包含主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和现实数据刷新子程序等。主程序主程序关键功效是负责温度实时显示、读出并处理DS18B20测量温度值。温度测量每1S进行一次。主步骤图以下：读出温度子程序读出温度子程序关键功效是读出RAM中9字节。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据改写。步骤图以下：温度转换命令子程序温度转换命令子程序关键是发温度转换开始命令。当采取12位分辨率时，转换时间约为750ms。在本程序设计中，采取1s显示程序延时法等候转换完成。步骤图以下：显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序关键是对显示缓冲器中显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。系统调试及性能分析：硬件调试，首先检验电感焊接是否正确，然后可用万用表测试或通电检测。软件调试能够先编写显示程序并进行硬件正确性检验，然后分别进行主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和现实数据刷新子程序等编程及调试因为DS18B20和单片机采取串行数据传送，所以，对DS18B20进行读/写编程时必需严格地确保读/写时序；不然将无法读取测量结果。本程序采取单片机汇编或C语言编写用 Keil C51编译器编程调试。软件调试到能显示温度值，而且在有温度改变时显示温度能改变，就基础完成。性能测试可用制作温度计和已经有成品温度计同时进行测量比较。因为DS18B20精度很高，所以误差指标能够限制在0.5℃以内。另外，-55~+125℃测温范围使得该温度计完全适合通常应用场所，其低电压供电特征可做成用电池供电手持温度计。四、总结此次课程设计使我们深入巩固了书本上知识，做到了学以致用。这是我们第二次自己动手设计电路，经过系统仿真软件Proteus和编译软件Keil，使我们深入了解了单片机设计制作过程，其中最为困难是软件部分，即编程部分，我们上网找了好多资料，即使经过自己修改，但还是有很多功效不能实现，如温度上下限设置。因为Proteus并不是很熟练，在使用过程中有很多原件名称不知道，从而花费了大量时间在网上查找，以后应该在这方面多多努力。最终一步焊接硬件也碰到了不少麻烦。总结经验时候我们得出这么结论，学习应该学以致用，有目标去学习，假如学了不用等于没学。其次，要学以致用，理论联络实际，这么才会取得事半功倍效果。五、附录附录一：元件清单元件名称数量 AT89C51单片机 1 12MHZ晶振 1 33pF电容 2 22uF电解电容 1 按键开关 5 IC插座40Pin 1 DS18B20温度传感器 1 蜂鸣器 1 LED ø5红 1 四位一体共阴数码管 1 470,1K,4.7K电阻 8，2，1 三极管8550 1 导线若干排针若干附录二：完整电路原理图附录三：焊接实物图附录四：源程序 /******************************************************************** * 程序名; 基于51单片机温度计 * 功能：实时测量温度，超出上下限报警，报警温度可手动调整。K1是用来 * 进入上下限调整模式，当按一下K1进入上限调整模式，再按一下进入下限 * 调整模式。在正常模式下，按一下K2进入查看上限温度模式，显示1s左右自动 * 退出；按一下K3进入查看下限温度模式，显示1s左右自动退出；按一下K4消除 * 按键音，再按一下开启按键音。在调整上下限温度模式下，K2是实现加1功效， * K1是实现减1功效，K3是用来设定上下限温度正负。 * 编程者：彭明闯 * 编程时间：/05/30 *********************************************************************/ #include<reg52.h> #include<intrins.h> //将intrins.h头文件包含到主程序（调用其中_nop_()空操作函数延时） #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar max=0x00,min=0x00; //max是上限报警温度，min是下限报警温度 bit s=0; //s是调整上下限温度时温度闪烁标志位，s=0不显示200ms，s=1显示1s左右 bit s1=0; //s1标志位用于上下限查看时显示 void display1(uint z); //申明display1（）函数（display.h头文件中函数，ds18b20.h要用应先申明） #include"ds18b20.h" #include"keyscan.h" #include"display.h" /******************************************************/ /* 主函数 / /*****************************************************/ void main() { beer=1; //关闭蜂鸣器 led=1; //关闭LED灯 timer1_init(0); //初始化定时器1（未开启定时器1） get_temperature(1); //首次开启DS18B20获取温度（DS18B20上电后自动将EEPROM中上下限温度复制到TH和TL寄存器） while(1) { keyscan(); get_temperature(0); display(temp,temp_d*0.625); alarm(); } } /******************************************************************** * 程序名; DS18B20头文件 * 编程者：彭明闯 * 编程时间：/5/30 * 说明：用到全局变量是：无符号字符型变量temp(测得温度整数部分),temp_d * (测得温度小数部分)，标志位f（测量温度标志位‘0’表示“正温度”‘1’表 * 示“负温度”），标志位f_max（上限温度标志位‘0’表示“正温度”、‘1’表 * 示“负温度”），标志位f_min（下限温度标志位‘0’表示“正温度”、‘1’表 * 示“负温度”），标志位w(报警标志位‘1’开启报警‘0’关闭报警)。 *********************************************************************/ #ifndef __ds18b20_h__ //定义头文件 #define __ds18b20_h__ #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit DQ= P2^3; //DS18B20接口 sbit beer=P1^0; //用beer表示P1.0 sbit led=P1^1; //用led表示P1.1 uchar temp=0; //测量温度整数部分 uchar temp_d=0; //测量温度小数部分 bit f=0; //测量温度标志位,0’表示“正温度” ‘1’表示“负温度”） bit f_max=0; //上限温度标志位‘0’表示“正温度” ‘1’表示“负温度”） bit f_min=0; //下限温度标志位‘0’表示“正温度”、‘1’表示“负温度”） bit w=0; //报警标志位‘1’开启报警‘0’关闭报警 /******************************************************/ /* 延时子函数 / /*****************************************************/ void ds18b20_delayus(uint t) //延时几μs { while(t--); } void ds18b20_delayms(uint t) //延时1ms左右 { uint i,j; for(i=t;i>0;i--) for(j=120;j>0;j--); } /******************************************************/ /* DS18B20初始化函数 / /*****************************************************/ void ds18b20_init() { uchar c=0; DQ=1; DQ=0; //控制器向DS18B20发低电平脉冲 ds18b20_delayus(80); //延时15-80μs DQ=1; //控制器拉高总线， while(DQ); //等候DS18B20拉低总线，在60-240μs之间 ds18b20_delayus(150); //延时，等候上拉电阻拉高总线 DQ=1; //拉高数据线，准备数据传输； } /******************************************************/ /* DS18B20字节读函数 / /*****************************************************/ uchar ds18b20_read() { uchar i; uchar d=0; DQ = 1; //准备读； for(i=8;i>0;i--) { d >>= 1; //低位先发； DQ = 0; _nop_(); _nop_(); DQ = 1; //必需写1，不然读出来将是不预期数据； if(DQ) //在12us处读取数据； d |= 0x80; ds18b20_delayus(10); } return d; //返回读取值 } /******************************************************/ /* DS18B20字节写函数 / /*****************************************************/ void ds18b20_write(uchar d) { uchar i; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=d&0x01; ds18b20_delayus(5); DQ=1; d >>= 1; } } /******************************************************/ /* 获取温度函数 / /*****************************************************/ void get_temperature(bit flag) { uchar a=0,b=0,c=0,d=0; uint i; ds18b20_init(); ds18b20_write(0xcc); //向DS18B20发跳过读ROM命令 ds18b20_write(0x44); //写开启DS18B20进行温度转换命令，转换结果存入内部RAM if(flag==1) { //首次开启DS18B20进行温度转换需要500ms,若转换时间不够就犯错，读出是85度错误值。 display1(1); //用开机动画耗时 } else ds18b20_delayms(1); ds18b20_init(); ds18b20_write(0xcc); ds18b20_write(0xbe); a=ds18b20_read(); //读内部RAM （LSB） b=ds18b20_read(); //读内部RAM （MSB） if(flag==1) //局部位变量f=1时读上下线报警温度 { max=ds18b20_read(); //读内部RAM （TH） min=ds18b20_read(); //读内部RAM （Tl） } if((max&0x80)==0x80) //若读取上限温度最高位（符号位）为‘1’表明是负温度 {f_max=1;max=(max-0x80);} //将上限温度符号标志位置‘1’表示负温度，将上限温度装换成无符号数。 if((min&0x80)==0x80) //若读取下限温度最高位（符号位）为‘1’表明是负温度 {f_min=1;min=(min-0x80);} //将下限温度符号标志位置‘1’表示负温度，将下限温度装换成无符号数。 i=b; i>>=4; if (i==0) { f=0; //i为0，正温度,设置正温度标识 temp=((a>>4)|(b<<4)); //整数部分 a=(a&0x0f); temp_d=a; //小数部分 } else { f=1; //i为1，负温度,设置负温度标识 a=~a+1; b=~b; temp=((a>>4)|(b<<4)); //整数部分 a=(a&0x0f); //小数部分 temp_d=a; } } /******************************************************/ /* 存放极限温度函数 / /*****************************************************/ void store_t() { if(f_max==1) //若上限温度为负，将上限温度转换成有符号数（最高位为1是负，为0是正） max=max+0x80; if(f_min==1) //若下限温度为负，将上限温度转换成有符号数 min=min+0x80; ds18b20_init(); ds18b20_write(0xcc); ds18b20_write(0x4e); //向DS18B20发写字节至暂存器2和3（TH和TL）命令 ds18b20_write(max); //向暂存器TH（上限温度暂存器）写温度 ds18b20_write(min); //向暂存器TL（下限温度暂存器）写温度 ds18b20_write(0xff); //向配置寄存器写命令，进行温度值分辨率设置 ds18b20_init(); ds18b20_write(0xcc); ds18b20_write(0x48); //向DS18B20发将RAM中2、3字节内容写入EEPROM } //DS18B20上电后会自动将EEPROM中上下限温度拷贝到TH、TL暂存器 /******************************************************/ /* 温度超限报警函数 / /*****************************************************/ void alarm() { //若上限值是正值 if(f_max==0) { if(f_min==0) //若下限值是正值 { if(f==0) //若测量值是正值 { if(temp<=min||temp>=max) {w=1;TR1=1;} //当测量值小于最小值或大于最大值时报警 if((temp<max)&&(temp>min)) {w=0;} //当测量值大于最小值且小于最大值时不报警 } if(f==1){w=1;TR1=1;} //若测量值是负值时报警 } if(f_min==1) //若下限值是负值 { if(f==0) //若测量值是正值 { if(temp>=max)//当测量值大于最大值时报警 {w=1;TR1=1;} if(temp<max )//当测量值小于最大值时不报警 {w=0;} } if(f==1) //若测量值是负值 { if(temp>=min)//当测量值大于最小值时报警 {w=1;TR1=1;} if(temp<min)//当测量值小于最小值时不报警 {w=0;} } } } if(f_max==1) //若下限值是负值 { if(f_min==1) //若下限值是负值 { if(f==1) //若测量值是负值 { if((temp<=max)||(temp>=min)) {w=1;TR1=1;} //当测量值小于最大值或大于最小值时报警 if((temp<min)&&(temp>max)) {w=0;} //当测量值小于最小值且大于最大值时不报警 } if(f==0){w=1;TR1=1;} //若测量值是正值时报警 } } } #endif /********************************************************************** * 程序名; ds18b20keyscan函数 * 功能：经过键盘设定设定上下限报警温度 * 编程者：彭明闯 * 编程时间：/5/30 **********************************************************************/ #ifndef __keyscan_H__ //定义头文件 #define __keyscan_H__ sbit key1=P2^2; sbit key2=P2^1; sbit key3=P2^0; sbit key4=P3^3; uchar i=0; //定义全局变量i用于不一样功效模式选择，‘0’正常模式，‘1’上限调整模式，‘2’下限调整模式 uchar a=0; //定义全局变量a用于不一样模式下数码管显示选择 bit k4=0; //K4按键双功效选择位，k4=0时K4按键选择消按键音功效，k4=1时K4按键选择正负温度设定功效 bit v=0; //K2、K3按键双功效选择位，v=0时选择上下限查看功效，v=1时选择上下限温度加减功效 bit v1=0; //v1=1时定时1250ms时间到自动关闭报警上下限查看功效 bit v2=0; //消按键音功效调整位，为‘0’时开按键音，为‘1’时关按键音 /******************************************************/ /* 读键盘延时子函数 / /*****************************************************/ void keyscan_delay(uint z) //延时1ms左右 { uint i,j; for(i=z;i>0;i--) for(j=120;j>0;j--); } /******************************************************/ /* 温度调整函数 / /*****************************************************/ int temp_change(int count,bit f) //上下限温度调整 { if(key2==0) //判定K2是否按下 { if(v2==0)beer=0; //v2=0开按键音，不然消按键音 keyscan_delay(10); //延时10ms if(key2==0) //再次判定K2是否按下（实现按按键时消抖） { beer=1; //K2按下关按键音 if(f==0) //若温度为正 { count++; //每按一下K2温度上调1 if(a==1){if(count>125) count=125;}//当温度值大于125时不上调 if(a==2){if(count>125) count=125;} } if(f!=0) //若温度为负 { count++; //每按一下K2温度下调1 if(a==1){if(count>55) count=55;}//当温度值小于-55时不再下调 if(a==2){if(count>55) count=55;} } } while(key2==0); //K2松开按键时消抖 keyscan_delay(10); } if(key3==0) { if(v2==0)beer=0; keyscan_delay(10); if(key3==0) //K3按按键时消抖 { beer=1; count--; //每按一下K3温度为正时下调1，为负时上调1 if(a==1){if(count<0) count=0;}//当温度值达成0时不再调 if(a==2){if(count<0) count=0;} } while(key3==0); keyscan_delay(10); //K3松开按键时消抖 } return count; } /******************************************************/ /* 读键盘函数 / /*****************************************************/ void keyscan() { if(key1==0) { if(v2==0)beer=0; keyscan_delay(10); if(key1==0) //K1按按键时消抖 { beer=1; TR1=1; //开定时器1，经过s标志位改变，实现在上下限温度调整时温度显示时闪烁功效 k4=1; //在上下温度调整功效模式下选择K4调整上下限温度正负功效 v=1; //在上下温度调整功效模式下选择K2、K3温度加减功效 i++; //K1按一下i加1，i=‘0’进入正常模式，i=‘1’进入调上限模式，i=‘2’进入调下限模式 if(i>2) //K1按下三次后退出调整模式 { i=0; //进入正常模式 TR1=0; //关定时器1 k4=0; //在正常模式下选择K4消按键音功效 v=0; //在正常模式下选择K2、K3查看上下限报警温度功效 store_t(); //存放调整后上下限报警温度 } switch(i) //显示选择 { case 0:a=0;break; //a=0选择显示测得温度 case 1:a=1;break; //a=1选择显示上限温度 case 2:a=2;break; //a=2选择显示下限温度 default:break; } } while(key1==0); //K1松按键时消抖 keyscan_delay(10); } if(a==1&&v==1) //a=1选择显示上限温度且v=1时选择上下限温度加功效 {led=0;max=temp_change(max,f_max);}//显示上限温度 else if(a==2&&v==1) //a=2选择显示下限温度且v=1时选择上下限温度减功效 {led=1;min=temp_change(min,f_min);} else; if(k4==1) //k4=1时K4按键选择正负温度设定功效 { if(key4==0) { if(v2==0)beer=0; keyscan_delay(5); if(key4==0) { beer=1; if(a==1) {if(max>55) f_max=0;else f_max=~f_max;}//当温度大于55度时，只能设定为正温度 if(a==2) {if(min>55) f_max=0;else f_min=~f_min;}//当温度大于55度时，只能设定为正温度 } while(key4==0); keyscan_delay(10); } } if(v==0) //v=0时选择上下限查看功效 { if(key2==0) { if(v2==0)beer=0; keyscan_delay(10); if(key2==0) { beer=1; a=1; //选择上限显示 TR1=1; //开定时器1开始定时一分钟左右 s1=1; //上限显示不闪烁，显示一分钟左右自动退出 } while(key2==0); keyscan_delay(10); } if(key3==0) { if(v2==0)beer=0; keyscan_delay(10); if(key3==0) { beer=1; a=2; //选择下限显示 TR1=1; //开定时器1开始定时1s s1=1; //下限显示不闪烁，显示1s自动退出 } while(key3==0); keyscan_delay(10); } if(v1==1) //v1=1时定时1s时间到自动关闭报警上下限查看功效 {a=0;v1=0;TR1=0;} //a=0显示实测温度，v1清零，关定时器1 if(k4==0) //k4=0时K4按键选择消按键音功效 { if(key4==0)

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