基于单片机专业课程设计方案报告.docx

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
#include //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 s0; //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=(a0x0f);
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((tempmin))
{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=min)//当测量值大于最小值时报警
{w=1;TR1=1;}
if(temp
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((tempmax))
{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)