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-55C+125C。在-10+85C范围内,精度为0.5C。18B20精度较差，为 2C 。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10K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P2.4P2.7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912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112MHZ晶振133pF电容222uF电解电容1按键开关5IC插座40Pin1DS18B20温度传感器1蜂鸣器1LED 5红1四位一体共阴数码管1470,1K,4.7K电阻8，2，1三极管85501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 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）#includeds18b20.h #includekeyscan.h #includedisplay.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= P23; /DS18B20接口sbit beer=P10; /用beer表示P1.0sbit led=P11; /用led表示P1.1uchar 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s while(t-);void ds18b20_delayms(uint t) /延时1ms左右uint i,j;for(i=t;i0;i-) for(j=120;j0;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15-80sDQ=1;/控制器拉高总线，while(DQ); /等候DS18B20拉低总线，在60-240s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;i0;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;i0;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RAMif(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elseds18b20_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=(a4)|(b4)|(b4);/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=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(tempmin)/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=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=P22; sbit key2=P21; sbit key3=P20;sbit key4=P33;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;i0;i-)for(j=120;j0;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10msif(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(count125) count=125;/当温度值大于125时不上调 if(a=2)if(count125) 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(count55) count=55;/当温度值小于-55时不再下调 if(a=2)if(count55) 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1if(a=1)if(count0) count=0;/当温度值达成0时不再调if(a=2)if(count2)/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(max55) 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(min55) 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1if(k4=0) /k4=0时K4按键选择消按键音功效 if(key4=0)