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1、精选优质文档-倾情为你奉上 大连海事大学课程设计报告题目：应用单片机和温度传感器实现温度检测专业名称： 姓 名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 目录1、设计任务.32、设计方案.32.1、硬件分析. 32.2、软件设计. 33、系统硬件设计.4 3.1AT89C51单片机简介.43.2单片机最小系统设计.63.3ds18b20传感器简介.73.4数码管显示电路设计.93.5硬件清单.104、软件设计.115、实验总结与体会.146、附录.15 6.1仿真电路图及实验结论.157、参考文献.17 1、 设计任务1.1 目的：设计出基于51单片机和DS18B20温度传感器的温度测量系统。1.2
2、 要求：对各部分的电路进行了详细的介绍。系统可以非常方便地进行温度的测量，使用起来方便，具有精度高，体积小，功耗低，价格便宜的特点。适合我们的日常生活及一些基本的工农生产的温度测量需要， 51单片机和DS18B20的结合实现温度检测的最简单系统，且该系统结构简单，抗干扰性强，用途广泛。2、 设计方案2.1 硬件方案 以ds18b20温度传感器做信息采集器件，AT89C51做数据分析与处理工作，以4位段选数码管做温度显示器，再应用电源等基本器件组成硬件系统。 方案图如下AT89C51数据处理4位数码管 显示器 Ds18b20温度采集 2.2 软件方案本次设计以C语言编写程序，算法框图如下开始数据
3、处理显示结果初始化数据采集3、 系统硬件设计 3.1 AT89C51 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 AT89c51引脚图 DIP封装Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶
4、振及。另外，AT89C51 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，外
5、部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能： P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信
6、号和方向控制） P1.5 MOSI（在用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2
7、口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3
8、.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外，P3口还接收一些用于编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储
9、器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须
10、保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2 最小系统电路图3.3 ds18b20简介DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便
11、。 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。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。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。1、DS18B20产品的特点 （1）、只要求一个端口即可实现通信。 （2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
12、 （4）、测量温度范围在55。C到125。C之间。 （5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 （6）、内部有温度上、下限告警设置。2、DS18B20的引脚介绍 图1:DS18B20管脚及封装DS18B20暂存寄存器分布：名称引脚功能描述1. GND地信号2. DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 3 .VDD 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。3 DS18B20的使用方法 由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协
13、议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。 由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先 DS18B20的读时序 对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。 对于DS
14、18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。 DS18B20的写时序 对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。# 使用中注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实
15、际应用中也应注意以下几方面的问题： 1 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。1.1.3DS18B20内部结构及工作原理 图2： DS18B20内部结构图DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的
16、信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。3.4数码管显示电路8段LED数码管，则在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出0-9的
17、数字。 LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。右图是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发 光。当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将b和c段接上正电源，其它端接地或悬空，那么b和c段发光， 此时，数码管显示将显示数字“1”。而将a、b、d、e和g段都接上正电源
18、，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。其它字符的显示 原理类同1.2.2，四位共阳数码管 图5:四位数码管管脚图其中12,9,8,6管脚为位选管脚，11,7,4,2,1,10,5,3为段选管脚。3.5 器件清单AT89C51芯片*1DS18B20传感器*14位8段数码管*1电阻10k*14.7k*21 k*1排阻102*1电容30p*210uf*10.1uf*1晶振 12.0M*1按键*1电源 导线若干4、 软件设计程序代码#include reg51.h#include intrins.h#define Disdata P0#define discan P2#define uchar un
19、signed char#define uint unsigned intsbit DQ=P33;sbit DIN=P07;uint h;uchar flag;uchar code dis_712=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82, 0xf8,0x80,0x98,0xff,0xbf;/p0口 段显示0-9/-uchar code scan_con4=0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;/p2口 位选uchar data temp_data2=0x00,0x00;uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 ;vo
20、id delay(uint t) /延时函数for(;t0;t-);void scan()/led显示控制函数 char k; for (k=0;k0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=val&0x01;delay(6);val=val/2;DQ=1;delay(1);uchar read_byte(void)/读取传感器信息uchar i;uchar value=0;for (i=8;i0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value=1;/右移2位DQ=0;_nop
21、_();_nop_(); _nop_();_nop_();DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DQ)value|=0x80; /按位或delay(6);DQ=1;return(value);void read_temp() /读取温度数据部分ow_reset();write_byte(0xCC);write_byte(0xBE);temp_data0=read_byte();temp_data1=read_byte();ow_reset();write_byte(0xCC);write_byte(0x44);void work_temp()/对温度数
22、据进行处理uchar n=0;uchar doth,dotl;uchar flag3=1,flag2=1;if(temp_data1&0xf8)!=0x00) temp_data1=(temp_data1); temp_data0=(temp_data0)+1; n=1; flag=1; if(temp_data0255) /低位产生进位temp_data1+;display4=temp_data0&0x0f;display4=display4*0.625;display0=display4%10;/小数doth=display0/10;dotl=display0%10;display4=(t
23、emp_data0&0xf0)4)|(temp_data1&0x07)4);/整数部分display3=display4/100%10;/百display2=display4/10%10; /十display1=display4%10; /个if(!display3) display3=0x0a; flag3=0; if(!display2) display2=0x0a; flag2=0; if(n)display3=0x0b;flag3=0;main() /主函数Disdata=0xff; discan=0xff; for(h=0;h4;h+)displayh=8;/初始值ow_reset(
24、); write_byte(0xCC);write_byte(0x44);for(h=0;h500;h+) scan();while(1) read_temp(); work_temp(); scan();5、 实验总结与体会此次课设的题目是基于51单片机的数码管显示温度计，对于单片机方面的内容，由于本学期的单片机课程才刚刚开始，对于单片机方面的内容了解不是很深，所以选择制作的温度计不是很复杂，显得相对简单，在自己的不断修改和完善之后，最终算是非常成功地完成了此次温度计的制作，自己在制作的过程中也学到了许多有关单片机方面的内容，也提高了自己的动手能力，对自己的电子制作水平的提高起到了很大的作用。单片机温度计充分利用了DS18B20和AT89C51硬件结构的简洁性，使用四位数码管显示，准确性比较高，价格低廉而且具有广泛的应用。6、附录仿真实验图1、仿真电路2、单片机最小系统3、DS18B20传感器电路4、数码管电路5、仿真结果举例7、参考文献【1】 李群芳，肖看 单片机原理接口与应用 北京:清华大学出版社【2】 谭浩强 C语言程序设计第二版 清华大学出版社【3】 8051系列C程序设计完全手册出版专心-专注-专业