單片機原理及應用課程設計任務書二級學院：電子信息與電氣工程學院 專業(yè)： 班級： 學生姓名指導老師職 稱講師 課題名稱數(shù)字溫度計的設計 課題工作內(nèi)容1、 設計內(nèi)容：硬件電路的設計、軟件電路的設計 2、 總體方案的選擇、討論確定。軟件流程圖的設計，硬件電路各部分的設計，程序的軟調(diào)試、整機的調(diào)試。 3、 撰寫設計報告 指標要求1、溫度值用LED顯示 2、測量范圍為-30 100 3、溫差為±0.5 進程安排第一天 下達任務、講授、查資料 第二天 方案確定 第三天、第四天 軟、硬件設計 第五天第八天 軟、硬件調(diào)試 第九天 撰寫報告 第十天 答辯考核主要參考文獻單片機原理及應用技術 范力旻 電子工業(yè)出版社 例說8051 謝亮、陳敵北、 張義和 人民郵電出版社 單片機C語言應用100例 王東鋒 王會良 電子工業(yè)出版社 51系列單片機設計實例 樓然苗 李光飛 北航出版社 單片微機測控系統(tǒng)設計大全 王福瑞編著 北航出版社 地點起止日期2011.09.052011.09.16 單片機原理及應用課程設計 題 目 數(shù)字溫度計的設計 二級學院 電子信息與電氣工程學院班 級 姓 名 學 號 指導教師 設計時間 2011.09.052011.9.15 目錄一、概述1二、系統(tǒng)設計 1（一）溫度計設計方案論證 1 （二）框圖設計1（三）硬件設計 2 （四）軟件設計7三、調(diào)試 9 四、課程設計小結(jié) 9五、參考文獻 9六、附件10附錄1、電路原理10附錄2、實拍照片10附錄3、元件清單11附錄4、程序清單12數(shù)字溫度計的設計一、概述生活和生產(chǎn)中，經(jīng)常用到一些測溫設備，但是傳統(tǒng)的測溫設備但是傳統(tǒng)的測溫設備具有制作成本高、硬件電路和軟件設計復雜等缺點，基于AT89C52單片機的數(shù)字溫度計具有制作簡單，成本低，度數(shù)方便，測溫范圍廣和測溫準確等優(yōu)點，應用前景廣闊。設計參數(shù)規(guī)格設計：1、溫度值用LED顯示 2、測量范圍為-30 100 3、溫差為±0.5 二、系統(tǒng)設計（一）溫度計設計方案論證 方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二 進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設計要求。方法簡單制作簡便，故采用方案一來實現(xiàn)數(shù)字溫度計的控制。（二）框圖設計根據(jù)設計要求分析，數(shù)字溫度計由STC89C52單片機、電源、顯示電路、溫度傳感器、復位電路和時鐘電路組成、系統(tǒng)框圖如圖1所示。電源給整個電路供電。顯示電路顯示溫度值，時鐘電路為STC89C52提供時鐘頻率。電源STC89C52單片機復位電路顯示電路DS18B20時鐘電路 圖1 基于STC89C52單片機的數(shù)字溫度計系統(tǒng)框圖（三）硬件設計1、最小系統(tǒng)(1)電源本次采用的是普通USB 5V直流電源。(2)單片機：本次設計使用單片機芯片STC89C52 STC89C52的工作特性:主要特性： ·與MCS-51 兼容 ·8K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時間：10年 ·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ·三級程序存儲器鎖定 ·512內(nèi)部RAM ·32可編程I/O線 ·兩個16位定時器/計數(shù)器 ·5個中斷源 ·可編程串行通道 圖2 S TC89C52引腳圖·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路（3）時鐘電路圖 3 時鐘電路 本次設計采用的是12M的晶振，電路圖如下圖3，兩只電容在20pF100pF之間取值，其取值在60pF70pF時振蕩器頻率穩(wěn)定性較高，按照一般經(jīng)驗，外接晶體時兩個電容的取值為30pF。（4）復位電路在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)服務。為保證應用系統(tǒng)可靠的復位在設計復位電路時，通常使RST引腳保持4ms以上的高電平，只要RST保持高電平，MCS-51單片機就會循環(huán)復位；當RST從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，MCS-51單片機就從0000H地址開始執(zhí)行程序，在單片機復位的有效期間，ALE、PSEN 引腳輸出高電平。本次設計采用的是手動復位，其電路圖如下：圖4復位電路2.接口(1)數(shù)字溫度傳感器DS18B20由DALLAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。 A. DS18B20性能特點 ：獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。測溫范圍為-55-+125，測量分辨率為0.0625。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。圖5 . DS18B20封裝圖B. DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。圖6 溫度傳感器接線圖(2) 雙向總線發(fā)送器/接收器74LS24574LS245為三態(tài)輸出的八組總線收發(fā)器引出端符號: A A總線端 B B總線端 /G 三態(tài)允許端(低電平有效) DIR 方向控制端 圖7. 74LS245內(nèi)部邏輯圖功能表：DirectionControlDIREnable/G OperationL LL HH XB data to A busA data to B busIsolation（3）74LS07 六高壓輸出緩沖器/驅(qū)動器簡要說明 54/7407 為集電極開路輸出的六組驅(qū)動器，其主要電特性的典型值如下： tPLH tph1 PD 6ns 20ns 125m W引出端符號 1A-6A 輸入端 1Y-6Y 輸出端極限值電源電壓7V輸入電壓5V輸出截至態(tài)電壓 30V圖8 74LS07管腳圖（4）顯示電路內(nèi)部的四個數(shù)碼管共用adp這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有四個數(shù)碼管，所以它有四個公共端，加上adp，共有12個引腳，下面便是一個共陽結(jié)構(gòu)圖。圖9碼管內(nèi)部邏輯圖管腳順序：從數(shù)碼管正面看，以第一腳為起點，管腳的順序是逆時針方向排列的。12-9-8-6為公共腳，A-11，B-7，C-4，D-2，E-1，F(xiàn)-10，G-5，DP-3。圖10顯示電路（四）軟件設計主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次，這樣就可以在1s之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程圖如圖11所示。初始化調(diào)用顯示子程序1s到？N初次上電YY讀出溫度值，溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新N發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令圖1 1主程序流程圖讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需要進行CRC校驗，校驗有錯時不能進行溫度數(shù)據(jù)的改寫，其程序流程圖如圖8所示。發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗 Y9字節(jié)完成？ NCRC校驗正？ N Y移入溫度暫存器結(jié)束圖 8 讀溫度流程圖溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，采用12位分辨率轉(zhuǎn)換時間為750ms.程序設計中采用1s顯示程序延時等待轉(zhuǎn)換的完成。計算溫度子程序?qū)AM 中讀取值進行BCD碼轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。三、調(diào)試此設計軟件部分用uvision4編寫與編譯源程序，并生成HEX文件，編譯完成后用Proteus仿真，仿真完成后將HEX文件燒制到單片機中，然后就是對硬件電路的檢查，排除硬件電路故障包括設計錯誤和工藝連接錯誤，檢查各芯片是否有短路或斷路故障。先將單片機取下，對電路板進行通電檢查，通過觀察是否有異常然后用萬用表測試個電源電壓，若這些都沒有問題，則接上仿真機進行聯(lián)機調(diào)試觀察各接口線路是否正常。四、課程設計小結(jié)近兩周的單片機課程設計，終于完成了我的數(shù)字溫度計畢業(yè)設計，雖然途中還遇到不少困難，但最終還是把實物做出來，從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論運用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。通過這次對數(shù)字溫度計的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數(shù)字溫度計的原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，在實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。五、參考文獻1.范力旻，單片機原理及應用技術，電子工業(yè)出版社，2010.2.楊居義，單片機課程設計指導，清華大學出版社，2009.3.沙占友，孟志永，王彥朋，單片機外圍電路設計，電子工業(yè)出版社，2006.4百度文庫,，2010-11-14.5百度文庫，2010-07-15.6.丁元杰，單片機微機原理及應用技M,機械工業(yè)出版社，2001.六.附錄1.硬件原理圖2.實拍照片3.元件清單元件名稱型號數(shù)量/個用途單片機STC89C521控制核心晶振12MHz1晶振電路電容30pF2晶振電路電解電容22uF/50V1復位電路電阻1K13復位電路，上拉電阻集成塊74LS071顯示驅(qū)動集成塊74LS2451顯示驅(qū)動集成塊DS18B201溫度傳感器電阻4K71復位電路按鍵1復位電路電源+5V/0.5A1提供+5V電源七段四位數(shù)碼管4位1顯示電路電阻4K71測溫電路4.程序清單#include"reg51.h"#include"intrins.h"#defineDisdataP1#definediscanP3#defineuchar unsigned char#define uint unsigned intsbitDQ = P37;sbitDIN = P17;uinth;ucharcode ditab16 = 0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;uchar code dis_712 = 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,0xbf;uchar code scan_con4 = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;uchar data temp_data2 = 0x00,0x00;uchar data display5 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;void delay(uint t)for(;t>0;t-); scan()char k;for(k=0;k<4;k+)Disdata = dis_7displayk;if(k = 1) DIN = 0;discan = scan_conk;delay(90);discan = 0x00;ow_reset(void)char presence = 1;while(presence)while(presence)DQ = 1;_nop_();_nop_();DQ = 0;delay(50);DQ = 1;delay(6);presence = DQ;delay(45);presence = DQ;DQ = 1;void write_byte(uchar val)uchar i;for(i=8;i>0;i-)DQ = 1;_nop_();_nop_();DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ = val & 0x01;delay(6);val = val>>1;DQ = 1;delay(1);uchar read_byte(void)uchar i;uchar value = 0;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value >>= 1;DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DQ)value|=0x80;delay(6);DQ = 1;return(value);read_temp()ow_reset();write_byte(0xCC);write_byte(0xBE);temp_data0 = read_byte();temp_data1 = read_byte();ow_reset();write_byte(0xCC);write_byte(0x44);work_temp()uchar n = 0;if (temp_data1>127)temp_data1 = (255 - temp_data1);temp_data0 = (256 - temp_data0);n=1;display4 = temp_data0 & 0x0f;display0 = ditabdisplay4;display4 = (temp_data0 & 0xf0)>>4) | (temp_data1 & 0x0f)<<4);display3 = display4/100;display1 = display4%100;display2 = display1/10;display1 = display1%10;if(!display3)display3 = 0x0A;if(!display2) display2 = 0x0A;if(n)display3 = 0x0B;main()Disdata = 0xff;discan = 0xff;for(h=0;h<4;h+)displayh = 8;ow_reset();write_byte(0xCC);write_byte(0x44);for(h=0;h<250;h+)scan();while(1)read_temp();work_temp();for(h=0;h<200;h+)scan();