毕业设计单片机原理及应用课程设计数字式温度计的设计.docx
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毕业设计单片机原理及应用课程设计数字式温度计的设计
单片机原理及应用课程设计任务书
课题名称
数字式温度计的设计
设计内容及要求
（1）课题内容：
以单片机为核心，使用DS18B20温度传感器（DP-51PROC单片机实验仪上B4区数字温度采集实验区）设计一个数字式温度计。
测量一路温度信号并用B3区的12864液晶屏显示；测温范围－55-125摄氏度，精度0.1摄氏度。
液晶屏的第一行显示本人的姓名和学号，第二行显示测量温度、当前时间及设定的上、下限温度报警值。
当温度高于设定上限值或低于下限值时驱动B5区的峰鸣器发出5声报警声。
（2）要求：
完成该系统的硬件和软件的设计，在Proteus软件上仿真通过后，下载到DP-51PROC单片机实验箱验证。
最后就课程设计本身提交一篇课程设计说明书。
设计工作量
1、汇编或C51语言程序设计；
2、程序调试；
3、在Proteus上进行仿真后，进行下载；
4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、程序设计、程序分析、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。
进度安排
起止日期（或时间量）
设计内容（或预期目标）
备注
第一天
课题介绍，答疑，收集材料，C51介绍
第二天
设计方案论证，练习编写C51程序
第三天～第六天
程序设计
第六天～第八天
程序调试、仿真
第九天～第十天
系统测试并编写设计说明书
教研室
意见
年月日
系（部）主管领导意见
年月日
目录
1.硬件电路及原理5
2.软件设计8
3.调试结果20
4.操作说明21
5心得体会21
参考文献22
1.硬件电路及原理
1.1方案的总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89c51，温度传感器采用DS18B20，用12864以串口传送数据实现温度显示。
图1 总体设计方框图
1.1.1主控制器
单片机AT89c51具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的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
1.1.2显示电路
显示电路采用12864液晶显示，从P0口输出段码。
1.1.3温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下：
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
●无须外部器件；
●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
●零待机功耗；
●温度以９或１２位数字；
●用户可定义报警设置；
●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；
DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。
图2DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图3所示。
头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。
第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图3所示。
低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图3 DS18B20字节定义
由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。
第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。
当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TＬ字节内容作比较。
若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。
主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
表2 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为：
初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
1.2DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式，如图4所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
2.软件设计
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineportP0//DB0~DB7数据口
#definebeepP2^6
sbite=P2^0;//使能
sbitrw=P2^1;//读写
sbitrs=P2^2;//数据/命令
sbitcs2=P2^3;//片选
sbitcs1=P2^4;
sbitbusy=P0^7;//检测忙
sbitDQ=P3^0;//定义DS18B20数据端口
ucharfuhao;//负号寄存器
sbitP2_6=P2^6;//蜂鸣器数据口
sbitP1_0=P1^0;//下限加键
sbitP1_1=P1^1;//下限减键
sbitP1_2=P1^2;//上限加键
sbitP1_3=P1^3;//上限减键
uintj=0;
intth=10;//上限默认值
inttl=-12;//下限默认值
uints=0,m=0,h=0;//时分秒初始值
ucharcodehz[][32]={
{0x00,0xF8,0x48,0x48,0x48,0x48,0xFF,0x48,0x48,0x48,0x48,0xFC,0x08,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x07,0x02,0x02,0x02,0x02,0x3F,0x42,0x42,0x42,0x42,0x47,0x40,0x70,0x00,0x00},
//"电",2
{0x40,0x20,0x58,0x47,0x54,0x54,0x54,0x54,0x54,0x54,0xD4,0x14,0x06,0x04,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0x20,0x40,0x80,0x70,0x00},
//"气",3
{0x00,0x00,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x0C,0x08,0x00,0x00,0x00,
0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x18,0x10,0x00},
//"二",4
{0x84,0x84,0xFC,0x84,0x06,0xF4,0x00,0xFF,0x00,0x84,0x84,0xFC,0x84,0x86,0x04,0x00,
0x20,0x60,0x3F,0x10,0x92,0x41,0x38,0x07,0x40,0x40,0x40,0x7F,0x40,0x60,0x40,0x00},
//"班",5
{0x00,0xFE,0x22,0x5A,0x86,0x08,0x88,0x48,0x38,0x0F,0xE8,0x08,0x88,0x0C,0x08,0x00,
0x00,0xFF,0x04,0x08,0x07,0x20,0x11,0x0D,0x41,0x81,0x7F,0x01,0x05,0x19,0x30,0x00},
/*"陈",4*/
{0x50,0x4C,0x44,0x44,0x44,0x44,0x45,0xC6,0x44,0x44,0x44,0x44,0x44,0x54,0x4C,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
/*"宁",5*/
};
ucharcodetime[][32]={
{0x00,0xFC,0x84,0x84,0x84,0xFE,0x14,0x10,0x90,0x10,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x10,0x00,
0x00,0x3F,0x10,0x10,0x10,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x23,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00},
//"时",0
{0x00,0x80,0x40,0x20,0x98,0x86,0x80,0x80,0x83,0x8C,0x90,0x20,0xC0,0x80,0x80,0x00,
0x01,0x00,0x80,0x40,0x20,0x1F,0x00,0x40,0x80,0x40,0x3F,0x00,0x00,0x01,0x00,0x00},
//"分",1
{0x20,0x24,0x24,0xA4,0xFE,0xA3,0x22,0x80,0x70,0x00,0xFF,0x00,0x10,0x20,0x60,0x00,
0x10,0x08,0x06,0x01,0xFF,0x00,0x81,0x80,0x40,0x20,0x17,0x08,0x04,0x03,0x00,0x00}
//"秒",2
};
ucharcodenum[][16]={
{0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x0F,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0F,0x00},
//"0",0
{0x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00},
//"1",1
{0x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0x21,0x30,0x00},
//"2",2
{0x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00,0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00},
//"3",3
{0x00,0x00,0xC0,0x20,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x07,0x04,0x24,0x24,0x3F,0x24,0x00},
//"4",4
{0x00,0xF8,0x08,0x88,0x88,0x08,0x08,0x00,0x00,0x19,0x21,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00},
//"5",5
{0x00,0xE0,0x10,0x88,0x88,0x18,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x11,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00},
//"6",6
{0x00,0x38,0x08,0x08,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00},
//"7",7
{0x00,0x70,0x88,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x1C,0x22,0x21,0x21,0x22,0x1C,0x00},
//"8",8
{0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x31,0x22,0x22,0x11,0x0F,0x00}
//"9",9
};
ucharcodesign[][16]={
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x00},
//"-",0
{0x00,0xC0,0xE0,0x30,0x10,0x10,0x10,0x20,0x00,0x07,0x0F,0x18,0x10,0x10,0x10,0x08},
//"C",1
{0x00,0x00,0x30,0x48,0x48,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
//"°",2
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x30,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00},
//".",3
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
//"",4
{0x00,0x00,0x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x31,0x31,0x00,0x00,0x00,0x00},
//":
",5
{0x00,0x00,0x00,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0x00},
//"|",6
{0x00,0x00,0x00,0x00,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x01,0x0F,0x01,0x01,0x01},
//"+",7
};
//延时
voiddelay（uintn）
{
uinti;
for（;n>0;n--）
for（i=200;i>0;i--）;
}
//判断是否忙
voidcheck（）
{
rs=0;
rw=1;//读e=1；
port=0x00;
e=1;
while（busy）;
e=0;
}
//写指令
voidsendcommand（ucharcommand）
{
check（）;
rs=0;//指令
rw=0;//写e=0；
port=command;
e=1;
e=0;//写入指令
}
//写数据
voidwritedata（uchardat）
{
check（）;
rs=1;//数据
rw=0;
port=dat;
e=1;
e=0;
}
//选屏幕0--全屏，1--左屏，2--右屏；
voidselect（uintn）
{
switch（n）
{
case0:
cs1=0;cs2=0;break;//低电平选中
case1:
cs1=0;cs2=1;break;//cs1左屏
case2:
cs1=1;cs2=0;break;//cs2右屏
}
}
//页
voidsetpage（ucharpage）
{
page=page&0x07;
page=page|0xb8;
sendcommand（page）;
}
//列
voidsetcolumn（ucharcolumn）
{
column=column&0x3f;
column=column|0x40;
sendcommand（column）;
}
//起始行
voidsetline（ucharline）
{
line=line&0x3f;
line=line|0xc0;
sendcommand（line）;
}
//屏幕开关显示0--关，1--开；
voidseton（uintn）
{
n=n|0x3e;
sendcommand（n）;
}
//清屏0--全屏，1--左屏，2--右屏；
voidclear（uintn）
{
uchari,j;
select（n）;
for（i=0;i<8;i++）
{
setpage（i）;
setcolumn（0）;
for（j=0;j<64;j++）
writedata（0）;//置0清空
}
}
//初始化
voidinit（）
{
check（）;
seton
（1）;
clear（0）;
setline（0）;
}
//显示汉字16*16显示
voidshow16（ucharpage,ucharcolumn,ucharscreen,ucharmethod,uchar*str）
{
uchari,j;
select（screen）;
j=0;
setpage（page）;
setcolumn（column）;
for（i=0;i<16;i++）
{if（method==1）writedata（~str[j++]）;//method为显示方式。
当等于1时，反白。
elsewritedata（str[j++]）;
}
setpage（page+1）;
setcolumn（column）;
for（i=0;i<16;i++）
{if（method==1）writedata（~str[j++]）;
elsewritedata（str[j++]）;
}
}
//显示数字8*8显示
voidshow8（ucharpage,ucharcolumn,ucharscreen,ucharmethod,uchar*str）
{
uchari,j;
select（screen）;j=0;
setpage（page）;
setcolumn（column）;
for（i=0;i<8;i++）
{if（method==1）writedata（~str[j++]）;
elsewritedata（str[j++]）;
}
setpage（page+1）;setcolumn（column）;
for（i=0;i<8;i++）
{if（method==1）writedata（~str[j++]）;
elsewritedata（str[j++]）;
}
}
//显示时间
voidshowtime（）
{
show16（2,24,2,0,time[0]）;
show16（4,24,2,0,time[1]）;
show16（6,24,2,0,time[2]）;
show8（2,40,2,0,sign[5]）;
show8（4,40,2,0,sign[5]）;
show8（6,40,2,0,sign[5]）;
show8（2,48,2,0,num[h/10]）;
show8（4,48,2,0,num[m/10]）;
show8（6,48,2,0,num[s/10]）;
show8（2,56,2,0,num[h%10]）;
show8（4,56,2,0,num[m%10]）;
show8（6,56,2,0,num[s%10]）;
}
//中断服务程序
timer0（）interrupt1using1
{
j++;
TH0=15536/256;
TL0=15536%256;
if（j==20）{
j=0;
if（++s==60）{
s=0;if（++m==60）{
m=0;if（++h==24）h=0;
}
}
}
}
//显示个人信息
voidwelcome（）
{
show16（0,0,1,0,hz[0]）;
show16（0,16,1,0,hz[1]）;
show16（0,32,1,0,hz[2]）;
show16（0,48,1,0,hz[3]）;
show16（0,8,2,0,hz[4]）;
show1
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