单片机课程设计报告.docx

1、单片机课程设计报告课 程 设 计课程名称 单片机原理与接口技术课程设计题目名称 温度采集显示系统学生学院 工程学院专业班级级电子科学与技术班学 号 姓 名 指导教师 何榕礼2011年12月24日目录一、设计任务与要求1二、原理电路设计11、方案比较 12、整体电路设计 13、单元电路设计 24、电路工作原理 45、元件选择及元件清单 5三、程序设计（C语言）51、延时函数 52、关于DS18B20的函数63、关于1602LCD的函数84、键盘扫描函数 95、报警函数 116、主函数 11四、电路和程序调试过程与结果12五、总结14附录1 系统电路原理图15附录2 系统PCB电路图 16附录3

2、电路板展示16温度采集显示系统一、设计任务与要求1、温度测量范围 0 - 99。2、温度分辨率1。3、选择合适的温度传感器。4、使用键盘输入温度的最高点和最低点，温度超出范围时候报警（报警温度不需要保存）。二、原理电路设计1、方案比较（1）单片机的选择 采用STC89C52贴片芯片，其性能对于温度采集显示电路已经可以满足需求，国内外有关以51内核扩展出的单片机已被广泛用于工业测控系统，今后一段时间内仍将占有大量市场，而且现在有关51单片机的资料很多、很容易得到，故本课程设计选择STC89C52作为主要芯片以学习并掌握其基本应用，对以后接触单片机及相关开发电路有很大帮助。 相比于stm8系列单片

3、机，由于目前有关次系列单片机的资料很有限，而且内核外围结构比51系列复杂，较难学习上手，所以不妨先掌握51系列单片机，然后融汇贯通，将stm8系列作为后面的学习对象。（2）温度传感器的选择 DS18B20单总线数字式温度传感器灵敏度高，精度可配置，而且有防水型，可以测量液体温度，其探头较长，也便于测量某些狭窄地方的温度，相比热敏电阻有很大优势，故本设计采用防水型不锈钢封装DS18B20探头式温度传感器。（3）显示器的选择 因为LED数码管只能显示数字和部分英文字母，可读性差，使用LCD显示可方便观察，清晰明了，能把报警上下限温度和当前温度同时显示出来，免去使用多片LED数码管，硬件开销、面积占

4、用大的烦恼。所以本设计采用1602LCD作为显示器。2、整体电路设计 单片机最小系统为STC89C52芯片、复位电路和时钟电路，时钟电路使用11.0592MHz的晶振。通过DS18B20测量到的温度输入单片机IO口，在LCD上显示出实时温度，同时显示出报警上下限温度，而报警上下限温度可通过按键输入电路修改。整体系统框图如图2.2.1所示。图2.23、单元电路设计 因为本设计需要制作PCB印刷电路板，所以会涉及到Altium Designer09软件的使用，以便从单元电路设计到完成PCB布线布局，然后用热转印法将PCB电路图转印到覆铜板，再腐蚀多余覆铜，焊接好电路即完成作品。（1）单片机最小系统

5、电路 本设计核心MCU型号为STC89C52RC的LQFP-44封装贴片芯片，由该芯片组成的最小系统电路还包括复位电路和外部晶振时钟电路，复位电路为手动按键控制阻容复位，晶振电路采用电容三点式（如图2.3.1和2.3.2）。单片机可以串口下载，也可以借用实验板上的下载模块来下载程序。 图2.3.1 复位电路 图2.3.2 时钟电路（2）DS18B20温度采集电路 DS18B20为美国达拉斯（Dallas）公司的单线数字温度传感器，与传统的热敏电阻不同，DS18B20可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理。本设计只用一个单线器件，如同时并接多个DS18B20可实现多点测温，R3为单线

6、DQ的上拉电阻（如图2.3.3）。 DS18B20有两种供电方式：寄生电源和外部电源，当使用寄生电源时VDD引脚必须接地，本设计将VDD引脚节外部电源（35.5V）。因为，为使DS18B20能完成准确的温度转换，当温度变换发生时，DQ线上必须提供足够的功率，而DS18B20的工作电流高达1.5mA，10k的上拉电阻将使得DQ线没有足够的驱动能力。图2.3.3 DS18B20温度采集电路（3）LCD显示电路 本设计采用1602型液晶作显示器，电路如图2.3.4所示。 引脚接口说明：液晶8位数据口接单片机上的P0口。液晶接口1，2端为电源，15，16为背光电源，为防止直接加5V电压烧坏背光灯，在1

7、5脚串接一个10电阻用于限流。液晶3端为液晶对比度调节端，通过一个10k电位器接地来调节液晶显示对比度。液晶4端为液晶控制器写数据/写命令选择端，接单片机IO口。5端为读/写选择端，因为不需要从液晶读取任何数据，只向其写入命令和显示数据，所以此端始终选择为写状态，即低电平接地。液晶6端为使能信号，是操作时必需的信号，接单片机IO口。图2.3.4 LCD显示电路（4）LED报警电路 但温度超出报警温度范围时，LED发光二极管会不停地闪灭循环。LED只需阳极串接一个1k的限流电阻至电源，阴极直接与单片机IO口相连，如图2.3.5。图2.3.5 LED报警电路（5）按键输入电路 为调节报警温度上限温

8、度和下限温度，采用4个独立键盘，其中两个调节上限温度的增加和减少，没按一下增加或减少上限温度1摄氏度，另外两个调节下限温度的增加和减少。 如图2.3.6，S1S4为4个独立键盘，一端分别与单片机4个IO口相连，另一端共同接地。图2.3.6 键盘输入电路4、电路工作原理 整体电路原理图见附录1。 DS18B20温度传感器完成温度转换后将温度数据通过单线DQ传送给单片机，单片机将数据处理并在1602LCD上显示出来，同时系统初始化设置报警的上下限温度也在LCD上显示。如果测量温度超出报警温度范围，则LED发光二极管闪烁报警。通过4个按键s1s4可调节报警的上下限温度，按复位键s0可使系统复位，报警

9、温度恢复为初始化设置值。DS18B20可配置912位测量温度值分辨率，分别对应的温度分辨率为0.5、0.25、0.125、0.0625，降低温度值分辨率可以减少DS18B20转换温度所需的时间。5、元件选择及元件清单序号元件型号名称备注数量1STC89C52RCLQFP-44封装，串口编程下载12DS18B20温度传感器不锈钢封装，防水型探头131602型LCD14LED发光二极管红色，0805封装15贴片按键开关56晶振晶振频率为11.0592MHz，这决定单片机的指令运行时间1710K精密可调电位器用于调节LCD屏幕分辨率18贴片电阻0805封装若干9贴片电容其中除了复位电容外，其他均用0

10、805封装，复位电容为钽电容1206封装若干 因为制作PCB印刷电路板，所以另外还需要覆铜板、PCB热转印纸小电钻等工具。三、程序设计（C语言） 为后面的程序更简明，在程序头先作下面两句宏定义，以便在定义无符号字符型和无符号整型数据是只需用“uchar”和“uint”即可。#define uchar unsigned char#define uint unsigned int1、延时函数 单片机晶振频率为11.0592MHz，延时函数在此工作频率下调试确定。 void delayMs(uint a)/毫秒延时函数，形参a决定延时时长约为a毫秒 uint i, j; for(i = a; i 0

11、; i-) for(j = 112; j 0; j-);void delayUs() /延时微妙数量级的函数 _nop_();2、关于DS18B20的函数sbit ds = P24;/DS18B20的数据输出脚DQ定义为P2.4脚void dsInit()/产生复位脉冲初始化 unsigned int i; ds = 0; i = 100;/拉低约900us while(i0) i-; ds = 1; i = 4;/产生上升沿 while(i0) i-; void dsWait()/等待应答脉冲函数 unsigned int i; while(ds); /等待应答脉冲，应答脉冲到达后跳出 wh

12、ile(ds);/表示位取反，应答脉冲结束后跳出 i = 4; while(i 0) i-;unsigned char readByte()/读取数据的一个字节 unsigned int i; unsigned char j, dat; dat = 0; for(i=0; i8; i+) j = readBit(); dat = (j 1); return dat;void writeByte(unsigned char dat)/写数据的一个字节 unsigned int i; unsigned char j; bit b; for(j = 0; j = 1; if(b) ds = 0; i

13、+; i+; ds = 1; i = 8; while(i0) i-; else ds = 0; i = 8; while(i0) i-; ds = 1; i+; i+; void sendChangeCmd()/启动温度转换函数 dsInit(); /产生复位脉冲，初始化DS18B20 dsWait(); /等待DS18B20给出应答脉冲 delayMs(1); /延时 writeByte(0xcc);/skip rom命令，即无须提供ROM序列号即可运行内存操作命令 writeByte(0x44);/convert T命令，即开始温度转换操作 delayMs(1000); /温度转换时间需

14、要750ms以上void sendReadCmd()/读暂存器RAM函数 dsInit(); /产生复位脉冲，初始化DS18B20 dsWait(); /等待DS18B20给出应答脉冲 delayMs(1); /延时 writeByte(0xcc); /skip rom命令，即无须提供ROM序列号即可运行内存操作命令 writeByte(0xbe); /read scratchpad命令，之后将读取暂存器RAM内容，从字节0一直读取到字节8int getTmpValue()/从暂存器中获取温度值，转化为10进制数并返回10进制数的温度值 unsigned int tmpvalue; float

15、 t; int value; unsigned char low, high; sendReadCmd(); /读取暂存器RAM内容，从字节0一直读取到字节8 low = readByte(); /读取温度值低8位，即暂存器的字节0 high = readByte();/读取温度值高8位，即暂存器的字节1 tmpvalue = high; tmpvalue 0 ? 50 : -50); /*大于0加50, 小于0减50，即为使VALUE值的十位四舍五入，如11556.55度四舍五入后为11607.05度*/ return value;/返回温度值的100倍，十进制，带小数，如11607.05度

16、void display(int v) /测量温度值显示函数 unsigned char count; unsigned char datas = 0, 0, 0; unsigned int tmp = abs(v); datas0 = tmp / 10000; datas1 = tmp % 10000 / 1000; datas2 = tmp % 1000 / 100; /writeComm(0xc0+5); /*if(v 0) writeData(0x2d);/显示-号 else writeData(0x2b);/显示+号 */ if(datas0 != 0) writeData(0+da

17、tas0); if(datas1 != 0) writeData(0+datas1); /for(count = 1; count 3; count+)/原为count!=5 writeData(0+datas2); writeData(0xdf);/显示度C writeData(0x43); writeData(0x20);/显示空格3、关于1602LCD的函数sbit RS = P10; /LCD引脚4端为液晶控制器写数据/写命令选择端，接P1.0脚sbit LCDEN = P13;/ LCD引脚6端为使能信号，接P1.3口void writeComm(uchar comm)/定义写指令函

18、数，参数comm为要写的指令 RS = 0; /RS清0为命令选择 P0 = comm; /送指令码 LCDEN = 1; /使能信号置1 delayUs(); /地址建立时间TSP1最小30ns LCDEN = 0; /使能信号回复为低电平 delayMs(1);/写数据:RS=1, RW=0;void writeData(uchar dat)/定义写数据函数，参数dat定义为字符型即为需要写的字符 RS = 1; /RS置1为数据选择 P0 = dat; /送要写字符数据 LCDEN = 1; /使能信号E置1 delayUs(); /地址建立时间TSP1最小30ns LCDEN = 0;

19、 /使能信号回复为低电平 delayMs(1); void init()/LCD初始化函数 writeComm(0x38); /显示模式 writeComm(0x0c); /0c: b2位置1开显示；b1位置0指不显示光标；b0位的0指光标不显示 writeComm(0x06); /06: b1位的1指写完一个字符后光标加1；b0位的0指整屏不移 writeComm(0x01); /清屏void writeString(uchar * str, uchar length)/写字符串 uchar i; for(i = 0; i = 10000)/上限温度最高不超过100摄氏度 th= 10000

20、; delayMs(15); while(!s1);/等待按键松开 if(s2=0) delayMs(15); if(s2=0) th= th-100; if(th= th) tl= th; delayMs(15); while(!s3); if(s4=0) delayMs(15); if(s4=0) tl= tl-100; if(tl th)|(tmp tl) d1 = 0; delayMs(20); /LED亮20ms d1 = 1; /LED灭的时间即是后面温度转换所需的约1s时间，故已足够，不用再加延时6、主函数void main() P3=0xff; /按键所连IO口初始为高电平 s

21、endChangeCmd(); /启动温度转换 init(); /初始化1602LCD writeComm(0x80); /指针置于第1行第1个字符处 writeString(table, 12); /写“Temperature:” writeComm(0xc0); /指针置于第2行第1个字符处 writeString(table_th, 3); /写“TH:” writeComm(0xc0+8); /指针置于第2行第9个字符处 writeString(table_tl, 3); /写“TL:” while(1) /循环，不断进行温度转换、刷新显示、键盘扫描 keys(); /键盘扫描 wri

22、teComm(0x80+12); /指针置于第1行第13个字符处 display(getTmpValue(); /显示测量温度值 writeComm(0xc0+3); /指针置于第2行第4个字符处 display(th); /显示报警上限温度 writeComm(0xc0+11); /指针置于第2行第12个字符处 display(tl); /显示报警下限温度 alarm(getTmpValue(); /报警判断 sendChangeCmd(); /重新温度转换 四、电路和程序调试过程与结果 在调试延时子函数时，通过设置断点，观察运行延时函数指令下来所经历的时间，例如对毫秒延时函数，要求运行该函

23、数指令所经历的时间为1ms。观察在运行该函数指令前的时间（如图4.1），执行“单步运行”命令以运行该指令后，再次观察时间（如图4.2），如果大约经历了1ms则符合要求，否则继续修改函数直至符合要求。图4.1未运行指令前图4.2 运行指令后 在Altium Designer09上，设计好电路原理图后转为PCB电路图（见附录2），经过热转印至覆铜板上，并腐蚀和焊接好电路。第一次下载程序到单片机后上电调试，LCD没有显示任何字符，这说明LCD屏幕分辨率未调好。调节电位器使LCD第一行显示出一排清晰黑色小方格，即调好屏幕分辨率，但再此下载程序仍无显示。 经过用万用表对LCD连接单片机的数据传输引脚注意

24、排查，发现LCD使能端引脚6所接单片机的P4.2脚不能正常工作。对比DIP40封装的STC89C52芯片，LQFP-44封装比DIP40封装的多出P4口，但在编程时的头文件reg52.H中并没有P4口的定义，故需在程序中加上对P4口地址的定义sfr P4 = 0xE8，这是根据STC89C52的特殊功能寄存器映像（如图4.3）来定义的。图4.3 后来考虑到P4口驱动能力等问题，最后经调整将LCD使能端引脚6连接至P1.3脚。经修改后再次上电调试，成功显示出测温结果，报警、复位、按键功能正常，如图4.4所示。图4.4五、总结1、作品的优点和不足优点：（1）本设计采用PCB印刷电路板，所占面积小。（2）温度传感器为不锈钢防水型，可测量液体温度。（3）相比数码管，采用LCD液晶显示，使显示结果容易观察，简洁明了。不足：（1）电路板面积还可以做得更小，应充分考虑PCB布线布局。（2）按键电路程序为键盘扫描，没有使用单片机中断功能，所以需要按下键1s左右才有效。（3）PCB布局存在缺陷，使可调电位器与LCD的位置相距太近，相互阻碍，需要把可调电位器倾斜放置。（4）DS18B20温度传感器的温度值分辨率没有重新配置，由于设计要求测温温度