单片机课程方案设计书简易数字温度报警系统.docx

1、单片机课程方案设计书简易数字温度报警系统姓名：班级：学号：指导老师：完成时间：单片机课程设计任务书 班级： 姓名： 指导老师： 设计题目：简易数字温度报警系统 设计任务做一个基于单片机的简易数字温度报警系统。1. 测量温度范围：-55C125C。2. 数字显示位数为4位，显示精度为0. 1C。3. 响应时间5s。4. 上限下限值设置。5. 声光报警。设计要求1. 调研、查找并收集资料。2. 总体设计，画出框图。3. 单元电路设计:。4. 绘制电器原理图。5. 列写元器件明细表。6. 撰写设计说明书（字数约2500字左右）。7. 参考资料目录参考资料康华光主编 电子技术基础 高等教育出版社 阎石

2、主编 数字电子技术基础 高等教育出版社陈坤等编著 电子设计技术 电子科技大学出版社王炳勋主编 电工实习教程 机械工业出版社教研室主任签字： 年 月 日1.引言.32.总体设计方案.32.1数字温度计设计方案论证.32.2方案二的总体设计框图.32.3各个电路模块电路图.82.4 系统整体硬件电路.112.5 数字温度计简要使用说明133系统软件算法分析.143.1主程序.144总结与体会.155附录.15附录1 程序代码15简易数字温度报警系统摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本

3、温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度。关键词：单片机，数字控制，温度计， DS18B20，ATMEGA161 引言在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调式复杂，制作成本高。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展

4、。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用ATMEL公司生产的ATMEGA16L单片机芯片1，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。2 总体设计方案2.1数字温度计设计方案论证2.1.1方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D

5、转换电路，感温电路比较麻烦。2.1.2 方案二 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。与方案一相比，方案二 ：电路简单： DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，而热敏电阻103不能，必须要有辅助电路的处理，才能达到目的，测温精度高：对温度的测量精确值达0.5度.比热敏电阻103要精确.稳定性好:由于方案二电路结构简单,与方案一相比,少了很多附带电路,所以系统的稳定性就要高些.1能用数

6、码管显示环境温度2设定一固定温度，当环境温度达到固定温度时，启动报警。综上所述，我们选择方案二。2.2方案二的总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图一所示，控制器采用ATMEGA16L单片机，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。图一总体设计方框图2.2.1 主控制器Atmega16性能指标1） 高性能、低功耗的 8 位AVR 微处理器2） 先进的RISC 结构 131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32个8 位通用工作寄存器 全静态工作 工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器3） 非易失性程序和数据存

7、储器 16K 字节的系统内可编程Flash擦写寿命: 10,000 次 具有独立锁定位的可选Boot 代码区通过片上Boot 程序实现系统内编程真正的同时读写操作 512 字节的EEPROM擦写寿命: 100,000 次 1K字节的片内SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密4） JTAG 接口( 与IEEE 1149.1 标准兼容) 符合JTAG 标准的边界扫描功能 支持扩展的片内调试功能 通过JTAG 接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程5） 外设特点 两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时

8、器/ 计数器 具有独立振荡器的实时计数器RTC 四通道PWM 8路10 位ADC8 个单端通道TQFP 封装的7 个差分通道2 个具有可编程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道 面向字节的两线接口 两个可编程的串行USART 可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比较器6） 特殊的处理器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的RC 振荡器 片内/ 片外中断源 6种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的Standby 模式7） I/O 和封装 32 个可编程的I/O

9、口 40引脚PDIP 封装, 44 引脚TQFP 封装, 与44 引脚MLF 封装8） 工作电压: ATmega16L：2.7 - 5.5V ATmega16：4.5 - 5.5V9） 速度等级 0 - 8 MHz ATmega16L 0 - 16 MHz ATmega1610） ATmega16L 在1 MHz, 3V, 25C 时的功耗 正常模式: 1.1 mA 空闲模式: 0.35 mA 掉电模式: 1 AAtmega16引脚配置 图二Atmega16引脚配置2.2.2 数码管显示电路采用4位共阳LED数码管。2.2.3温度传感器 图三 18B20引脚图 图四 应用电路DS18B20温度

10、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3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；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； 表一DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减

11、法计数器；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到时，停止温度寄

12、存器的累表2一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1

13、100 1001 0000FC90H2.3 各个电路模块电路图 2.3.1 DS18B20与单片机的接口电路图五 DS18B20与单片机的接口电路（注：DQ接口是单片机的PA0）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

14、线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。2.3.2 声光报警电路 图六 蜂鸣器驱动电路 图七 发光二极管驱动电路 蜂鸣器是由三极管驱动的，由于单片机的驱动负载能力比较差，R9是限流电阻，蜂鸣器和单片机的PC6连接，4个发光二极管分别接单片机的PA1PA5 D1是设置上限值时指示灯，D2是每按一次按键的加0.1，D3加1，D4加10，D5是设置下限值时指示灯。当超出设定值D1和D2会同时报警。2.3.3 LED显示电路 图八 数码管显示电路 此数码管驱动是由8550PNP三极管来驱动的，用到四路共阳数码管，其位选端分别接PC4PC7段选端分别接单片机的PB0PB7，数码管显示是由单片机不停的对

15、其动态扫描来实现的，注意数码管的电流不要过大。2.3.4 单片机系统电源设计 图九 电源电路根据单片机ATmega16 及其接口电路电源的要求，需要5V的稳定电源。P1脚只要接大于6V的直流电压就可以，再用三端稳压器、7805稳压并用小容量电容虑除高频纹波后得到系统所需电源。2.3.5 按键电路设计 图十 按键电路此键盘电路一端与地相连，另一端和单片机相连，单片机不停的检测各个键盘是否被拉低即被按下。S1S4接单片机的PD4PD7.最好在每个按键和单片机连接的端口加上拉电阻，增强稳定性。2.3.6单片机ATmega16最小系统电路 图十一 单片机ATmega16最小系统电路单片机是用到Atme

16、ga16，晶振是8MHZ 电源5V，有按键复位2.4 系统整体硬件电路2.4.1 主板电路系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，如图1 所示。图十二中有4个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，发出声光报警，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。 图十二 中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。表三 元件清单（Alitium Designer Summer 8.0直接生成） 图十二 系统整体原理图2.5

17、 数字温度计简要使用说明 首先接通电源，就会看到数码管显示此时的温度，若要设定上限下限值，按S1键进行设置，每按一次S2键数值就会增加，增加的幅度要看D2 D3 D4发光管哪一个亮 D2代表0.1；D3代表1；D4代表10；幅度切换键是S4，同理S3是减少键。设置完成后 按S1键就可以运行了。3系统软件算法分析系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。3.1主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图十四所示图十四 主程序

18、流程图 图8读温度流程图 4总结与体会 通过这次课程设计，我更加深入的了解了单片机。虽然自己设计的电路是正确的但做出来的板子就不一定很顺利，本来我用单片机的PA6口来控制蜂鸣器的，当给低电平时三极管就会饱和导通进而驱动蜂鸣器，但是当我把它拉高是时还是会有轻微的声音，我仔细查了芯片手册才知道PA口的驱动能力差 于是我换了就好了，呵呵真的在实践中能学到好多东西的。经过这两周的课程设计明白不能眼高手低。5附录1程序代码/* 主控芯片：ATmega16*晶振 8MHZ*DS18B20数据端口 DQ 接 单片机PC6*数码管的位接单片机PC47*数码管的段接单片机PB07；*蜂鸣器 接单片机的PC3；*

19、按键S1S4 接单片机PD47；*s1 上限 下限设置*S2 数值递减*S3 数值递增*S4 数值切换编写人：张庆钢时间 ：2008 12.30*/#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DS18b20POR PORTA#define DS18b20PIN PINA#define DS18b20DDR DDRA#define DQ 0uchar shu10=0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90。/09 double t

20、emp, T_min=0,q=0,T_max=200,num=25,xiao=0,m=0。 uchar flag=0, i,l=0,n=0。 /显示延时/ void dalay(uchar k)/延时 uchar i,j。 for(i=0。i0。j-)。/端口出示化/void port_init(void)/初始化 DDRA=0xff。 PORTA=0xff。 DDRB=0xff。 PORTB=0xff。 DDRC=0xff。 PORTC=0xff。/显示函数/ void display(double tem)/显示函数 uint data_int 。 double data_put,data

21、_get。 uchar i_data,j_data,k_data,l_data。 data_get=tem。 data_put=data_get。 if(data_put1000) data_put*=10。 if(data_put1000) data_put*=10。 if(data_put1000) data_put*=10。 else data_put=data_get。 data_int=data_put。 PORTC|=BIT(7)。 i_data=data_int/1000。/千位及小数点 PORTC&=BIT(4)。 PORTB=shui_data。 if(data_get10)

22、 PORTB&=BIT(7)。 else PORTB|=BIT(7)。 dalay(20)。 PORTC|=BIT(4)。 j_data=data_int%1000/100。 PORTC&=BIT(5)。 PORTB=shuj_data。/百位及小数点 if(10=data_get&data_get100) PORTB&=BIT(7)。 else PORTB|=BIT(7)。 dalay(20)。 PORTC|=BIT(5)。 k_data=data_int%1000%100/10。 PORTC&=BIT(6)。 PORTB=shuk_data。/十位及小数点 if(100=data_get&

23、data_get1000) PORTB&=BIT(7)。 else PORTB|=BIT(7)。 dalay(20)。 PORTC|=BIT(6)。 l_data=data_int%10。 PORTC&=BIT(7)。 PORTB=shul_data。/个位及小数点 if(1000=data_get&data_get9999) data_get=0。 /void delay1(uint ms)/精确延时1ms uint i,j。 for(i=0。ims。i+) for(j=0。j1141。j+)。 /判断是否有键按下/uchar key_press()/判断是否有键按下 uchar j。 DD

24、RD|=0XF0。 PORTD|=0XF0。 DDRD&=0XF0。 j=PIND。 j=j&0XF0。/11110000 if(j=0XF0) return 0。 else return 1。 /判断哪个键被按下的函数/uchar key_scan()/判断哪个键被按下的函数 uchar key。 delay1(1)。/消抖 if(key_press() key=PIND。 key&=0XF0。 switch(key) case 0XE0: key=1。 break。 case 0XD0: key=2。 break。 case 0XB0: key=3。 break。 case 0X70: k

25、ey=4。 break。 default: DDRB=0xff。 while(key_press()。/等待按键松开 else DDRB=0xff。 return key。/DS18B201us延时函数void delay_(uint ms) uint i,j。 for(i=0。ims。i+) for(j=0。j7。j+)。 /DS18B20初始化函数/ void Init_DS18B20(void)unsigned char x=0。DS18b20DDR|=BIT(DQ)。 /设置为输出 DS18b20POR|=BIT(DQ)。 /置高 复位delay_(8)。 /稍做延时DS18b20POR&=BIT(DQ)。 /单片机将DQ拉低delay_(80)。 /精确延时 大于 480usDS18b20POR|=BIT(DQ)。 /拉高总线delay_(14)。 DS18b20DDR&=BIT(DQ)。 /设置为输入x=DS18b20PIN&(BIT(DQ) 。 /稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败delay_(20)。 /DS18B20读一个字节/ReadOneChar(void)unsigned char i=0。unsigned char dat = 0,temp。for