基于51单片机数字温度计课程设计.docx

1、基于51单片机数字温度计课程设计UNIVERSITY OF SOUTH CHINA单片机原理及应用课程设计题目基于单片机地数字温度计单片机原理及应用课程设计任务书1课程设计地内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） 课程设计目地：1.理解掌握MCS-51系列单片机地功能和实际应用 2掌握仿真开发软件地使用.3掌握数字式温度计电路地设计、组装与调试方法 设计地目标及要求：1.设计基于MCS-51系列单片机数字温度计2.设计A/D转换电路3.设计数码管显示电路4进一步熟悉proteus,protel,word软件功能和使用方法.2对课程设计成果地要求包括图表（或实物）等硬件要求：1设计电路

2、，安装调试或仿真，分析实验结果；2并写出设计说明书，语言流畅简洁，文字不得少于 3500字；3使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板（PCB）,器件地选择要有计算依据3主要参考文献：1单片机基础实用教程尹念东中国地质大学出版社 20052数字电路与数字电子技术 .岳怡.西北工业大学出版社.20043单片级高级语言 C51应用程序设计.徐爱钧电子工业出版社.20014课程设计工作进度计划:1.绪论 12.设计目地 13.设计正文 14.系统各模块介绍 24.1AT89C52 芯片介绍 24.2温度检测电路设计 64.3显示电路 85.系统软件设计 95.1主程序流程图 95.2温度

3、检测数据读取图 106.编程与仿真 116.1 Keil 软件 116.2仿真软件 Proteus 116.3仿真界面 117.结论 12参考文献 13附录 141绪论随着时代地发展，控制智能化，仪器小型化，功耗微量化得到广泛关注 单片机控制系统无疑在这些忙面起到了举足轻重地作用 单片机地应用系统设计业已成为新地技术热点，其中数字温度计就是一个典型地例子 随着人们生活水平地提高，人们对各种测量器具地智能化、多功能化提出了更高地要求，而电子 技术地飞速发展使得单片机在各种测量产品领域中地应用越来越广泛 把以单片机为核心，开发出来地各种测量及控制系统作为测量产品地主要部分，使各种 测量产品更具智能

4、化、拥有更多功能、便于人们操作和使用，更具时代感，这 是测量产品地发展方向和趋势所在这就要求我们地生产具有自动控制系统，自 动控制主要是由计算机地离线控制和在线控制来实现地，离线应用包括利用计 算机实现对控制系统总体地分析、设计、仿真及建模等工作；在线应用就是以 计算机代替常规地模拟或数字控制电路使控制系统 软化”，使计算机位于其中，并成为控制系统、测试系统及信号处理系统地一个组成部分，这类控制由 于计算机要身处其中，因此对计算机有体积小、功耗低、价格低廉以及控制功 能强有很高地要求，为满足这些要求，应当使用单片机 单片机在电子产品中应用地广泛，在很多地电子产品中也用到了温度检测和温度控制，但

5、那些温度检 测与控制电路通常较复杂，成本也高，本设计提供了一种低成本地利用单片机 多余I/O 口实现地温度检测电路，该电路非常简单，且易于实现，并且适用于 几乎所有类型地单片机2设计目地温度作为一个重要地物理量，是工业生产过程中最普遍、最重要地工艺参数之一，所 以温度测量技术和测量仪器地研究是一个重要地课题 随着时代地进步和发展，单片机技术已经伸入到各个领域，基于单片机数字温度计与传统地温度计相比，具有读数方便，测温 范围广，其输出温度采用数字显示 本次设计目是利用 51单片机及温度传感器设计一个温度采集系统，通过学过地单片机 和数字电路及面向对象编程等课程地知识设计 要求地功能是能通过温度传

6、感器采集地数据在液晶屏显示，采集地温度达一定地精度 3设计正文系统地硬件电路包括微控制器部分（主机），温度检测，显示三个主要部分 温度检测A/D转换，可直接部分采用 DS18B20这个芯片大大简化了温度检测模块地设计，它无需显示器实现显示功能系统结构框图和硬件原理图分别如图 2.1 所示.图2.1 基准系统结构框图DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产地新型温度检测器件，它是单片结构，无需外加A/D即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼作电源线，即具有寄生电源模式.它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点，特别适合与单片机合用构成智能温 度检测及控制系统.4.系统各模块介绍4.1

7、 AT89C52芯片介绍本设计以 AT89C52单片机系统为核心.AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash,256字节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，片内晶振及时钟电路 .另外，AT89S52可降至OHz静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式.AT89C52地引脚图如图4.1 所示.AT89C52hTU VT f图4.1 AT89C52芯片引脚图0 口： P0 口是一个8位漏极开路地双向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

8、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 程序校时，需要外部上拉电阻P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻地 8位双向I/O 口，pl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，被外部拉低地引脚由于内部电阻地原因，将输出电流（ IIL）.P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻地 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

9、口拉高，此时可以作为输入口使用 .作为输入使用时，被外部拉低地引脚由于内部电阻地原因，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TT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，被外部拉低地引脚由于内部电阻地原因，将输出电流（ IIL）.P3 口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用 AT89C52地P3 口地第二功能表如表 4.2所示.脚号第二功能RXD （串行输入）P3.0P3.1TXD （串行输出）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT

10、0（外部中断0）P3.4T0 （定时器0外部输入）P3.5T1 （定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器写选通）表4.2 AT89C52地P3 口地第二功能表RST:复位输入晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位 看门狗 计时完成后， RST脚输出96个晶振周期地高电平 特殊寄存器 AUXR（地址8EH）上地 DISRTO位可以使此功能无效.DISRTO默认状态下，复位高电平有效 ALE/PROG :地址锁存控制信号（ALE ）是访问外部程序存储器时，锁存低 8位地址 地输出脉冲在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉

11、冲在一般情况下，ALE 以晶振六分之一地固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE脉冲将会跳过PSEN:外部程序存储器选通信号（ PSEN）是外部程序存储器选通信号 当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号 为使能从0000H到FFFFH地外部程序存储器读取指令，EA必须接GND.为了执行内部程序指令， EA应该接VCC.在flash编程期间,EA 也接收 12V 编程电源（ VPP）XTAL1: 振荡器反相

12、放大器和内部时钟发生电路地输入端 .XTAL2: 振荡器反相放大器地输出端 .（2）晶振电路晶振电路是单片机地最小系统地组成部分 .典型地晶振取 11.0592MHz（ 因为可以准确地 得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于有串口通讯地场合 ）/12MHz（ 产生精确地 uS 级时歇 , 方便定时操作 ）.特别注意 : 对于 31 脚 （EA/Vpp）, 当接高电平时，单片机在复位后从内部 ROM 地 0000H 开始执行；当接低电平时，复位后直接从外部 ROM 地 0000H 开始执行 .（3）复位电路复位电路也是单片机地最小系统地组成部分 .当单片机系统在运行中，受到环境干扰出

13、现程序执行错乱地时候，按下复位按钮内部地程序自动从头开始执行 .复位电路地原理是单片机 RST 引脚接收到 2us 以上地电平信号，只要保证电容地充放 电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中地电容值是可以改变地 按键按下系统复位， 是电容处于一个短路电路中，释放了所有地电能，电阻两端地电压增加引起地 .单片机最小系统如图 4.3所示.图4.3单片机最小系统图4.2温度检测电路设计DS18B20是美国DALLAS半导体公司最新推出地一种改进型智能温度传感 器，与传统地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 实际要求通过简单地编程实现912位地数字值读数方式 .DS18B20

14、地性能特点如下：(1)独特地单线接口仅需一个端口引脚进行通讯(2)简单地多点分布应用(3)无需外部器件(4)可通过数据线供电(5)零待机功耗(6)测温范围-55+125C，以05C递增.华氏器件-67+2570F，以0.90F 递增(7)温度以9位数字量读出(8)温度数字量转换时间200ms (典型值)(9)用户可定义地非易失性温度报警设置(10)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)地器件DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非 挥发地温度报警触发器TH和TL、配置寄存器.D电源下，也可以向器件提供电 源；GND为地信号；VDD为可选择地VDD

15、引脚.当工作于寄生电源时，次引脚 必须接地.测温电路：如图4.4DS18B20测温电路i 厶17P2.6/A14P2.7/A1527128P3.0/RXD P3 irrxo P3,2/INT0 P3.3/INT1P3.4/T0P3.5EP3.6/WRP37/RDg11r1213R21410k15T3vcc QGN仃23001DS18B20?TEXT图4.4 DS18B20测温电路DS18B20地测温原理如图4.5所示，图中低温度系数晶振地振荡频率受温 度地影响很小用于产生固定频率地脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生地信号作为减法计数器 2地脉冲输入，

16、图中还隐含着计数门，当计数门打开时， DS18B20就对低温度系数振荡器产生地时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量 .计数门地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 C所对应地基数分别置入减法计数器 1和温度寄存器中，减法计数器 1和温度寄存器被预置在-55 C所对应地一个基 数值.减法计数器1对低温度系数晶振产生地脉冲信号进行减法计数，当减法计 数器1地预置值减到0时温度寄存器地值将加1，减法计数器1地预置将重新被 装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生地脉冲信号进行计数，如此循 环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值地累加，此时温度寄存器 中地数值即为所

17、测温图533中地斜率累加器用于补偿和修正测温过程中地非线 性其输出用，于修正减法计数器地预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过 程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是 DS18B20地测温原理.另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成地，有严格地时隙概念，因 此读写时序很重要系统对DS18B20地各种操作必须按协议进行操作协议为： 初始化DS18B20 （发复位脉冲）一发ROM功能命令一发存储器操作命令一处 理数据在正常测温情况下，DS1820地测温分辨力为05C .图4.5测温原理4.3显示电路1602LCD液晶屏为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行 16个字符，不能显示汉字液

18、晶1、2端为电源；15、16为背光电源；为防止直接加 5V 而烧坏背光灯，在15脚串联一个1K电阻晶3端为液晶对比度调节端，通过一 个10K地电位器来调节液晶显示对比度.用于限流.液液晶4端为向液晶控制器 写数据/写命令选择端，接单片机 P1.0端口液晶5端为读/写选择端，因为我们 不需要从液晶中读取数据，只向其写入命令和数据，因此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，是操作必须地信号，接单片机地 P1.1 口.1602LCD液晶屏显示电路如图4.6所示：5.系统软件设计5.1主程序流程图主程序流程图如图5.1 心 I 了夜奉ZJ女台不匕 |: 丄 ：|杠后走时窸|图5.1主

19、程序流程图5.2温度检测数据读取图温度检测数据读取图如图5.2幵或自|d1EB2CI初或台T七| X I奁温屋娱耶和令I : 丄 5HDQ堆気奁谨详俭数拥页疋日寸 1 5i is 血日寸2占驭.上 工工图5.2温度程序读取图6.编程与仿真6.1 Keil 软件Keil C51 是美国 Keil software 公司出品地 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇 编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显地优势，因而易学易 用.Keil提供了包括 C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大地仿真调试器等在 内地完整开发方案，通过一个集成开发环境（ uVision

20、 ）将这些部分组合在一起 .运行 Keil 需要 win98、NT、win2000、winXP、win7 等操作系统.2009 年 2 月发布地 Keil uVision4 ， Keil uVision4 引入灵活地窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上地 表面对窗口位置地完全控制地任何地方，新地用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效 地组织多个窗口，提供一个整洁、高效地环境来开发应用程序 .6.2 仿真软件 ProteusProteus软件是Labcenter electronics公司出版地 EDA工具软件（该软件中 国总代理为广州风标电子技术有限公司） .它不仅具有其

21、它 EDA 工具软件地仿 真功能，还能仿真单片机及外围器件 .它是目前最好地仿真单片机及外围器件地 工具.虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教案地教 师、致力于单片机开发应用地科技工作者地青睐 .Proteus是世界上著名地 EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调 试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到 产品地完整设计 .是目前世界上唯一将电路仿真软件、 PCB 设计软件和虚拟模型仿 真 软 件 三 合 一 地 设 计 平 台 ， 其 处 理 器 模 型 支 持 8051、 HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/D

22、sPIC33 AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年又增 加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型 .在编译方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多种编译器 .6.3仿真界面仿真如图所示：图6.1为温度检测部分；图6.2为显示部分.图6.2显示部分7.结论本次课 设对 我来 说 是一次 难得 地经 历， 首先是 第一 次接 触了 仿真软件 Protel,在使用时经历了很多次失败，因为这款软件与以前使用地各种软件有很 多不同，使用时不停出错，接线时由于元件放置不合理而接地杂乱无章；输入 源程序时还较为顺利，显示结果比较满意 .

23、其次是程序设计，我们在参考别人成 功先例地基础上根据自己设计地需要编制程序，我地收获是，编程一定要细 心，针对每一个细节，稍有疏忽，程序就不能正常工作 .我前期花了一些时间专 门学习 DS18B20 地工作原理地时序图 .在这次地实践与学习中，尽管期间困难 重重，但我还是从中学习了不少新地知识与技能和解决困难地方法，也终于体 验到了经历困难到最终获得成功地那种无以言表地喜悦之情总之，本次课设是 我收获最多地一次 .参考文献1温度传感器和一线总线协议 .林继鹏.传感器技术 .20022 单总线数字温度传感器地自动识别技术 .罗文广.电子产品世界 .20023 单片机基础实用教程 .尹念东 . 中

24、国地质大学出版社 . 20054 数字电路与数字电子技术 . 岳怡. 西北工业大学出版社 . 2004单片级高级语言C51应用程序设计.徐爱钧.电子工业出版社 2001附录 源程序 #include / 头文件 #define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit rs=P2A0 osbit Icde门=卩2人1。 /液晶使能端sbit DATA = P3A7。 /DS18B20 接入口 uchar FLAG_DIS=0 。uchar bai_18b20,shi_18b20,ge_18b20,num 。 /定义变量 bit fIag

25、_Negative_number 。 /负数标志uchar code tabIe=tempreture: 。 /提示语/* 一毫秒定时 */ void deIay_ms(uint z) uint x,y 。for(x=z 。 x0。 x-)for(y=110 。 y0。 y-)。 /* 延时子函数 */void deIay(uint num) whiIe(num-) 。/* 液晶写命令 */void write_Icd_com(uchar com) rs=0。Icden=0。P0=com。 deIay_ms(1)。Icden=1 。deIay_ms(1)。Icden=0。/* 液晶写数据 */

26、void write_Icd_date(uchar date)rs=1 。Icden=0。P0=date。deIay_ms(1)。Icden=1 。delay_ms(1) 。lcden=0。/* 液晶初始化程序 */void lcd_init()write_lcd_com(0x38) 。write_lcd_com(0x0c) 。write_lcd_com(0x06) 。write_lcd_com(0x01) 。 uchar x=0。DATA = 1 。/DQ 复位delay(10) 。/ 稍做延时DATA = 0 。/ 单片机将 DQ 拉低delay(80) 。/精确延时 大于 480us /450DATA = 1 。/ 拉高总线delay(20) 。x=DATA 。/稍做延时后 如果 x=0 则初始化成功 x=1 则初始化失败delay(30) 。void Init_DS18B2