1、課程設計說明書課程設計名稱： 單片機課程設計 課程設計題目： 數字式溫度計的設計 學 院 名 稱： 電氣信息學院 專 業 班 級： 15電力（3）班 學 生 學 號： 1504200623 學 生 姓 名： 曾高 學 生 成 績： 指 導 教 師： 易先軍 課程設計時間： 2017.10.30 至 2017.11.5 格式說明（打印版格式，手寫版不做要求）（1）任務書三項的內容用小四號宋體，1.5倍行距。（2）目錄（黑體，四號，居中，中間空四格），內容自動生成，宋體小四號。（3）章的標題用四號黑體加粗（居中排）。（4）章以下的標題用小四號宋體加粗（頂格排）。（5）正文用小四號宋體，1.5倍行距

2、；段落兩端對齊，每個段落首行縮進兩個字。（6）圖和表中文字用五號宋體，圖名和表名分別置于圖的下方和表的上方，用五號宋體（居中排）。（7）頁眉中的文字采用五號宋體，居中排。頁眉統一為：武漢工程大學本科課程設計。（8）頁碼：封面、扉頁不占頁碼；目錄采用希臘字母、排列，正文采用阿拉伯數字1、2、3排列；頁碼位于頁腳，居中位置。（9）標題編號應統一，如：第一章，1，1.1，；論文中的表、圖和公式按章編號，如：表1.1、表1.2；圖1.2、圖1.2；公式（1.1）、公式（1.2）。課程設計任務書一、課程設計的任務和基本要求(一) 設計任務（從“單片機課程設計題目”匯總文檔中任選1題，根據所選課題的具體設

3、計要求來填寫此欄）1. 用DS18B20設計一款能夠顯示當前溫度值的溫度計； 2. 通過切換按鈕可以切換華氏度和攝氏度顯示；3. 測量精度誤差在正負0.5攝氏度以內。(二) 基本要求1. 有硬件結構圖、電路圖及文字說明；2. 有程序設計的分析、思路說明； 3. 有程序流程框圖、程序代碼及注釋說明；4. 完成系統調試（硬件系統可以借助實驗裝置實現，也可在Proteus軟件中仿真模擬）；5. 有程序運行結果的截屏圖片。二、進度安排 第9周，10.3011.5 1） 10.30 題目分析，文獻查閱 2） 10.31 方案比較，確定設計方案 3） 10.3111.1 硬件電路設計 4） 11.211.

4、4 程序設計，程序調試，系統聯調，系統改進 5） 11.5 課程設計說明書撰寫三、參考資料或參考文獻1. 林立，張俊亮. 單片機原理及應用基于Proteus和Keil C M.北京：電子工業出版社,20132. 張毅剛，彭喜元. 單片機原理與應用設計M. 北京：電子工業出版社,20083. 馬忠梅. 單片機的C語言應用程序設計(第5版) M.北京：北京航空航天大學出版社,20134. 孫育才主編，MCS-51系列單片微型計算機及其應用.東南大學出版社5. 樓然苗.單片機課程設計指導.北京:北京航空航天大學出版社.2002.本科生課程設計成績評定表姓名專業班級學號課程設計題目：課程設計答辯記錄：

5、（手寫）成績評定依據：項目得分比例考勤記錄設計結果報告撰寫答辯成績備注：成績評定依據的項目內容和項目分值比例可以由老師按指導的專業進行調整，但成績評定依據的項目數不得少于3項。最終評定成績： 指導教師簽名： 年 月 日目 錄第一章 引言1第二章 設計任務與要求2第三章 設計方案2表3.1 設計方案21. 采集與放大22. 數模轉換33. 數碼顯示3第四章 設計電路與原理41. 溫度傳感器原理4圖4.1 DS18B20內部結構4圖4.2 64位ROM的結構52. AT89C52的介紹6圖4.3 AT89C52引腳圖73. 數碼管84. 結構原理圖95. 程序10第五章 電路的組裝與調試15第六章

6、 設計心得16第一章 引言隨著時代的進步和發展，單片機技術已經普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經成為一種比較成熟的技術,單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同種類的傳感器，可實現諸如電壓、濕度、溫度、速度、硬度、壓力等的物理量的測量。 本文主要介紹了一個基于AT89C52單片機的測溫系統，詳細描述了利用數字溫度傳感器DS18B20開發測溫系統的過程。當今信息化時代展過程中，各種信息的感知、采集、轉換、傳輸和處理的功能器件已經成為各個應用領域中不可缺少的重要技術工具。傳感器是信息采集系統的首要部件，是實現現代化測量和自動控制

7、的主要環節，是現代信息產業的源頭，又是信息社會賴以存在和發展的物質與技術基礎。可見理解和撐握傳感器的知識與技術有著其極重要的意義。 測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器隨著溫度而引起的物理參數變化有：膨脹，電阻，電容，電動勢，磁性能，頻率，光學特性及熱噪聲等等。溫度傳感器的發展經歷了三個發展階段： 傳統的分立式溫度傳感器 、模擬集成溫度傳感器、 智能集成溫度傳感器。 對采集的信息都希望用最直接的方式顯示出來，但是傳感器所采集的信息是模擬的信號，并且信號是非常微小的，需要用放大器進行放大。模擬信號不能直接用數字儀器直接顯示，通過模數轉換之后就可以將模擬量轉變成數字量，在通過數碼管進行顯示。有些

8、可以直接與單片機鏈接。數碼管有共陽極與共陰極兩類，本次設計采用的是共陰極的七段數碼管。第二章 設計任務與要求1.設計任務：設計一數字溫度計，將測量的溫度值轉換為數字量并顯示出來，即將收集的模擬的信號轉換成數字信號。2.設計要求：必須選擇一個溫度傳感器，并且所設計的數字溫度計測量的范圍為0-100,采用數模轉換（單片機除外），LED數碼管進行數字顯示。第三章 設計方案設計方案主要包括溫度的采集與信號的放大，數模轉換，數碼顯示三部分。 表3.1 設計方案溫度的采集與放大數碼顯示數模轉換 1. 采集與放大溫度的改變會影響一些電阻的阻值，溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而變化的特性來測量的。一般采用阻值

9、的變化與溫度的變化有線性關系的電阻來采集溫度，最后通過阻值的變化來反映出溫度。Pt100鉑熱電阻與溫度之間存在著線性的關系，通過阻值的變化可以得到對應的溫度。有些是采用熱電偶的方式，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成。熱電偶產生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。2. 數模轉換溫度的改變會影響一些電阻的阻值，溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而變化的特性來測量的。一般采用阻值的變化與溫度的變化有線性關系的電阻來采集溫度，最后通過阻值的變化來反映出溫度。Pt100鉑熱電阻與溫度之

10、間存在著線性的關系，通過阻值的變化可以得到對應的溫度。有些是采用熱電偶的方式，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成。熱電偶產生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。本次課程設計主要用LM35,溫度傳感器，它能集溫度的采集與放大于一身的傳感器，而且采用LM35的電路比較簡單，于其內部已將采集的信號進行放大。 3. 數碼顯示數碼顯示就是將TC7107轉換成的數字信號進行顯示。一般數碼管有共陽極與共陰極兩類，共陽與共陰的只要區別就是其公共端是接陽極還是接陰極，如果接陰極就為共陰極，反

11、之為共陽極。數碼管根據不同的信號顯示不同的值，但是一個數碼管只能顯示09還有負號與小數點。09的顯示主要是其a-g管腳的組合顯示。 第四章 設計電路與原理1. 溫度傳感器原理DS18B20數字溫度計是DALLAS公司生產的1-Wire，即單總線器件，具有線路簡單、體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統，線路簡單，在一根通信線上，可以掛很多這樣的數字溫度計，十分方便。DS18B20是美國DALLAS公司新推出的一種可組網數字式溫度傳感器，與DS1820相似，DS18B20也能夠直接讀取被測物體的溫度值。但是與DS1820相比，DS18B20的功能更強大些。它體積小，電壓適用范圍寬（35V），用

12、戶還可以通過編程實現912位的溫度讀數，即具有可調的溫度分辨率，因此它的實用性和可靠性比同類產品更高。DS18B20內部結構如圖4.1所示，主要由4部分組成：溫度傳感器、64位ROM、非揮發的溫度報警觸發器TH和TI、配置寄存器。由圖4.1可見，DS18B20只有一個數據輸入輸出口，屬于單總線專用芯片之一。DS18B20工作時被測溫度值直接以“單總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾能力。其內部采用在線溫度測量技術，測量范圍為55125°C，在-1085時，精度為±0.5°C。每個DS18B20在出廠時都已具有唯一的64位序列號，因此一條總線上可以同時掛接多

13、個DS18B20，而不會出現混亂現象。另外用戶還可自設定非易失性溫度報警上下限值TH和TL（掉電后依然保存）。DS18B20在完成溫度變換后，所測溫度值將自動與存儲在TH和TL內的觸發值相比較，如果測溫結果高于TH或低于TL， DS18B20內部的告警標志就會被置位，表示溫值超出了測量范圍，同時還有報警搜索命令識別出溫度超限的DS18B20。圖4.1 DS18B20內部結構64位閃存ROM的結構如圖4.2所示8b檢驗CLC48b序列號8b工廠代碼（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖4.2 64位ROM的結構首先是8位的產品單線系列編碼，接著是每個器件的唯一的序號，共有48

14、位，最重要的8位是前面56位的CRC校驗碼（循環冗余校驗碼），這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。非易失性溫度報警觸發器TH和TL，可通過軟件寫人用戶報警上下限。DS18B20的內部測溫電路框圖如圖4.2所示，圖中低溫度系數振蕩器的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55所對應的基數分別置

15、人減法計數器1和溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置在-55所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數振蕩器產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到。時溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝人，減法計數器1重新開始對低溫度系數振蕩器產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖4.2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。圖4.2 DS18B20

16、的內部測溫電路框圖由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收。數據和命令的傳輸都是低位在先。2. AT89C52的介紹AT89C52是美國Atmel公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含8KB的可反復擦寫的程序存儲器和12B的隨機存取數據存儲

17、器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可靈活應用于各種控制領域。AT89C52單片機屬于AT89C51單片機的增強型，與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統等方面兼容。其主要工作特性是： 片內程序存儲器內含8KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命為1000次； 片內數據存儲器內含256字節的RAM； 具有32根可編程I/O口線； 具有3個可編程定時器； 中斷系統是具有8個中斷源、6個中斷矢量、2個級優先權的中斷結構；

18、串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口； 具有一個數據指針DPTR； 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式； 具有可編程的3級程序鎖定位； 工作電源電壓為5V，最高工作頻率為24MHz。軟件部分具體分為音樂程序和流水燈程序，利用C語言進行編寫。 有發聲模塊、數碼管顯示模塊、電阻模塊。研究方法： 單片機音樂流水燈系統總體功能的實現與各個模塊的基本功能密不可分，因此必須要從各個模塊的單獨設計入手。 （1） 晶振電路模塊 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯再串聯一個電容的二端網絡，電工學上這個網絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯諧振，較高的頻率是并聯諧

19、振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近，在這個極窄的頻率范圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯上合適的電容它就會組成并聯諧振電路。這個并聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振的負載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。（2）復位電路模塊這個模塊主要進行復位操作。（

20、3）流水燈模塊 要實現流水燈功能，只要將幾個發光二極管依次點亮、熄滅，發光二極管便會一亮一滅地成為流水燈了。在此還應注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執行每條指令的時間很短，在控制發光二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則就看不到“流水”效果了。（4）電阻模塊這里將增加一個27K的RP1接在AT89C52單片機的P0.0-P0.7引腳上。（5）按鍵模塊按鍵模塊將增加一個模式鍵、一個加速鍵、一個減速鍵進行相應的按鍵操作。（6）發聲模塊發聲模塊的主要部件是蜂鳴器LS1，蜂鳴器發聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場來驅動振動膜發聲的。（7）數碼管顯示此模塊主要是用來顯示按鍵模塊對音樂

21、控制的顯示。最后單片機音樂流水燈系統的設計和研究必須要實現音樂與流水燈的完美結合，在研究的過程中要切實解決面臨的各種問題，認真查找相關文獻資料，加強溝通，遇到問題要獨立思考。設計過程中要按照步驟來，一步一個腳印，首先做好整體布局，從理論設計出發，羅列出所需硬件清單，然后購買相應的硬件設施，在經過大量的仿真實驗無誤后，再動手進行相應的硬件設置AT89C52并非所有的地址都被定義，從80HFFH 共128 個字節只有一部分被定義，還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數值將不確定，而寫入的數據也將丟失。不應將數據寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產品中可能賦予新的功能，

22、在這種情況下，復位后這些單元數值總是“0”。 圖4.3 AT89C52引腳圖3. 7段數碼管數碼管的一種是半導體發光器件，數碼管可分為七段數碼管和八段數碼管，區別在于八段數碼管比七段數碼管多一個用于顯示小數點的發光二極管單元DP（decimal point），其基本單元是發光二極管。數碼管是一類價格便宜 使用簡單，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，使其發亮，從而顯示出數字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數字表示的參數的器件。驅動方式有直流驅動和動態顯示驅動。直流驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。優點是編程簡單，

23、顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多。動態顯示驅動是將所有數碼管通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示。將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。圖4.4 7段數碼管引腳圖4. 結構原理圖 圖4.5 接線圖5. 程序#

24、include<reg51.h>#include <intrins.h> /包含NOP函數#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define AlarmTemper 60 /溫度報警限設置sbit DQ=P10;sbit LED=P16;uchar code table=0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;uchar temperature,ten,bits; /全局變量/ 延時50us函數void delay_50us(uint t) /

25、每次50us延時，最大誤差13usuchar j;for(;t>0;t-)for(j=19;j>0;j-);/ 延時2us函數void delay_2us(unsigned char i) /每次2us精確延時，最大誤差6uswhile(-i);/ 蜂鳴器報警函數void alarm() if(temperature >= AlarmTemper)LED=1; else LED=0;/ 數碼管顯示函數void LEDDisplay() P2=tableten;P3=0xfb;delay_50us(20);/十位 延時1msP3 = 0xff;P2=tablebits;P3=0

26、xf7;delay_50us(20);/個位 延時1msP3 = 0xff;/ DS18B20初始化函數void DS18B20Reset() DQ=0;delay_50us(10); /延時513usDQ=1;delay_50us(1);/延時50uswhile(!DQ);_nop_();/讀DS18B20函數uchar DS18B20ReadByte() uint i; uchar dat=0;for(i=0;i<8;i+) DQ=0;_nop_(); /延時1usdat>>=1;DQ=1; /釋放delay_2us(2); if(DQ)dat |= 0x80;delay

27、_2us(20); / 延時40到45usDQ=1; /釋放總線 return(dat);/ 寫DS18B20函數void DS18B20WriteByte(uchar dat)uchar j;for(j=0;j<8;j+) DQ=0; delay_2us(5); /拉低電平10到15us if(dat & 0x01) DQ=1; delay_2us(15); /延時20到45us dat>>=1; DQ=1; /釋放總線 _nop_(); / 溫度轉換函數void temperConvert() DS18B20Reset(); DS18B20WriteByte(0xcc);/ 跳過讀序號列號的操作 DS18B20WriteByte(0x44);/ 啟動溫度轉換/ 讀出溫度函數void temperRead()uchar temph, templ; DS18B20Reset();DS18B20WriteByte(0xcc);/ 跳過讀序號列號的操作DS18B20WriteByte(0xBE);/ 讀RAM數據templ = DS18B20ReadByte();/溫度的低八位temph = D