1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上引言單片機的出現(xiàn)是近代計算機技術發(fā)展史上的重要里程碑。單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關注，應用很廣、發(fā)展很快。近年來隨著電子技術和微型計算機技術的迅速發(fā)展，單片機的檔次不斷提高，其應用領域也在不斷擴大，在工業(yè)測控、尖端科學、智能儀器儀表、日用家電、汽車電子系統(tǒng)、辦公自動化設備、個人通信終端及通信產(chǎn)品中得到了廣泛應用，已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化核心部件。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工

2、作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從數(shù)單片機技術入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本課程設計是在學習了單片機的基本原理的基礎上進行的，綜合利用所學單片機知識完成一個單片機應用系統(tǒng)設計并仿真實現(xiàn)，從而加深對單片機軟硬知識的理解，獲得初步的應用經(jīng)驗；進一步熟悉和掌握單片機的內部結構和工作原理，了解單片機應用系統(tǒng)設計的基本方法和步驟。本設計的目標是用單片機和溫度傳感器及相關部件實現(xiàn)溫度的測量和數(shù)字顯示，測量精度小于0.5，可以設置溫度測量的上下限，超出測溫范圍可以由蜂鳴器報警。本設計首先是確定目標，接下來是各個功能模塊的設計和相應程序的編寫。再在proteus軟件上進行仿真，若

3、結果滿足要求，則可以焊接硬件，若不滿足繼續(xù)修改，最終完成數(shù)字溫度計的整個設計任務。經(jīng)過仿真，本設計達到了預期的目標。目錄001122345679990211 設計概述1.1 設計目標和要求1.用所學的單片機知識設計制作數(shù)字溫度計；2.測溫范圍是-20-70；3.誤差小于0.5；4.所測的溫度值可以由LCD數(shù)碼管直接顯示；5.可以任意設置上下限溫度的報警功能；6.進一步熟悉proteus,protel,word軟件的功能和使用方法；1.2 設計思路首先確定我們所設計的是一個數(shù)字溫度計，由單片機、溫度傳感器以及其他電路共同實現(xiàn)。根據(jù)所要實現(xiàn)的功能，先在proteus軟件上仿真。根據(jù)所選用的硬件可以

4、將整個軟件設計分為若干子程序，有初始化、查詢時間、發(fā)送指令、讀取數(shù)據(jù)、顯示溫度等構成，可將以上子程序分別設計，實現(xiàn)各自的功能，再在子程序中調用，就可以實現(xiàn)預期的目標。在proteus軟件里畫出相應的電路圖，將編寫好的程序的編譯后的文件下載到proteus電路圖的單片機里，進行仿真，對溫度傳感器設置不同的參數(shù)，看是否達到了我們設計所要求的目標，如果不符合要求，需要檢查程序算法和硬件連接是否有誤。若仿真成功，就按照電路圖焊接硬件。2 系統(tǒng)方案及硬件設計2.1 設計方案采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和ATmega16單片

5、機構成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,也可直接與計算機連接。采用ATmega16單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。該系統(tǒng)利用ATmega16芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限溫度。該系統(tǒng)擴展性非常強。該測溫系統(tǒng)電路簡單、精確度較高、實現(xiàn)方便、軟件設計也比較簡單。2.2 方案的硬件總體方框圖 基于增強的AVR RISC結構的低功耗8 位CMOS微控制器ATmega16，溫度傳感器采用的DS18B20，用四位數(shù)碼管顯示溫度。圖12.3 溫度

6、傳感器DS18B20測溫原理DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：（1）獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（2）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)測溫；（3）無須外部器件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內；（4）可通過數(shù)據(jù)線供電，

7、電壓范圍為3.0-5.5；（5）零待機功耗；（6）溫度以9或12位數(shù)字，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫；（7）用戶可定義報警設置；（8）報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；（9）負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；（10）測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其引腳排列及內部結構框圖如圖2及圖3以及圖4的測溫原理圖如下所示：圖2 引腳排列圖3

8、 內部結構框圖預置斜率累加器比較低溫度系數(shù)振蕩器計數(shù)器1溫度寄存器Tx預置=0高溫度系數(shù)振蕩器-0計數(shù)器2T1加1停止T2圖4 DS18B20測溫原理圖64位ROM的結構開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結構為8字節(jié)的存儲器，結構如圖4所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的

9、，每次上電復位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖5所示。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。溫度 LSB溫度 MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留CRCTMR1R011111圖5 DS18B20的字節(jié)定義 DS18B20的分辨率定義如表2-1所示表2-1 分辨率設置表R0R1分辨率最大溫度轉移時間009位96

10、.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms由表1可見，DS18B20溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。主機控制DS18B20完成溫度轉換過程是：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，即將數(shù)據(jù)總線下拉500us，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16-60us左右，之后發(fā)出60-240us的存在低脈沖，主CPU收到此此信號表示復位成功；復位成功后發(fā)送一條ROM指令，然后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預訂的讀寫操作。表2-2 ROM指令集指令約定代碼功能讀ROM

11、33H讀DS18B20中的編碼符合ROM55H發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單線總線上與該編輯相對應的DS18B20使之做出響應，為下一步對該DS18B20的讀寫作準備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上的DS18B20個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作準備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)送溫度變換指令告警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度跳過設定值上限或下限的片子才能做出反應表2-3 RAM指令集指令約定代碼功能溫度轉換44H啟動DS18B20進行溫度轉換讀暫存器0BEH讀暫存器9個字節(jié)內容寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)

12、復制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重調E2RAM0B8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀供電方式0B4H啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將最低溫所對應的

13、一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中，計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在最低溫所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。2.4 硬件設計2.4.1 主控制器ATmega16ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低

14、功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 ATmega16 AVR 內核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 2.4.22.4.2 復位電路在這里采用的是按鈕加上電復位，系統(tǒng)每次上電和每次按下復位按鈕，系統(tǒng)就會復位。2.4.3 時鐘振蕩電路采用的是1MHZ的晶振頻

15、率，它與單片機的硬件連接電路如圖7所示圖7 晶振電路2.4.4報警點調節(jié)電路可以通過微動開關，任意調節(jié)報警點的上下限，電路如圖8所示圖8 報警點調節(jié)電路2.4.5顯示電路顯示電路采用集成的四位一體的數(shù)碼管，為共陰極結構，通過設置不同的段碼可以顯示溫度。圖9顯示電路3 軟件設計3.1系統(tǒng)分析系統(tǒng)程序主要包括DS1820初始化程序，向DS1820讀字節(jié)程序，向DS1820寫字節(jié)程序，讀取溫度及轉換程序，溫度顯示程序，報警程序。初始化向ds1820讀一字節(jié)向ds1820寫一字節(jié)讀取溫度及轉換顯示溫度圖10主程序流程圖3.2 各子程序及其流程圖設計3.2.1 初始化子程序 令P2.7為高電平，延遲一段

16、時間后令P2.7為低電平觸發(fā)DS1820的初始化，低電平持續(xù)一段時間，然后讀取P2.7的狀態(tài)，直到P2.7的狀態(tài)回到高電平時說明初始化完成。#include <at89x51.h>#define DQ P2_7#define dm P0sbit w0=P23;sbit w1=P24;sbit w2=P25;sbit w3=P26;sbit jia=P20;sbit jian=P21;sbit xuan=P22;/sbit p2_7=P27;sbit speaker=P10;#define uint unsigned int #define uchar unsigned charui

17、nt mark;uint xiaoshu;int temp1=0;uint H_t=10,L_t=-5;uchar table_dm=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar table_dm1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef;uchar table_fuhao=0x00,0x40;void delay(unsigned int i) while(i-); /初始化函數(shù)P2.7=1延時P2.7=0延時P2.7=1？完成NY圖11 初始化流程圖3.2.2 DS

18、1820的讀寫字節(jié)子程序單片機向DS1820讀寫字節(jié)都是從最低位開始的。Init_DS18B20(void)unsigned char x=0;DQ = 1; delay(8);DQ = 0; delay(80);DQ = 1; delay(14);x=DQ; /稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗delay(20); /讀一個字節(jié)P2.7=1延時讀數(shù)據(jù)待寫入字節(jié)右移一位P2.7=1延時寫數(shù)據(jù)待寫入字節(jié)右移一位圖12 讀操作 圖13寫操作3.2.3 溫度讀取及轉換子程序在讀取溫度值命令前，應使用溫度轉換命令才能保證讀入的是當前溫度值轉換過程中DS1820會拉低總線直至轉換完成

19、，因此可以讀取溫度總線的狀態(tài)來判斷溫度轉換是否完成。ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-)DQ = 0;dat>>=1;DQ = 1;if(DQ) dat|=0x80;delay(4);return(dat); /寫一個字節(jié)初始化DS1820判斷符號位轉換溫度讀取溫度圖14溫度讀取及轉換3.2.4計算溫度子程序計算溫度子程序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖14所示：WriteOneChar(unsigned char da

20、t)unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i-)DQ = 0;DQ = dat&0x01;delay(5);DQ = 1;dat>>=1;delay(4);/讀取 圖 15溫度計算3.2.5溫度顯示子程序void delayms(uchar t)uint i;while(t-)for(i=0;i<100;i+);/顯示其流程圖如下所示：圖16 溫度顯示3.2.6報警子程序 其流程圖如下：ReadTemperature(void)unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned char i=0,

21、t;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);WriteOneChar(0x44);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);WriteOneChar(0xBE);a=ReadOneChar(); b=ReadOneChar(); i=b; /*若b為1則為負溫 */ i=(i>>4); if(i=0) mark=0; t=(a>>4)|(b<<4);a=(a&0x0f);xiaoshu=a;if (a>8)t=(t+1); else mark=1;a=a>>4; b=b<<4; t=(a|b); t=t; t=(t+1); EA=1; return(t);溫度值>h_t或,<l_t報警YN 返回返回 FANGUI Return圖17報警4 proteus軟件仿真 4.1 系統(tǒng)仿真設計本設計是在Proteus環(huán)境下進行仿真的，仿真所用到的器件有：單片機ATmega16，DS1820溫度傳感器，蜂鳴器，液晶顯示器，一些電阻，電容等。4.2仿真結果分析本設計在仿真