单片机原理与应用课程设计数字式温度计设计报告.doc

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1、 单片机原理与应用课程设计说明书 题 目： 数字式温度计 系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名: 学 号: 指导教师: 2011年 月 日目 录1 设计任务与要求11.1 课程设计的任务11.2 课程设计的要求12 设计方案12.1 设计思路12.2 芯片及功能12.2.1 STC89C52RC12.2.3 DS130272.2.4 DS18B02102.2.5 MAX232162.2.6 74LS164173 硬件电路设计193.1 原理图193.2 PCB印刷版224 主要参数计算与分析234.1 DS18B20温度数值转换234.2 DS1302时钟BCD的转换245 软件设计245.

2、1 流程图245.2 源代码266 调试过程446.1 调试步骤446.2 实验出现的问题457 结论45参考文献461 设计任务与要求11 课程设计的任务基本要求：本次课程设计的基本任务为完成一个温度传感器的功能。当温度低于某一个温度值或高于某个温度是报警。扩展功能：结合个人能力和电路板的现有硬件，看增加其他功能。这里扩展为按下某个键进入时钟功能。1.1.1 以51单片机为核心器件，组成一个数字式温度记1.1.2 采用DS18B20为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为5。1.1.3 温度显示采用3位LED数码管显示，两位整数、一位小数1.1.4 具有温度上下限功能，超过上下限时，进行声音

3、报警。12 课程设计的要求1. 2. 1焊接电路，编制程序，实现电子音乐盒的基本功能，并完成课程设计说明书。1. 2. 2课程设计期间遵守纪律，注意安全，爱护设备，合理分工，加强合作。2 设计方案1. 1设计思路使用单片机读取温度传感器的值，经过转换，在8段LED数码管上显示出来。根据读取的值来设定温度报警范围。当高于或低于某个温度值通过蜂鸣器报警。扩展功能：时钟显示。通过一个按键切换到时钟显示。时钟系统是通过I2C总线访问DS1302获取和设置时钟。2.2 使用芯片2.3 芯片作用2. 3. 1 74LS164 74LS164 内部逻辑图引脚功能：CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效）

4、A，B ：串行数据输入端QAQH： 输出端CLOCK ：时钟输入端InputsOutputsClearClockABQAQB.QHLXXXLL.LHLXXQAOQBO.QHOHHHHQAn.QGnHLXLQAn.QGnHXLLQAn.QGnH高电平 L低电平 X任意电平 低到高电平跳变 QA0,QB0,QH0 规定的稳态条件建立前的电平 QAn,QGn 时钟最近的前的电平 当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高

5、电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。2. 3. 2 数字温度传感器DS18B20介绍1、DS18B20的主要特性 1.1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电 1.2、独特的单线接口方式，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 1.3、 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 1.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 1.5、温范围55+125，在-1

6、0+85时精度为0.5 1.6、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温 1.7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快 1.8、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。2、DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管脚排列如下图1: DS18B20引脚定义： (1)DQ为数字信号输入/输出端；

7、(2)GND为电源地； (3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。3、DS18B20工作原理 DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器

8、的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 5、DS18B20的应用电路DS18B20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。下面就是DS18B20几个不同应用方式下的 测温电路图： 5.1、DS18B20寄生电源供电方式电路图如下面图4所示，在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存

9、在内部 电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 独特的寄生电源方式有三个好处： 1）进行远距离测温时，无需本地电源 2）可以在没有常规电源的条件下读取ROM 3）电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温 要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由 于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠4.7K上拉电阻就无法提供足够的 能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。 2. 3. 3 8位串行A/D转换器ADC08321.功能特点ADC

10、0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。芯片具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件连接和处理器控制变得更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。其主要特点如下： 8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为5V； 5V单电源供电； 输入模拟信号电压范围为05V； 输入和输出电平与TTL和CMOS兼容； 在250KHZ时钟频率时，转换时间为32us； 具有两个可供选择的模拟输入通道； 功耗低，15mW。2.外部引脚及其说明ADC0832有DIP和SOIC两种封装，DIP封装的

11、ADC0832引脚排列如图6.21所示。各引脚说明如下： CS片选端，低电平有效。 CH0，CH1两路模拟信号输入端。 DI两路模拟输入选择输入端。 DO模数转换结果串行输出端。 CLK串行时钟输入端。 Vcc/REF正电源端和基准电压输入端。图6.21 ADC0832引脚图 GND电源地。3.单片机对ADC0832 的控制原理一般情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，

12、CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK提供时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲到来之前DI端必须是高电平，表示启动位。在第2、3个时钟脉冲到来之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表6.4。输入形式 配置位选择通道CH0CH1CHOCH1差分输入00+-01-+单端输入10+11+当配置位2位数据为1、0时，只对CH0 进行单通道转换。当配置2位数据为1、1时，只对CH1进行单通道转换。当配置2位数据为0、0时

13、，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当配置2位数据为0、1时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3个时钟脉冲到来之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个时钟脉冲开始由DO端输出转换数据最高位D7，随后每一个脉冲DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据D0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个时钟脉冲输出D0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直

14、接将转换后的数据进行处理就可以了。3 硬件电路设计3.1 原理图3路LED灯7段LED数值数码管与6路按键DS18B20DS1302Max232Max813蜂鸣器/喇叭3.2 PCB印刷版4 主要参数计算与分析4.1 DS18B20温度数值转换读取DS18B20后得到9个字节中前两位为温度数值th1,tl1，其温度数值为0.0625的倍数先将二进制转换为浮点数tempFloattempFloat= th1*162+tl1获取整数部分：把tempFloat给一个整型变量tempInttempInt= tempFloat；把温度值分成6位显示：整数部分： 0=tempInt/100; 1=temp

15、Int%100/10; 2=tempInt%10; 小数部分：tempLt=(tempFloat- 0*100+ 1*10+ 2)*10000; 3=tempLt%10; 4=tempLt%100/10; 5=tempLt%1000/100;4.2 DS1302时钟BCD的转换十进制转BCD十进制整数time_buf1，转换成十六进制BCD码值time_buftmp=time_buf1/10;/获得十位time_buf=time_buf1%10;/获得个位time_buf=time_buf+tmp*16;/转换十六进制BCD转十进制十六进制整数time_buf，转换成十进制BCD码值time_

16、buf1mp=time_buf/16;/获得高八位time_buf1i=time_buf%16;/获得高低位time_buf1i=time_buf1+tmp*10;/转换成十进制5 软件设计5.1 流程图5.2 源代码/MyDefindeBefore.h*/文件功能:定义、函数声明、公用函数。*sbit SIN=P24;/LED显示移位输出口sbit CLK=P25;/移位输出时钟sbit led1=P21;/Led口sbit led2=P22;sbit led3=P23;sbit S1=P00;/位选口sbit S2=P01;sbit S3=P02;sbit S4=P26;sbit S5=P

17、27;sbit S6=P07;sbit tt=P33; /测试口sbit tt1=P34;bit keyDown=0;/按键是否按下bit alarmOn=0;/温度报警在报警sbit alarmSPK=P20;/报警口,0-报警、1-关闭报警unsigned char T0_Mode=0;/T0要触发的模式，0-读取DS1302、1-读取DS18B20bit timeSetBlink=0;/时间设置时的闪烁判定unsigned char timeSetIndex=0;/按键1的功能标识 1：全闪 2：设置小时 3:设置分钟 4：设置秒 5：写入DS1302unsigned char T0_N

18、um=0,T1_Num=0; /定时器次数记录unsigned char const el21=0xE7,0x05,0xE9,0xAD,0x0F,0xAE,0xEE,0x85,0xEF,0xAF,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0X80,0x40,0x38,0x76,0x00;/ 显示段码值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F . - L H 空unsigned char ledNum6=0,1,2,3,4,5;/6位管暂存初始化void scanLed(); void b_SIN(unsigned char);void getKeyIn

19、put();/void delay(unsigned int);void dis_buf1();/延迟=void delay(unsigned int n) while(n-);/kcsj.c*/程序主文件*#include/C52通用定义头文件#include MyDefindeBefore.h /一部分定义及，函数声明，共用函数#include IIC_DS1302_RW.c/DS1302时钟函数库#include ss_DS18B20.c/DS18B20温度传感器函数库/主程序=void main()TMOD=0x11;/设置T0、T1都在模式一/设置并开启T0TH0=0x00;TL0=

20、0x00;ET0=1;EA=1;TR0=1;/设置T1TH1=0x00;TL1=0x00;ET1=1;TR1=0;alarmSPK=1;ds1302_init();ds1302_read_time();scanLed();/开始扫描LED显示/LED扫描显示=void scanLed() unsigned char i,elTmp; while(1)for(i=0;i6;i+) /6位扫描输出=/检测按键=if(P1!=0xff) if(keyDown=0)/只有上次按键松开才看可以再次处理按键程序getKeyInput();keyDown=1;elsekeyDown=0;elTmp=elle

21、dNumi; /获得该位数码if(T0_Mode=0)/时间模式时没两位加一个小数点if(i%2!=0)/是否加小数点elTmp=(elledNumi)|0x10; else/温度模式只在第3位加一个小数点if(i=2)elTmp=(elledNumi)|0x10;S1=1;S2=1;S3=1;S4=1;S5=1;S6=1;/清位/b_SIN(0xff); /清8位管b_SIN(elTmp); /移位输出switch(i) /选位case 0:S1=0;break;case 1:S2=0;break;case 2:S3=0;break;case 3:S4=0;break;case 4:S5=0

22、;break;case 5:S6=0;break;delay(20); /延迟显示 /移位输出一个字节=void b_SIN(unsigned char SINTmp)unsigned char i; for(i=0;i8;i+) SINTmp=SINTmp=23)time_buf14=0;else time_buf14+;elseif(time_buf1timeSetIndex+2=59) /分、秒封顶time_buf1timeSetIndex+2=0;else time_buf1timeSetIndex+2+;else if(P1=0xfb&T0_Mode=0)/3键 -1=if(time

23、_buf1timeSetIndex+2=5)/每5次才读一次DS1302T0_Num=0; if(T0_Mode=0)/读取DS1302ds1302_read_time();dis_buf1();else if(T0_Mode=1) /读取温度传感器transformTemp();readTemp();T0_Num+;/T1=void int_T1() interrupt 3TH1=0x00;TL1=0x00;tt1=tt1;if(T1_Num=5) /每5次闪烁一下T1_Num=0;timeSetBlink=timeSetBlink; /取反-下次亮暗的状态取反if(timeSetIndex

24、=1) /all if(timeSetBlink=0)ledNum0=20;ledNum1=20;ledNum2=20;ledNum3=20;ledNum4=20;ledNum5=20; elsedis_buf1();else if(timeSetIndex=2) /Hourif(timeSetBlink=0)ledNum0=20;ledNum1=20; elseledNum0=time_buf14/10;ledNum1=time_buf14%10;else if(timeSetIndex=3)/minutesif(timeSetBlink=0)ledNum2=20;ledNum3=20; e

25、lseledNum2=time_buf15/10;ledNum3=time_buf15%10;else if(timeSetIndex=4)/secondsif(timeSetBlink=0)ledNum4=20;ledNum5=20; elseledNum4=time_buf16/10;ledNum5=time_buf16%10;else if(timeSetIndex=5) /保存修改T1_Num+;void dis_buf1() /把”time_buf1“的值写入显示暂存ledNum0=time_buf14/10;ledNum1=time_buf14%10;ledNum2=time_bu

26、f15/10;ledNum3=time_buf15%10;ledNum4=time_buf16/10;ledNum5=time_buf16%10;/IIC_DS1302_RW.c*/DS1302时钟芯片的读取写入函数库*#includesbit SCK=P05;sbit SDA=P04;sbit RST=P03;/*复位脚*/#define RST_CLRRST=0/*电平置低*/#define RST_SETRST=1/*电平置高*/*双向数据*/#define IO_CLRSDA=0/*电平置低*/#define IO_SETSDA=1/*电平置高*/#define IO_RSDA/*电平

27、读取*/*时钟信号*/#define SCK_CLRSCK=0/*时钟信号*/#define SCK_SETSCK=1/*电平置高*/#define ds1302_sec_add0x80/秒数据地址#define ds1302_min_add0x82/分数据地址#define ds1302_hr_add0x84/时数据地址#define ds1302_date_add0x86/日数据地址#define ds1302_month_add0x88/月数据地址#define ds1302_day_add0x8a/星期数据地址#define ds1302_year_add0x8c/年数据地址#defi

28、ne ds1302_control_add0x8e/控制数据地址#define ds1302_charger_add0x90 #define ds1302_clkburst_add0xbeunsigned char time_buf18 = 20,9,3,13,18,51,0,6;/空年月日时分秒周unsigned char time_buf8 ;/空年月日时分秒周/*向DS1302写入一字节数据*/void ds1302_write_byte(unsigned char addr, unsigned char d) unsigned char i;RST_SET;/*启动DS1302总线*/

29、*写入目标地址：addr*/addr = addr & 0xFE;/*最低位置零*/for (i = 0; i 1;/*写入数据：d*/for (i = 0; i 1;RST_CLR;/*停止DS1302总线*/*从DS1302读出一字节数据*/unsigned char ds1302_read_byte(unsigned char addr) unsigned char i;unsigned char temp;RST_SET;/*启动DS1302总线*/*写入目标地址：addr*/addr = addr | 0x01;/*最低位置高*/for (i = 0; i 1;/*输出数据：temp

30、*/for (i = 0; i 1;if (IO_R) temp |= 0x80;else temp &= 0x7F;SCK_SET;SCK_CLR;RST_CLR;/*停止DS1302总线*/return temp;/*向DS302写入时钟数据*/void ds1302_write_time(void) unsigned char i,tmp;for(i=0;i8;i+) /BCD处理tmp=time_buf1i/10;time_bufi=time_buf1i%10;time_bufi=time_bufi+tmp*16;ds1302_write_byte(ds1302_control_add

31、,0x00);/关闭写保护 ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,0x80);/暂停 /ds1302_write_byte(ds1302_charger_add,0xa9);/涓流充电 ds1302_write_byte(ds1302_year_add,time_buf1);/年 ds1302_write_byte(ds1302_month_add,time_buf2);/月 ds1302_write_byte(ds1302_date_add,time_buf3);/日 ds1302_write_byte(ds1302_day_add,time_buf7);/周 d

32、s1302_write_byte(ds1302_hr_add,time_buf4);/时 ds1302_write_byte(ds1302_min_add,time_buf5);/分ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,time_buf6);/秒ds1302_write_byte(ds1302_day_add,time_buf7);/周 ds1302_write_byte(ds1302_control_add,0x80);/打开写保护 /*从DS302读出时钟数据*/void ds1302_read_time(void) unsigned char i,tmp;time_buf1=ds1302_read_byte(ds1302_year_add);/年 time_buf2=ds1302_read_byte(ds1302_month_add);/月 t