单片机实习报告Word下载.docx
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1.1课程设计的意义
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。
而热电偶和热电阻需要比较多的外部硬件支持,其缺点如下:
1.硬件电路复杂;
2.软件调试复杂;
3.制作成本高。
为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。
1.2设计要求及任务分配
(1)设计一个以51单片机为核心的硬件系统,画出系统的电路仿真原理图;
(2)用汇编语言或C语言编写一个51单片机程序,程序模拟一线总线时序,实
现与温度芯片DS18B20接口,读取温度数值,显示在2位数码管上;
(3)焊接实物电路,烧入程序,调试运行。
本课程设计
(1)、
(2)项由3个人共同完成,(3)由沈润同学完成。
1.3系统总体设计及主要功能
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89S52,温度传感器采用DS18B20,用2位LED共阴数码管实现温度显示,采用点动按钮实现报警温度上下限的可调节控制。
图1系统总体设计方框图
主要功能:
整个系统由单片机控制,温度传感器采用DS18B20。
18B20采用单总线方式与单片机相连.把采集到得温度信息传给单片机。
单片机采集到的温度输出到两个数码管上进行显示。
当两位数码管显示的温度超过上、下限值时可以实现声光报警功能。
扩展功能:
报警部分由修改、增减和确认三个按键实现温度上下限的设置。
2硬件电路设计及描述
2.1系统整体硬件电路
图2Proteus仿真图
2.2主控制器
单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微控制器。
2.2.1结构特点
●8位CPU;
●片内振荡器和时钟电路;
●32根I/O线;
●外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K;
●2个16位的定时器/计数器;
●5个中断源,两个中断优先级;
●全双工串行口;
●布尔处理器;
2.2.2引脚介绍
本次实验我们主要用了IO端口的操作,所以在此处主要介绍这三个端口引脚。
●P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
●P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
●P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
●P3口我们主要使用了外部中断,这次不作介绍,在下面只介绍外部中断。
2.2.3外部中断简介
51单片机的外部中断有两种触发方式可选:
电平触发和边沿触发。
选择电平触发时,单片机在每个机器周期检查中断源口线,检测到低电平,即置位中断请求标志,向CPU请求中断。
选择边沿触发方式时,单片机在上一个机器周期检测到中断源口线为高电平,下一个机器周期检测到低电平,即置位中断标志,请求中断。
2.3测量输入模块
2.3.1DS18B20简介
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3.0~5.5V;
●零待机功耗;
●温度以9或12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;
●负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热烧毁,但不能正常工作;
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图3所示。
头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。
第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图3所示。
低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
CRC
图3 DS18B20字节定义
由表1可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。
因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;
当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。
若T>TH或T<TL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。
主机ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。
表2 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+0.5
0000000000000010
0008H
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-55
1111110010010000
FC90H
另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为:
初使化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
图4DS18B20与单片机的接口电路
2.3.2DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
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。
由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。
2.4按键输入模块
按键:
如图所示按键K3为进入修改模式设置键;
K2为增减键;
K1为确定键。
第一次按K3进入最低温度增加模式,第二次进入最低模式减少模式;
第三次进入最高上限减少模式,第四次进入最高上限增加模式。
图1按键示意图
2.5显示模块
显示电路采用2位共阴极LED数码管,P0口由上拉电阻提高驱动能力,作为段码输出并作为数码管的驱动。
P2口的低四位作为数码管的位选端。
采用动态扫描的方式显示。
2.5.1数码管显示电路
两位共阴LED数码管:
用来显示温度的大小,可直接读取,温度精确到1℃。
两位数码管如图所示,从左到右依次是十位和个位。
在修改模式时会相应显示H+、H-、L+、L-等模式的对应符号。
图7 数码管
2.6报警模块
报警模块采用的是声光报警电路,当检测温度超过设定的上下限值时,单片机就会发出报警脉冲,使得报警电路工作,产生报警信号,如图2Proteus仿真图所示。
3软件设计流程及描述
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7所示。
图7主程序流程图图8读温度流程图
3.2读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图8示
图9 显示数据刷新流程图
3.3显示温度子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作,当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图9。
3.4源程序代码
/*******************************************************
项目名称:
基于DS18B20的温度传感器
编写人:
沈润、陈茂佳、徐琼
时间:
2011-5-5
修改:
无
备注:
DS18B20操作过程:
复位--->
跳过ROM(写0xcc)--->
温度转换(写0x44)--->
重新复位--->
读取温度(写0xBE)
*******************************************************/
#include<
reg52.h>
intrins.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P3^7;
sbitHIGH=P2^7;
sbitLOW=P2^4;
sbitSPEAKER=P2^0;
sbitOK=P3^1;
ucharcode
seg_7[11]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//共阴数码管0-9编码
bitReadTempFlag;
charOP=0;
charLow_temp=10,High_temp=27;
uchartemp_buf[2],temp;
//用于存储读取的温度字节
ucharflag=0;
//18b20存在标志
ucharCON;
unsignedintnum=0;
ucharT=0;
/**************微秒级延时*****************/
voidDelay(uintus)
{
while(us--);
}
/************18B20初始化函数***************/
ucharInit18b20(void)
DQ=1;
_nop_();
DQ=0;
Delay(100);
//延时460us
Delay(9);
//延时48.5us
if(DQ==0)
flag=1;
//18B20初始化成功!
else
flag=0;
//初始化失败!
Delay(10);
//延时一段时间
DQ=1;
returnflag;
/****************向18B20写入一个字节***********/
voidWriteByte(ucharwr)//单片机向18B20写入单字节
uchari;
for(i=0;
i<
8;
i++)
{
DQ=0;
_nop_();
DQ=wr&
0x01;
//与操作,保留最低位
Delay(9);
//delay48.5us
DQ=1;
wr>
>
=1;
//右移一位!
!
}
/***************读18B20的一个字节*******************/
ucharReadByte()//读取单字节
uchari,u=0;
for(i=0;
{
u>
if(DQ==1)
u|=0x80;
//或操作,保留最高位
else
u|=0x00;
Delay(9);
return(u);
/*************获取温度值******************************/
voidGet_temp(void)
T=temp;
while(!
Init18b20());
WriteByte(0xcc);
WriteByte(0x44);
Init18b20();
WriteByte(0xbe);
Delay(50);
temp_buf[0]=ReadByte();
temp_buf[1]=ReadByte();
CY=0;
temp_buf[1]<
<
=4;
temp_buf[0]>
temp=temp_buf[0]|temp_buf[1];
if(temp<
5||temp>
40)
temp=T;
/**************显示温度子程序**************************/
voidDisplay()
{
ucharbai;
128)
bai=temp/100;
temp--;
temp^=0xff;
bai=10;
P1=0xfe;
P0=seg_7[temp/10%10];
Delay(300);
P1=0xfd;
P0=seg_7[temp%10];
voidDisplay_SET(chari,charj)
P0=i;
Delay(500);
P0=j;
/******************************************************************
外部中断初始化子程序
********************************************************************/
voidINT_init()
EA=1;
EX1=1;
IT1=1;
PX0=1;
定时器初始化子程序
voidInit_Timer0(void)
TMOD|=0x01;
//使用模式1,16位定时器,使用"
|"
符号可以在使用多个//定时器时不受影响
TH0=(65536-2000)/256;
TL0=(65536-2000)%256;
//给定初值2ms
//总中断打开
ET0=1;
//定时器中断打开
TR0=1;
/************************************************************
定时器中断子程序
**********************************************************/
voidTimer0_isr(void)interrupt1
//重新赋值2ms
num++;
if(num==400)//800ms读取一次
num=0;
ReadTempFlag=1;
//读标志位置1
外部中断0服务子程序
voidINT0_ISR(void)interrupt0
if(OP==0)
{temp=Low_temp++;
Display();
}
elseif(OP==1)
{temp=Low_temp--;
elseif(OP==2)
{temp=High_temp--;
{temp=High_temp++;
if(Low_temp<
5)
Low_temp=10;
if(High_temp>
45)
High_temp=27;
if(Low_temp>
=High_temp)
Low_temp=10;
High_temp=27;
Delay(1000);
外部中断1服务子程序
voidINT1_ISR(void)interrupt2
unsignedinti;
bitF=1;
EX0=1;
IT0=1;
HIGH=1;
LOW=1;
for(i=0;
200;
Display_SET(0x38,0x70);
//显示L+
F=0;
while
(1)
{
temp=Low_temp;
for(i=0;
30;
{
Display();
if(OK==0)
{
Delay(100);
if(OK==0)
{F=1;
}//break;
}
}
if(F)
break;
P1=0xff;
Delay(10000);
if(OK==0)
}
OP=0;
if(OP==1)
Display_SET(0x38,0x40);
//显示L-
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