基于51单片机的温度测试而且能够LED显示设计论文Word文档格式.docx
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1.1设计目的
熟练掌握51小系统开发应用;
加强单片机的综合运用能力、提高单片机的件编程和调试能力,为以后的学习和开发工作打下强劲基础;
掌握DS18B20温度传感器模块的工作原理及应用设计;
掌握小系统开发设计的流程及设计思路;
提高分析问题,解决问题能力,提高实践动手能力。
1.2课程设计题目描述和要求
题目:
基于DS18B20的温度测试LED显示。
实现的基本功能:
(1)测量基本范围-55~125℃。
(2)精度误差小于0.5℃。
(3)LED数码直接显示。
2.总体方案的设计
2.1总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图2-1所示,控制器采用单片机AT89C51,温度传感器采用DS18B20,用LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图2-1总体设计方框图
2.2单片机AT89C51
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及89C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89C51具有如下特点:
40个引脚如图2-2,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
图2-2AT89C51管脚图
2.3温度传感器DS18B20
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器,如图2-3。
与传统的热敏电阻相比,他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。
因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果,其引脚功能如图2-4。
2.3.1DS18B20简介
(1)独特的单线接口方式:
DS18B20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。
(2)在使用中不需要任何外围元件。
(3)可用数据线供电,电压范围:
+3.0~+5.5V。
(4)测温范围:
-55~+125℃。
固有测温分辨率为0.5℃。
(5)通过编程可实现9~12位的数字读数方式。
(6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。
(7)支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点测温。
(8)负压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。
图2-3DS18B20的引脚排列
图2-4引脚功能描述
2.3.2DS18B20的测温原理
低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小〔1〕,用于产生固定频率的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,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,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的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。
计数门的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℃所对应的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℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,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的测温原理。
2.3.3温度转换计算方法举例
例如当DS18B20采集到+125℃的实际温度后,输出为07D0H,则:
实际温度=07D0H╳0.0625=2000╳0.0625=125°
C。
例如当DS18B20采集到-55℃的实际温度后,输出为FC90H,则应先将11位数据位取反加1得370H(符号位不变,也不作为计算),则:
实际温度=370H╳0.0625=880╳0.0625=55°
C
DS18B20工作过程一般遵循以下协议:
初始化——ROM操作命令——存储器操作命令——处理数据
2.3.4DS18B20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的一脚接地,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2-5所示单片机端口接单线总线,为保证有效的DS18B20始终周期内提供足够的电流,可以用一个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。
图2-5DS18B20与单片机接口
3.系统硬件电路设计
3.1主板电路
系统整体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,单片机主板电路等,如图3-1所示。
图3-1单片机主板电路
3.2显示电路
显示电路是使用的串口显示,这种显示最大的优点就是使用口资源比较少,只用P1口的RXD和TXD串口的发送和接受,四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动,显示比较清楚。
如图3-2。
图3-2温度显示电路
4.系统软件的设计
4.1主程序
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温度,其程序流程如图4-1所示。
4.2读程序
主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需要进行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4-2。
图4-1主程序流程图图4-2读温度流程图
4.3温度转换命令子程序
主要是发温度转换开始命令,本程序采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
其程序流程图如图4-3。
图4-3温度转换命令流程图
4.4计算温度子程序
将RAM中读取进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定,其程序流程图如图4-4。
4.5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。
程序流程图如图图4-5。
图4-4计算温度流程图图4-5显示数据刷新流程图
5.总结
经过将近两周的单片机课程设计,我终于完成了数字温度计的设计,虽然没有完全达到设计要求,但从中学到了不少课堂上所学不到的实际知识。
我们认为,在这次的课程设计中,在收获知识的同时,还收获了阅历,收获了成熟,在此过程中,我们通过查找大量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是,在实验课上,我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。
之所以使用单片机作为我们的执行核心,不仅是因为老师说单片机现在是社会上应用最广泛的工具,也因为想通过使用单片机锻炼自己的c
语言编程能力,养成良好的c语言编程风格。
不管怎样,这些都是一种锻炼,一种知识的积累,能力的提高。
完全可以把这个当作基础东西,只有掌握了这些最基础的,才可以更进一步,取得更好的成绩。
很少有人会一步登天吧。
永不言弃才是最重要的。
而且,这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后,不管有多苦,我想我们都能变苦为乐,找寻有趣的事情,发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样,我们都可以在实验结束之后变的更加成熟,会面对需要面对的事情。
与队友的合作更是一件快乐的事情,只有彼此都付出,彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。
而团队合作也是当今社会最提倡的。
在为期两个星期的课程设计中,李老师对我们悉心的指导认真的解说详细的分析。
衷心地感谢李老师对我们的教导!
参考文献
[1]孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.南京:
东南大学出版社,1999.
[2] 李朝青.单片机原理及接口技术(简明修订版).杭州:
北京航空航天大学出版社,1998.
[3] 李广弟.单片机基础.北京:
北京航空航天大学出版社,1994.
[4] 阎石.数字电子技术基础(第三版).北京:
高等教育出版社,1989.
附录:
#include"
reg52.h"
typedefunsignedcharuint8;
sbitCLK=P1^0;
sbitDINA=P1^1;
voidDELAY();
voidsdelay();
bdatauint8kdat;
sbitcc=kdat^0;
uint8LED0,LED1,LED2,LED3;
uint8LED_Table[18]={0x3F,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0xff,0x00,
};
sbitDQ=P1^4;
voidDELAY()
{
unsignedintk,j;
for(k=0;
k<
500;
k++)
for(j=0;
j<
200;
j++);
}
voidsdelay()
unsignedchark;
10;
{;
voidsendto(unsignedchardat)
unsignedchari;
CLK=0;
kdat=dat;
for(i=0;
i<
8;
i++)
{
DINA=cc;
CLK=1;
sdelay();
CLK=0;
kdat=kdat>
>
1;
}
/*DS18b20温度传感器读写程序*/
voiddsb20delay(intus)
{
ints;
for(s=0;
s<
us;
s++);
voidrst(void)
DQ=1;
dsb20delay
(2);
DQ=0;
dsb20delay(30);
//精确延时480~960us
dsb20delay(8);
unsignedintread(void)
inti=0;
unsignedintu=0;
for(i=0;
16;
{
u>
=1;
if(DQ)u|=0x8000;
dsb20delay(4);
}
return(u);
voidwrite(unsignedcharku)
inti=0;
DQ=ku&
0x01;
dsb20delay(3);
ku>
voidread0(void)
intt0,t1,t2;
unsignedinttp;
unsignedintlsb;
rst();
write(0xCC);
write(0x44);
write(0xBE);
tp=read();
lsb=(unsignedint)(tp*6.25);
t0=lsb/1000;
LED0=LED_Table[t0];
//第1位,最高位
t2=lsb%1000;
t1=t2/100;
LED1=LED_Table[t1]&
0x7f;
//第2位
t1=t2%100;
t2=t1/10;
LED2=LED_Table[t2];
//第3位,最低位
LED3=LED_Table[t1%10];
//第4位,最低位
voidmain()
{while
(1)
{
uint8j;
read0();
sendto(LED3);
sendto(LED2);
sendto(LED1+0X80);
//'
.'
sendto(LED0);
DELAY();
/*延时*/
DELAY();
;
课程设计成绩:
项目
业务考核成绩(70%)
(百分制记分)
平时成绩(30%)
综合总成绩
注:
教师按学生实际成绩(平时成绩和业务考核成绩)登记并录入教务MIS系统,由系统自动转化为“优秀(90~100分)、良好(80~89分)、中等(70~79分)、及格(60~69分)和不及格(60分以下)”五等。
指导教师评语:
指导教师(签名):
20年月日
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