微机原理与单片机课程设计.docx
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微机原理与单片机课程设计
新能源与动力工程学院
课程设计报告
微机原理与单片机课程设计
专业
电力工程与管理
班级
姓名
学号
指导教师
2015年7月
兰州交通大学新能源与动力工程学院课程设计任务书
课程名称:
微机原理与单片机课程设计指导教师(签名):
班级:
电力工程与管理1201姓名:
学号:
一、课程设计题目
基于单片机的温度警报器的设计
二、课程设计使用的原始资料(数据)及设计技术要求:
硬件电路的设计、软件电路的设计,总体方案的选择、讨论确定。
软件流程图的设计,硬件电路各部分的设计,程序的软调试、整机的调试,撰写设计报告。
三、课程设计的目的
通过制作简易温度警报器,加深对所学专业知识的认识,提高对单片机的应用能力,提高收集文献,资料的能力,从而达到综合运用所学的知识进行电子产品设计,制作与调试。
四、课程设计的主要内容和要求(包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等)
(1)硬件电路的设计、软件电路的设计。
(2)总体方案的选择、讨论确定。
(3)软件流程图的设计,硬件电路各部分的设计,整机的调试。
(4)撰写设计报告。
五、工作进度安排
时间
设计内容
要求
7月6日
熟悉题目、查阅资料,拟定设计方案
按要求制定出切实可行的方案
7月7—8日
设计硬件电路及软件程序
完成硬件设计及程序设计
7月9—10日
仿真调试及产品焊接
先进行计算机仿真再完成实际焊接
7月11日
产品整理调试并完成设计报告
实现设计要求,报告按要求装订成册
7月12日
答辩
展示产品,并简明扼要自述五分钟
六、主要参考文献
1.王思明等.单片机原理与应用系统设计[M],科学出版社,2012
2.童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M],高等教育出版社,2006
3.阎石.数字电子技术基础[M],高等教育出版社,2005
审核批准意见
系主任(签字) 年 月 日
指导教师评语及成绩
指导教师评语
成
绩
设计过程
(40)
设计报告
(50)
小组答辩
(10)
总成绩
(100)
指导教师签字:
年月
目 录
1设计原始资料
随着科学技术日益迅速的发展,数字监控系统已经深入到生活的各个方面。
数字温度计作为数字监控系统的重要组成部分发挥着极其重要的作用。
它克服了接触式温度计对传感器的耐热性能要求比较苛刻的缺点,使温度计无论在使用范围还是测量精度上都有了长足的进步。
本设计就是在这种广阔的应用背景下应运而生的。
下面就本设计的设计目标和思路进行简单介绍。
1.1具体题目
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
1.2要完成的内容
选定了温度传感器之后,再来考虑它的控制内核,因为数字温度计的设计并不复杂,单片机完全可以处理的了,DSP是比较高端的控制内核应用成本相对较高,所以选用单片机是即经济又实惠的选择。
2系统设计
2.1系统功能
本系统利用单片机采集温度,温度值精确到小数点一位,用4位数码管显示温度值,设置三个按键调整报警温度值,当温度超出所设定的上下限范围时,蜂鸣器开始报警。
2.2系统框图
图1总体设计方框图
3硬件设计
3.1单片机最小系统电路
图2单片机最小系统
(1)单片机9脚接复位电路,可按复位按钮S1给单片机复位。
(2)晶振采用12MHZ。
3.2DS18B20测温电路
图3DS18B20电路
DS18B20的1脚接地,2脚数据端接单片机的P3.4,3脚接VCC,为了确保DS18B20工作可靠,2脚要接10K的上拉电阻。
3.3报警电路
图4蜂鸣器电路
本系统中采用蜂鸣器报警,由于单片机输出电流较小,所以用三极管9013驱动蜂鸣器发出声音。
3.4四位数码管显示电路
图5数码管显示电路
4位数码管为共阳管,由于单片机输出电流比较小,故用4个PNP型的三极管9015来驱动数码管。
单片机输出低电平时三极管导通,使数码管的4各公共端1、4、5和12脚为高电平,此时数码管的数据端输入低电平后数码管被点亮,120欧电阻R12到R19为三极管的限流电阻。
3.5报警温度设定按键电路
图6按键电路
报警温度用按键S2,S3,S4来设置,S2为调整键,按一次可调整报警上限温度值,按两次可调整报警下限温度值,按三次数码管恢复到正常温度显示。
3.6ISP程序下载接口电路
图7下载电路
本系统才用AT89S52单片机,故可以采用ISP方式下载程序。
3.7电路原材料清单
序号
名称
型号
单位
数量
备注
1
电阻
1KΩ
支
1
2
电阻
200Ω
支
5
3
传感器
DS18B20
支
1
4
电阻
510Ω
支
8
5
电阻
5.6KΩ
支
1
6
电阻
10KΩ
支
4
7
晶振
12MHz
支
1
8
普通电容
33pF
支
2
9
电解电容
10uF/50V
支
1
10
5号电池
节
3
11
小按钮
支
4
12
三极管
9012
支
4
13
三极管
9013
支
1
14
蜂鸣器
支
1
15
数码管
支
1
16
单片机
AT89C52
支
1
3.8使用工具及仪表清单
序号
名称
型号
单位
数量
备注
1
万用表
块
1
2
內热式电烙铁
1
3
焊锡丝
若干
4
直流稳压电源
台
1
5
编程烧写器
台
1
6
导线
若干
4软件设计
4.1程序流程图
开始
初始化
示化
获取温度值
与温度上下限比较
报警
转换并显示
YES
Y
发DS18B20复位命令
发跳过ROM命令
发读取温度命令
读取操作,CRC校验
9字节完?
CRC校验正?
确?
移入温度暂存器
结束
N
N
Y
图8主程序流程图图9读温度流程图
4.2开机数码管显示设置
/*****显示开机初始化等待画面*****/
Disp_init()
{
P2=0xfe;//显示-
P0=0xbf;
Delay(200);
P0=0xef;
Delay(200);
P0=0xfb;
Delay(200);
P0=0xfe;
Delay(200);
P0=0xff;//关闭显示
}
给单片机上电后,18B20读取温度值需要一定的时间,故上数码管显示一定时间的“-”。
4.3温度采集电路的设计
温度采集电路部分,采用数字温度传感器DS18B20进行温度采集。
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3个引脚;温度侧量范围为-55℃—+125℃,测量精度为0.5℃;被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;CPU只需用一个端口线就可以与DS18B20通信。
温度采集电路如图10所示。
图10温度采集电路
4.4LED显示报警电路的设计
LED数码管与单片机的P0口相连,单片机将采集到的温度值转化为与数码管对应的数据,通过P0口输出显示。
即信号通过译码管的端口a、b、c、d、e、f、g、dp端来控制每段译码管的亮灭与否,同时通过端口1、2、3、4四个端口来控制四个译码管。
在本次设计中,用集成芯片74HC245驱动数码管。
同时当采集到的温度值超过所设置的范围时,单片机会输出一信号,通过三极管放大后驱动蜂鸣器发出报警信号。
5调试过程
5.1数码管显示乱码
由于P2口的P2.0到P2.7并没有按照顺序和数码管的a,b,c,d,e,f,g相连,所以需要重新编码,因为用的是共阳数码管,所以数据端低电平亮,故LEDData[]={0x28,0xeb,0x32,0xa2,0xe1,0xa4,0x24,0xea,0x20,0xa0}。
5.2按键处理问题
由于按键采用的是机械按键,会发生抖动,所以程序中要加延时,去抖动。
5.3DS18B20时序问题
DS18B20对于时序要求很严格,所以读写数据时要严格按照时序图上的时间来编写程序。
5.4装配与调试
图11装配实物图
总结
本设计的重点在于详细设计了基于单片机AT89C51的温度监控系统,并且已经在硬件平台上成功运行。
此系统可广泛用于温度在DSl8820测温范围之内的场合,有良好的应用前景。
经过学习,终于完成了我的数字温度计的设计,虽然没有完全达到设计要求,但从心底里说,还是比较高兴的。
过程当中用到的单片机作为控制内核,四段数码管作为显示部分,及其他电路,共同组成了我的成果数字温度计。
首先设计的是它的硬件电路,最重要的部分是89S51控制内核,所有的数据处理都是采用的单片机,其次是DS18B20温度采集电路,其他还有晶振电路,复位电路,报警点及上下限温度调整电路。
其次我们设计了它的灵魂软件电路,通过用C语言编程实现对器件的控制。
从这次的课程设计中,我真真正正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,不仅使我真正的学会了数字温度计的设计,而且我相信通过这次的学习我能够达到举一反三的效果,同时这次的不足之处是在有些细节方面刚开始做的很不详细,我想原因在于自己平时对自己的学习要求的不够严格,才造成遇到一些问题显得惊慌失措,在日后我会克服这些缺点的。
参考文献
[1]李朝青.单片机原理及接口技术.杭州:
北京航空航天大学出版社,1998
[2]李广弟.单片机基础[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1994
[3]阎石.数字电子技术基础.北京:
高等教育出版社,1989
[4]王思明等.单片机原理与应用系统设计[M],科学出版社,2012
[5]童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M],高等教育出版社,2006
[6]刘建军等.电子电工基础,人民邮电出版社,2011
附录
附录一程序源代码
#include
#include"DS18B20.h"
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar//宏定义
#defineSETP1_0//定义调整键
#defineDECP1_1//定义减少键
#defineADDP1_2//定义增加键
#defineBEEPP3_4//定义蜂鸣器
bitshanshuo_st;//闪烁间隔标志
bitbeep_st;//蜂鸣器间隔标志
sbitDIAN=P2^5;//小数点
ucharx=0;//计数器
signedcharm;//温度值全局变量
ucharn;//温度值全局变量
ucharset_st=0;//状态标志
signedcharshangxian=30;//上限报警温度,默认值为38
signedcharxiaxian=20;//下限报警温度,默认值为38
ucharcodeLEDData[]={0x28,0xeb,0x32,0xa2,0xe1,0xa4,0x24,0xea,0x20,0xa0};
/*****延时子程序*****/
voidDelay(uintnum)
{
while(--num);
}
/*****初始化定时器0*****/
voidInitTimer(void)
{
TMOD=0x1;
TH0=0x4c;
TL0=0x00;//50ms(晶振11.0592M)
}
/*****定时器0中断服务程序*****/
voidtimer0(void)interrupt1
{
TH0=0x4c;
TL0=0x00;
x++;
}
/*****读取温度*****/
voidcheck_wendu(void)
{
uinta,b,c;
c=ReadTemperature()-5;//获取温度值并减去DS18B20的温漂误差
a=c/100;//计算得到十位数字
b=c/10-a*10;//计算得到个位数字
m=c/10;//计算得到整数位
n=c-a*100-b*10;//计算得到小数位
if(m<0){m=0;n=0;}//设置温度显示上限
if(m>99){m=99;n=9;}//设置温度显示上限
}
/*****显示开机初始化等待画面*****/
Disp_init()
{
P2=0xf7;//显示-
P0=0xbf;
Delay(200);
P0=0xef;
Delay(200);
P0=0xfb;
Delay(200);
P0=0xfe;
Delay(200);
P0=0xff;//关闭显示
}
/*****显示温度子程序*****/
Disp_Temperature()//显示温度
{
P2=0x3c;//显示C
P0=0xbf;
Delay(300);
P2=LEDData[n];//显示个位
P0=0xef;
Delay(300);
P2=LEDData[m%10];//显示十位
DIAN=0;//显示小数点
P0=0xfb;
Delay(300);
P2=LEDData[m/10];//显示百位
P0=0xfe;
Delay(300);
P0=0xff;//关闭显示
}
/*****显示报警温度子程序*****/
Disp_alarm(ucharbaojing)
{
P2=0x3c;//显示C
P0=0xbf;
Delay(200);
P2=LEDData[baojing%10];//显示十位
P0=0xef;
Delay(200);
P2=LEDData[baojing/10];//显示百位
P0=0xfb;
Delay(200);
if(set_st==1)P2=0x61;
elseif(set_st==2)P2=0x3d;//上限H、下限L标示
P0=0xfe;
Delay(200);
P0=0xff;//关闭显示
}
/*****报警子程序*****/
voidAlarm()
{
if(x>=10){beep_st=~beep_st;x=0;}
if((m>=shangxian&&beep_st==1)||(m elseBEEP=0; } /*****主函数*****/ voidmain(void) { uintz; InitTimer();//初始化定时器 EA=1;//全局中断开关 TR0=1; ET0=1;//开启定时器0 BEEP=0; check_wendu(); check_wendu(); for(z=0;z<300;z++) { Disp_init(); } while (1) { if(SET==0) { Delay(2000); do{}while(SET==0); set_st++;x=0;shanshuo_st=1; if(set_st>2)set_st=0; } if(set_st==0) { EX0=0;//关闭外部中断0 EX1=0;//关闭外部中断1 check_wendu(); Disp_Temperature(); Alarm();//报警检测 } elseif(set_st==1) { BEEP=0;//关闭蜂鸣器 if(DEC==0) { Delay(2000); do{}while(DEC==0); shangxian--; if(shangxian } if(ADD==0) { Delay(2000); do{}while(ADD==0); shangxian++; if(shangxian>99)shangxian=99; } if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;} if(shanshuo_st){Disp_alarm(shangxian);} } elseif(set_st==2) { BEEP=0;//关闭蜂鸣器 if(DEC==0) { Delay(2000); do{}while(DEC==0); xiaxian--; if(xiaxian<0)xiaxian=0; } if(ADD==0) { Delay(2000); do{}while(ADD==0); xiaxian++; if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian; } if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;} if(shanshuo_st){Disp_alarm(xiaxian);} } } } /*****END*****/ 附录二电路图
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