单片机课程设计 数字温度计课程设计

评语： 考勤10分 守纪10分 过程30分 设计报告30分 答辩20分 总成绩（100分）

专 业：电气工程及其自动化 班 级： 电气1101 姓 名： 学 号： 指导教师：

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2014 年 1 月 17 日

单片机原理及系统课程设计报告

1 设计题目

基于单片机的数字温度计设计。

2 设计方案

2.1设计目的

单片机是单片微型计算机的简称，其具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，故可以广泛应用于各种领域。其中数字温度计就是一个典型的例子。

本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等特点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求较高的场所，该设计主要使用的元件有单片机ATC52，测温传感器使用DS18B20和LCD1602液晶显示器。

2.2 性能指标

(1) 基本范围-50℃-110℃； (2) 精度为0.5℃； (3) 液晶LCD显示；

(4) 可以设定温度的上下限以及报警功能。

3 数字温度计系统的硬件设计

3.1 数字温度计硬件框图

数字温度计系统硬件框图如图1所示。

- 1 -

单片机复位LCD显示ATC52时钟震荡蜂鸣器、指示灯温度报警调整DS18B20温度传感器 图1 系统的硬件框图

3.2 ATC52单片机

ATC52单片机引脚配置图，如图2所示。

U119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353433322122232425262728101112131415161718XTAL29RST293031PSENALEEA12345678P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7ATC52 图2 ATC52引脚配置图

3.3 外围电路

ATC52的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。选择了内部时钟方式，即利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时，C1和C2值通常选择为30PF左右。C1和C2对频率有微调作用。晶体的频率范围可在1.2～12MHZ之间选择。

- 2 -

单片机原理及系统课程设计报告

ATC52的复位电路是按键电平复位电路，相当于按复位键后复位端通过电阻与Vcc电源接通。复位是单片机的初始化操作。单片机在启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

显示电路采用LCD1602液晶显示器显示。

故障状态指示电路采用发光二级管以及蜂鸣器对运行方式进行指示，可清楚看到系统的故障状态。

测温传感器DS18B20可以直接读出被测温度值,采用三线制和单片机相连,少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。

3.4 总设计图

数字温度计系统的硬件总设计图如图3所示。

- 3 -

LCD1LM016LVSSVDDVEERSRWEp30456123C1191nFU1X1CRYSTAL18XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617p20p21p22p23p24p25p26p27p30p37321C2C31nF1uFXTAL29RSTR110k293031PSENALEEAQ1MPS3702LS112345678P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7ATC52p207p218p229p2310p2411p2512p2613p2714D0D1D2D3D4D5D6D7U2VCCDQGNDDS18B2012.0p37SOUNDERD1LED-GREEN 图3 总设计图

4 数字温度计系统的软件设计及系统整体流程

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，从软件的功能不同，可以分为两类：主程序和子程序。

主程序是整个软件的核心，专门用来协调各个执行模块和操作者的联系。 子程序是用来完成各种实质性的工作的，如读温度子程序、转换温度子程序、计算温度子程序等。

各执行模块规划好以后，就可以规划监控软件了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的主程序结构，然后根据实时性的条件，合理安排监控软件和执行软件之间的调度关系。

4.1 总体流程图

数字温度计系统总体流程图如图4所示。

- 4 -

单片机原理及系统课程设计报告

图4 主流序流程图

4.2 子程序流程图

数字温度计系统子程序主要包含：读温度子程序、转换温度子程序、计算温度子程序。

（1）读温度子程序流程图

读温度子程序流程图如图5所示。

- 5 -

开始发DS 18B 20复位命令发送ROM命令发读取温度命令读取操作否9字节完？是否CRC校验正？是移入温度暂存器结束

图5 读温度子程序流程图

（2）转换温度子程序流程图

转换温度子程序流程图如图6所示。

- 6 -

单片机原理及系统课程设计报告

开始发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束 图6 转换温度子程序流程图

（3）计算温度子程序流程图

计算温度子程序流程图如图7所示。

开始温度零下？否是温度值取补码置“-”标志温度置“+”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束 图7 计算温度子程序流程图

- 7 -

5 仿真结果

(1) 正常温度显示

温度计正常温度显示如图8所示。

LCD1LM016LD1LED-GREENVSSVDDVEERSRWEp30456123p207p218p229p2310p2411p2512p2613p2714D0D1D2D3D4D5D6D7 图8 正常温度显示 (2) 报警温度显示 温度计报警温度显示如图9所示。 LCD1LM016LD1LED-GREENVSSVDDVEERSRWEp30456123p207p218p229p2310p2411p2512p2613p2714D0D1D2D3D4D5D6D7 图9 报警温度显示 6 总结 通过这次单片机课程设计，不仅让我加深了解了单片机课本上所学的知识，更通过自己的动手设计，将课本知识与动手操作能力相结合，让我对单片机及其系统设计的认识更进一步。 在此次的课程设计中我学会了很多的东西。经过自己努力，基本上完成了设计要求的内容，在系统可行性分析、原理图设计等方面都作了许多实际工作，取得了一些结果，同时也发现了许多不足。对于本次的课程设计还有很大提升空间，目前仅完成的是基本功能实现，还有很多的扩展功能可以提升。 - 8 - 单片机原理及系统课程设计报告

参考文献

1. 王思明. 单片机原理及应用系统设计[M]. 北京:科学出版社, 2012. 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. 艾德才. pentium/80486实用汇编语言程序设计[M]. 北京:清华大学出版社, 1997.

- 9 -

附录 源程序

//使用1602LCD显示DS18B20转换的温度值 #include #include #include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int

sbit RS = P3^0; //数据/命令选择端(H/L) sbit LCDEN = P3^2; //使能端

sbit deng=P1^6; //超过温度指示灯 sbit beep=P1^7; //超过温度报警器

uchar high=30; //最高温度 uchar low=10; //最低温度

unsigned char r;

void delayUs() //短延时 {

_nop_(); }

void delayMs(uint a) //长延时 {

uint i, j;

for(i = a; i > 0; i--) for(j = 100; j > 0; j--); }

//第一行开始地址为0x80, 第二行开始地址为0xc0; //写命令:RS=0, RW=0; void writeComm(uchar comm) {

RS = 0; P2 = comm; LCDEN = 1; delayUs(); LCDEN = 0; delayMs(1);

- 10 -

单片机原理及系统课程设计报告

}

//写数据:RS=1, RW=00 void writeData(uchar dat) {

RS = 1; P2 = dat; LCDEN = 1; delayUs(); LCDEN = 0; delayMs(1); }

//初始化函数

//显示模式, 固定指令为=0x38, 16*2显示, 5*7点阵,8位数据接口 //显示开/关及光标设置=0x0c

//指令1: 00001DCB : D:开显示/关显示(H/L); C:显示光标/不显示(H/L), B:光标闪烁/不闪烁(H/L) //指令2: NS :

//N=1, 当读/写一个字符后地址指针加1, 且光标也加1; N=0则相反

//S=1, 当写一个字符, 整屏显示左移(N=1)或右移(N=0), 但光标不移动; S=0, 整屏不移动 void init() {

writeComm(0x38); //显示模式 writeComm(0x0c); //开显示, 关光标

writeComm(0x06); //写字符后地址加1, 光标加1 writeComm(0x01); //清屏 }

void writeString(uchar * str, uchar length) {

uchar i;

for(i = 0; i < length; i++) {

writeData(str[i]); }

- 11 -

}

/*****************************DS18B20*******************************/ sbit ds = P3^7; //初始化DS18B20

//让DS18B20一段相对长时间低电平, 然后一段相对非常短时间高电平, 即可启动 void dsInit() {

//对于11.0592MHz时钟, unsigned int型的i, 作一个i++操作的时间大于为8us unsigned int i; ds = 0;

i = 100; //拉低约800us, 符合协议要求的480us以上 while(i>0) i--;

ds = 1; //产生一个上升沿, 进入等待应答状态 i = 4; while(i>0) i--; }

void dsWait() {

unsigned int i; while(ds);

while(~ds); //检测到应答脉冲 i = 4;

while(i > 0) i--; }

//向DS18B20读取一位数据

//读一位, 让DS18B20一小周期低电平, 然后两小周期高电平, //之后DS18B20则会输出持续一段时间的一位数据 bit readBit() {

unsigned int i; bit b; ds = 0;

i++; //延时约8us, 符合协议要求至少保持1us ds = 1;

i++; i++; //延时约16us, 符合协议要求的至少延时15us以上 b = ds; i = 8;

while(i>0) i--; //延时约us, 符合读时隙不低于60us要求 return b; }

//读取一字节数据, 通过调用readBit()来实现 unsigned char readByte() {

- 12 -

单片机原理及系统课程设计报告

unsigned int i; unsigned char j, dat; dat = 0; for(i=0; i<8; i++) {

j = readBit();

//最先读出的是最低位数据 dat = (j << 7) | (dat >> 1); } return dat; }

//向DS18B20写入一字节数据 void writeByte(unsigned char dat) {

unsigned int i; unsigned char j; bit b;

for(j = 0; j < 8; j++) {

b = dat & 0x01;

dat >>= 1;//写\"1\将DQ拉低15us后, 在15us~60us内将DQ拉高, 即完成写1 if(b) {

ds = 0;

i++; i++; //拉低约16us, 符号要求15~60us内 ds = 1;

i = 8; while(i>0) i--; //延时约us, 符合写时隙不低于60us要求 }

else //写\"0\将DQ拉低60us~120us {

ds = 0;

i = 8; while(i>0) i--; //拉低约us, 符号要求 ds = 1;

i++; i++; //整个写0时隙过程已经超过60us, 这里就不用像写1那样, 再延时us了

- 13 -

} } }

//向DS18B20发送温度转换命令 void sendChangeCmd() {

dsInit(); //初始化DS18B20, 无论什么命令, 首先都要发起初始化 dsWait(); //等待DS18B20应答

delayMs(1); //延时1ms, 因为DS18B20会拉低DQ 60~240us作为应答信号 writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字 Skip Rom writeByte(0x44); //写入温度转换命令字 Convert T }

//向DS18B20发送读取数据命令 void sendReadCmd() {

dsInit(); dsWait(); delayMs(1);

writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字 Skip Rom writeByte(0xbe); //写入读取数据令字 Read Scratchpad }

//获取当前温度值 int getTmpValue() {

unsigned int tmpvalue; int value; //存放温度数值 float t;

unsigned char low, high; sendReadCmd(); //连续读取两个字节数据 low = readByte(); high = readByte();

//将高低两个字节合成一个整形变量 //计算机中对于负数是利用补码来表示的

//若是负值, 读取出来的数值是用补码表示的, 可直接赋值给int型的value tmpvalue = high; tmpvalue <<= 8; tmpvalue |= low; value = tmpvalue;

//使用DS18B20的默认分辨率12位, 精确度为0.0625度, 即读回数据的最低位代表0.0625度

t = value * 0.0625;

- 14 -

单片机原理及系统课程设计报告

//将它放大10倍, 使显示时可显示小数点后一位, 并对小数点后第二位进行4舍5入 //如t=11.0625, 进行计数后, 得到value = 111, 即11.1 度 //如t=-11.0625, 进行计数后, 得到value = -111, 即-11.1 度 value = t * 10 + (value > 0 ? 0.5 : -0.5); //大于0加0.5, 小于0减0.5 return value; }

//显示温度 void display(int v) {

unsigned char count;

unsigned char datas[] = {0, 0, 0, 0}; unsigned int tmp = abs(v); datas[0] = tmp / 1000; datas[1] = tmp % 1000 / 100; datas[2] = tmp % 100 / 10; datas[3] = tmp % 10;

r= tmp/10;

writeComm(0xc0+3); if(v < 0) {

writeString(\"- \ } else {

writeString(\"+ \ }

if(datas[0] != 0) {

writeData('0'+datas[0]); }

for(count = 1; count != 4; count++) {

writeData('0'+datas[count]); if(count == 2) {

- 15 -

writeData('.'); } } }

/******************************报警*******************************/ void BEEP()//报警 {if((r>=high&&r<129)||rbeep=!beep; deng=1; } else {beep=1; deng=0; } }

void main() {

uchar table[] = \"Now Temperature \"; delayMs(1);

sendChangeCmd(); init();

writeComm(0x80); writeString(table, 16); while(1) {

delayMs(1000); //温度转换时间需要750ms以上 writeComm(0xc0); display(getTmpValue()); sendChangeCmd(); }

/******************************DS18B20*******************************/

BEEP();

}

- 16 -