1、單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)學(xué)生姓名： 任棚 學(xué) 號： 201210710269 學(xué) 院： 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣工程1242 專業(yè)課程： 單片機(jī)原理及應(yīng)用 指導(dǎo)教師： 2014 年01月13日課程設(shè)計(jì)成績評定標(biāo)準(zhǔn)及成績序號評審項(xiàng)目指 標(biāo)滿分評分1工作態(tài)度遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)認(rèn)真；作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，踏實(shí)肯干。 5分2工作量按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合要求。 20分3出勤情況全勤： 得10分10分有遲到、早退、請假現(xiàn)象： 得8分曠課1天： 得5分曠課2天： 得2分曠課超過2天： 得0分4設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案能靈活運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識，有獨(dú)特見解，設(shè)計(jì)有一定

2、應(yīng)用價(jià)值。30分5實(shí)驗(yàn)技能動(dòng)手能力強(qiáng)，能獨(dú)立完成安裝、調(diào)試等實(shí)際操作，能解決設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題。10分6小組表現(xiàn)注重團(tuán)隊(duì)合作，在小組中表現(xiàn)突出，對設(shè)計(jì)方案的制定及選取起主要作用，在實(shí)驗(yàn)操作過程中，承擔(dān)主要執(zhí)行者。5分7設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量報(bào)告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)合理；文理通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準(zhǔn)確、符合國家標(biāo)準(zhǔn)；。20分合 計(jì)評語：等 級： （優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評閱人： 職稱： 日 期： 年 月 日目錄1 緒論2 方案總體設(shè)計(jì) 2.1 主控芯片選擇··········

3、;··················································

4、;·1 2.2 顯示模塊···············································&

5、#183;···················3 2.3 溫度檢測模塊····························&

6、#183;································33 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)·············

7、···································3 3.2 電源供電電路設(shè)計(jì)············

8、3;··········································3 3.3 LCD顯示電路設(shè)計(jì)·····&

9、#183;················································3 3.4 溫

10、度檢測電路設(shè)計(jì)·················································

11、;······44 軟件設(shè)計(jì) 4.1 溫度傳感器數(shù)據(jù)讀取流程圖········································

12、;···6 4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)·············································

13、;················75 仿真調(diào)試 5.1 Keil編程軟件······························

14、83;·····························8 5.2 proteus··················&#

15、183;·················································8

16、5.3 仿真界面················································

17、3;···················8 5.4 仿真過程中的問題及解決方案···························

18、83;·············8總結(jié)附錄1 原理圖附錄2 程序清單1 緒論 在信息高速發(fā)展的21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動(dòng)了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，測量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的一個(gè)主流，廣泛地深入到研究和應(yīng)用工程的各個(gè)領(lǐng)域。溫度和人們的生活息息相關(guān)，溫度的測量也就變得很重要。2 總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)功能要求，構(gòu)造圖（1）所示的原理圖結(jié)構(gòu)框圖。 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采

19、集 AT89S52 看門狗 報(bào)警 電路 驅(qū)動(dòng)顯示圖（1） 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖2.1 主控芯片選擇AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程AT89S52引腳圖 DIP封裝Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32

20、 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52片內(nèi)集成256字節(jié)程序運(yùn)行空間、8K字節(jié)Flash存儲(chǔ)空間，支持最大64K外部存儲(chǔ)擴(kuò)展。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在0-33M之間。片內(nèi)資源有4組I/O控制端口、3個(gè)定

21、時(shí)器、8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護(hù)。可以在4V到5.5V寬電壓范圍內(nèi)正常工作。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機(jī)的功耗不斷降低。同時(shí)，該單片機(jī)支持計(jì)算機(jī)并口下載，簡單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，僅僅幾塊錢的價(jià)格讓該型號單片機(jī)暢銷10年不衰。根據(jù)不同場合的要求，這款單片機(jī)提供了多種封裝，本次設(shè)計(jì)根據(jù)最小系統(tǒng)有時(shí)需要更換單片機(jī)的具體情況，使用雙列直插DIP-40的封裝。其封裝引腳圖如圖（2）圖（2） DIP-40封裝89S52引腳圖 空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停

22、止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電

23、流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。 2.2 顯示模塊數(shù)碼管數(shù)碼管亮度高，顯示大，特別是顯示的時(shí)間很直觀價(jià)格比較便宜，但多位的數(shù)碼管在動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)閃爍。而且數(shù)碼管占用的位置較大，且比較耗電。2.3 溫度檢測模塊DS18B20 DS18B20數(shù)字溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這

24、樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。它在實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫，測量溫度范圍在-55到+125攝氏度之間3 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖（3）所示：圖（3） 以AT89C52單片機(jī)為核心，12M的晶振，這是最常用的，外接電容沒有特別的要求，但是外接電容的大小會(huì)影響振蕩器的頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。復(fù)位電路當(dāng)RET端為高電平，當(dāng)高電平持續(xù)4us的時(shí)間就可以使單片機(jī)復(fù)位。這里尤其要注意的是晶振和電容的位置，它們距離單片機(jī)引腳越短越好，因?yàn)樘L可能無法使單片機(jī)起振。另外是EA端一定要接上電源。3.2 電源供電電路設(shè)計(jì)&#

25、160;電源供電電路如下圖（4）所示：圖（4）我們采用4節(jié)1.5V的電池作為電源，LM2940為穩(wěn)壓芯片，穩(wěn)壓芯片兩端分別接兩個(gè)0.1uf和100uf的電容進(jìn)行濾波，以獲得更穩(wěn)定的電壓。D1為電源指示燈，當(dāng)開關(guān)打開，顯示燈亮，表示給電路供+5V電壓。其中，LM2940作為常用的穩(wěn)壓芯片，比7805的轉(zhuǎn)換效率要高，7805直接輸入不接輸出的情況下，其內(nèi)部會(huì)有3mA的靜態(tài)電流消耗，而2940的靜態(tài)電流比7805要小的多，故選擇LM2940作為穩(wěn)壓芯片。4節(jié)電池裝在電池盒中，在電路板下方安裝，使用兩套螺絲。3.3 顯示電路設(shè)計(jì)四位一體共陰極數(shù)碼管顯示電路如下圖（5）所示：圖（5）數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是

26、單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。3.4 溫度檢測電路設(shè)計(jì) 溫度檢測仿真電路如下圖（6）所示：圖（6）DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感

27、器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下： DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DS18B20的測溫原理如圖（8）所示減法計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1

28、的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖7中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。 

29、圖（8）4 軟件設(shè)計(jì)4.1 實(shí)驗(yàn)主程序流程圖 開始數(shù)碼管初始化顯示提示符開啟定時(shí)器 是否到3秒？ 是 顯示溫度 開始4.2 溫度傳感器數(shù)據(jù)讀取流程圖 釋放總線 延時(shí)15-45usDS18B20初始化發(fā)溫度讀取命令8位數(shù)據(jù)是 否讀完 否 清DQ準(zhǔn)備發(fā)送 延時(shí)1us以上 是 結(jié)束讀取 讀一位數(shù)據(jù) 延時(shí)<15us5 仿真與調(diào)試 5.1 編程軟件Keil4 Keil C51是美國Keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯

30、器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。5.2 仿真軟件proteus7.7 Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。5.3 仿真界面5.4 仿真過程中的問題及解決方案仿真中出現(xiàn)的問題：程序與電路不匹配，不能出現(xiàn)預(yù)期效果。一般為程序函數(shù)編輯不適合或調(diào)用錯(cuò)誤，需要即使修改程序命令。編輯程序時(shí)的警告會(huì)造成顯示不出。仿真

31、無問題，板子制作完畢，不能達(dá)到效果，大部分原因是PCB封裝制作時(shí)元器件的引腳有誤，即制作的元器件實(shí)際引腳位置排列錯(cuò)誤，需重做封裝。結(jié)論選擇芯片和傳感器時(shí)，夠用易用就可以，綜合考慮選擇性價(jià)比最好的。在進(jìn)行電路實(shí)際制作之前，應(yīng)該用仿真軟件進(jìn)行仿真,可以使開發(fā)進(jìn)程加快。在實(shí)際制作電路時(shí)，需要注意電源端和地端要檢測過不導(dǎo)通后才能通電檢測，防止燒壞芯片。實(shí)訓(xùn)心得通過這幾天的試訓(xùn)，使我的感觸很深，真實(shí)“條條大路通羅馬”，要達(dá)到目的，不同的人就有不同的方法。只要你的方法不錯(cuò)!五花八門都可以，而且是各有特色。走出來的結(jié)果都有各自的獨(dú)到之處。在編程中“簡”字貫穿于整個(gè)程序設(shè)計(jì)中，越簡單越好，畢竟單片機(jī)留給用戶的

32、資源是有限的，所以我們要充分利用這些資源，達(dá)到更好的效果，這些是我們在以后的學(xué)習(xí)生活中應(yīng)值得注意的地方。要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)之前，對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)有那些資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次將完整的程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，這樣為資料的保留和交流提供方便；在設(shè)計(jì)中遇到問題要記錄，以免下次遇到同樣問題。在這次的課程設(shè)計(jì)中，我真正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中去，學(xué)習(xí)單片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常寫與讀的過程中才能提

33、高，這就是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲。附錄1 原理圖附錄2 程序DATA_BUS BIT P3.3 FLAG BIT 00H; TEMP_L EQU 30H; TEMP_H EQU 31H; TEMP_DP EQU 32H; TEMP_INT EQU 33H; TEMP_BAI EQU 34H; TEMP_SHI EQU 35H; TEMP_GE EQU 36H; DIS_BAI EQU 37H; DIS_SHI EQU 38H; DIS_GE EQU 39H ; DIS_DP EQU 3AH ; DIS_ADD EQU 3BH ; ORG 0000H AJMP START ORG 0050H;

34、START: MOV SP,#40H MAIN:LCALL READ_TEMP; LCALL PROCESS;AJMP MAIN; READ_TEMP: LCALL RESET_PULSE; MOV A, #0CCH;LCALL WRITEMOV A, #44H;LCALL WRITELCALL DISPLAY;LCALL RESET_PULSE;MOV A,#0CCH;LCALL WRITEMOV A,#0BEH;LCALL WRITELCALL READRET;RESET_PULSE:RESET:SETB DATA_BUSNOPNOPCLR DATA_BUSMOV R7,#255DJNZ

35、R7,$SETB DATA_BUSMOV R7,#30DJNZ R7,$JNB DATA_BUS, SETB_FLAGCLR FLAGAJMP NEXTSETB_FLAG: SETB FLAGNEXT: MOV R7,#120 DJNZ R7,$ SETB DATA_BUS JNB FLAG, RESET RET;WRITE:SETB DATA_BUS MOV R6,#8 CLR CWRITING:CLR DATA_BUSMOV R7,#5DJNZ R7,$RRC AMOV DATA_BUS,CMOV R7,#30HDJNZ R7,$SETB DATA_BUSNOPDJNZ R6,WRITIN

36、GRET ;DISPLAY: MOV R4,#200DIS_LOOP: MOV A,DIS_DP MOV P2,#0FFH MOV P0,A CLR P2.7 LCALL DELAY2MS MOV A, DIS_GE MOV P2,#0FFH MOV P0,A SETB P0.7 CLR P2.6LCALL DELAY2MS MOV A, DIS_SHI MOV P2,#0FFH MOV P0,A CLR P2.5LCALL DELAY2MS MOV A,DIS_BAI MOV P2,#0FFH MOV P0,A MOV A,TEMP_BAI CJNE A,#0,SKIP AJMP NEXTTSKIP: CLR P2.4 LCALL DELAY2MS NEXTT: NOP DJNZ R4,DIS_LOOP RET;READ:SETB DATA_BUS MOV R0,