陜西理工學院電氣工程系第20頁共21頁前言單片機技術作為計算機技術的一個分支，廣泛地應用于工業控制，智能儀器儀表，機電一體化產品，家用電器等各個領域。“單片機原理與應用”在工科院校各專業中已作為一門重要的技術基礎課而普遍開設。學生在課程設計，畢業設計,科研項目中會廣泛應用到單片機知識，而且，進入社會后也會廣泛接觸到單片機的工程項目。鑒于此，提高“單片機原理及應用”課的教學效果，讓學生參與課程設計實習甚為重要。單片機應用技術涉及的內容十分廣泛，如何使學生在有限的時間內掌握單片機應用的基本原理及方法，是一個很有價值的教學項目。為此，我們進行了“單片機的學習與應用”方面的課程設計，鍛煉學生的動腦動手以及協作能力。單片機課程設計是針對模擬電子技術，數字邏輯電路，電路，單片機的原理及應用課程的要求，對我們進行綜合性實踐訓練的實踐學習環節，它包括選擇課設任務、軟件設計，硬件設計，調試和編寫課設報告等實踐內容。通過此次課程設計實現以下三個目標:第一，讓學生初步掌握單片機課程的試驗、設計方法，即學生根據設計要求和性能約束，查閱文獻資料，收集、分析類似的相關題目，并通過元器件的組裝調試等實踐環節，使最終硬件電路達到題目要求的性能指標；第二，課程設計為后續的畢業設計打好基礎，畢業設計是系統的工程設計實踐，而課程設計的著眼點是讓學生開始從理論學習的軌道上逐漸引向實際運用，從已學過的定性分析、定量計算的方法，逐步掌握工程設計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法。第三，培養學生勤于思考樂于動手的習慣，同時通過設計并制作單片機類產品，使學生能夠自己不斷地學習接受新知識（如在本課設題目中存在智能測溫器件DS18B20，就是課堂環節中不曾提及的“新器件”），通過多人的合作解決現實中存在的問題，從而不斷地增強學生在該方面的自信心及興趣，也提高了學生的動手能力，對學生以后步入社會參加工作打下一定良好的實踐基礎。任務書數字溫度計的軟件設計與硬件調試一．任務及要求：設計并制作一個數字溫度計。實現功能如下：1.所設計實驗裝置以MCS-51系列單片機為核心器件，組成一個數字式溫度計。2.所設計實驗裝置能夠測試外界溫度以及溫度變化。3.所設計實驗裝置能夠進行A-D轉換。4.所設計實驗裝置能夠利用LED直接顯示出外界溫度（個，十，百位三位顯示）及溫度變化。5.所設計實驗裝置利用新器件DS18B20智能測溫。6.所設計實驗裝置測試外界溫度誤差范圍在±0.5℃之間。目錄一．前言……………………2二．任務書………………4三．方案論證…………………………73.1．整體設計思路………………7（1）.軟件設計流程圖…………7（2）.元器件的選取……………8（3）.系統最終設計方案………83.2.整體電路設計………………9（1）.硬件電路框圖……………9（2）.硬件電路概述……………103.3.主要單元電路的設計……………………10（1）.單片機主控模塊…………10（2）.溫度采集模塊……………11（3）.數據顯示模塊……………12（4）.硬件電路的組裝與調試………………13四．系統的軟件程序及硬件總圖……………………144.1．軟件程序………………………144.2．硬件電路………………………174.3.元器件清單…………………23三．方案論證3.1.整體設計思路：（1）溫度計軟件設計流程圖：LED動態掃描程序框圖：顯示完否？設置顯示位數設置段碼緩沖區指針中斷服務程序保護現場中斷返回恢復現場，開中斷計數器重置初值修改顯示緩沖區指針顯示位數顯示第一位，延時將位碼送P3口某些端口，位碼送P0口設置堆棧指針將溫度轉換為BCD碼發讀存儲器命令讀溫度數據復位DS18B20發跳過ROM命令顯示緩沖區初始化更新數據緩沖區延時發溫度轉換命令復位DS18B20發跳過ROM命令開始顯示完否？設置顯示位數設置段碼緩沖區指針中斷服務程序保護現場中斷返回恢復現場，開中斷計數器重置初值修改顯示緩沖區指針顯示位數顯示第一位，延時將位碼送P3口某些端口，位碼送P0口設置堆棧指針將溫度轉換為BCD碼發讀存儲器命令讀溫度數據復位DS18B20發跳過ROM命令顯示緩沖區初始化更新數據緩沖區延時發溫度轉換命令復位DS18B20發跳過ROM命令開始（2）元器件的選取：單片機芯片的選取：方案一.采用89C51芯片作為硬件核心，利用FlashROM，內部具有4KBROM存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術,當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二:采用AT89C2051單片機與MCS-51系列單片機相比有兩大優勢：第一，片內程序存儲器采用閃存，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路的體積更小，且管腳數目為20個，與MCS-51相比減少一倍，使理解更容易。綜上所述：本課設中單片機芯片采用AT89C2051。溫度傳感器的選取：方案一：采用熱敏電阻傳感器。利用熱敏電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉換為能量的變化，進而制成溫度計。但是其測溫傳感器比較復雜，而且不易通過編制程序來控制測溫精度，增大系統設計的難度。方案二：采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20的內部3腳（或8腳）封裝；使用特有的溫度測量技術，將被測溫度轉換成數值信號；3.0～5.5V的電源供電方式和寄生電源供電方式；ROM由64位二進制數字組成，共分為8個字節；RAM由9個字節的高速暫存器和非易失性電擦寫ROM組成。綜上所述：溫度傳感器選取智能測溫器件DS18B20。動態顯示模塊選取四位一體的共陰LED顯示器。本課設中選取型號為SM420564的顯示器。（3）系統最終設計方案：綜上各方案所述,對此次課設的方案選定:采用AT89C2051作為主控制系統;四位一體共陰LED顯示器SM420564作為溫度數據顯示裝置;而智能溫度傳感器DS18B20器件作為測溫電路主要組成部分。至此，系統最終方案確定。3.2．整體電路設計（1）硬件電路框圖：單片機芯片AT89C2051復位電路晶振控制3位LED顯示器溫度檢測電路電源電路（2）硬件電路概述：本電路是由AT89C2051單片機為控制核心，具有與MCS-51系列單片機完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節可編程閃存，工作電壓范圍為2.7～6V，全靜態工作頻率為0～24MHZ；顯示電路由4位一體的共陰LED顯示器提供，任取其中三位作為所讀取的外界溫度個位，十位，百位顯示，該器件較之單個LED顯示器具有引腳個數少，便于連線，出錯機率低，查找方便等優點；溫度傳感器電路主要由DS18B20測溫器件構成，該器件主要功能有：采用單總線技術；每只DS18B20具有一個獨立的不可修改的64位序列號；低壓供電，電源范圍為3～5V；測溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃3.3.主要單元電路的設計：（1）單片機主控模塊：AT89C2051單片機芯片采用DIP-20封裝形式，與80C51芯片進行比較，減少了兩個對外端口（P0口和P2口），P3.6口在內部已與片內比較器輸出相連，外端引腳并不顯示，其P1口為8位雙向I/O引腳，P3.0～P3.5與P3.7口為7個帶內部上拉的雙向I/O引腳。單片機的最小系統如下圖所示,4引腳和5引腳接時鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調電容的一端,在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調電容的另一端,在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出.第1引腳為復位輸入端,接上電容,電阻構成上電復位電路,20引腳為電源端,10引腳為電源端.主控電路如下：其中：P1口的P1.0～P1.6為顯示器的段選信號；P3口中的P3.4，P3.5，P3.7口為位選控制端，分別對應數據中的百位，十位，個位。P3.2口為溫度傳感器DS18B20的信號端。（2）溫度采集模塊：采用數字式溫度傳感器DS18B20，它是單總線智能傳感器，具有微型化，低功耗，高性能，抗干擾能力強，易于與微處理器接口等優點，適合于各種溫度測控系統。該器件將半導體溫敏器件，A/D轉換器，存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度信號數字值。該器件僅需要一條數據線進行數據傳輸，使用P3.2與DS18B20的DQ口連接加一個上拉電阻,VCC接5V電源,GND接地。測溫電路如下：（3）數據顯示模塊：采用4位一體共陰LED顯示器。本課程設計中，顯示器型號選取SM420564。在采用動態掃描方式時，要使得LED顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設置適當的掃描頻率，根據課設任務所要求的功能確定。顯示電路如下：其中：A～G管腳與P0口的P1.0～P1.6相連，確定顯示器被選中數據位的段碼；2，3，4管腳分別于P3口的P3.4，P3.5，P3.7相連，確定顯示器的位碼，分別對應于數據的百位，十位和個位。（4）硬件電路的安裝與調試電路的安裝與調試是我們這次課程設計的主要任務之一，也是整個過程的最難階段。在整個過程中，開始的時候我和我們組的組員們都信心百倍，一切進展順利，直到硬件連接完畢接上5V電源時，第一個問題擺在我們面前，顯示器示數存在卻不發生變化，甚至在外界溫度變化比較大時也一樣，開始我們懷疑是硬件連線有問題，可是經過反復檢查，并不斷對照資料上各個元器件管腳圖及其相應功能，并沒發現連線方面的錯誤。之后，有的組員懷疑是程序有問題，可是也有的組員提出系統仿真并沒有出現類似問題，所以不應該是這樣。最后經過討論，我們一致決定檢查程序。因為軟件為硬件服務，硬件出現了問題，也不能完全說程序一定正確。可是經過重新確認，檢查程序漏洞，并沒有發現任何錯誤，大家開始感覺有點煩了，不過好在大家的信心并沒有喪失，我們開始查找資料而且向身邊的同學虛心求教，最終我們把目標鎖定在溫度傳感器DS18B20器件和顯示器SM420564上，確認是兩者可能存在問題。后又分開檢測兩者之一，經過軟件程序的單獨處理，我們得出最終結論，我們所領取的元器件DS18B20是劣質品。我們重新申請領取了一個DS18B20，用其替換了原來的那個，發現一切運行正常，經過測試各方面的性能，而且反復檢查了幾遍，一致認定硬件電路的性能完全符合我們的任務要求指標。直到這時，大家才松了一口氣，每個人都很興奮，完全沒有了之前的煩悶。至此，裝調工作結束。四．系統的軟件程序及硬件總圖4.1.軟件程序如下：（流程圖已在第7頁中給出，在此給出根據確定任務要求所設計程序主體）ORG0000HTEMPER_LEQU41HTEMPER_HEQU40HFLAG1EQU38HA_BIT1EQU31HB_BIT1EQU32HD_BIT1EQU35HDQEQUP3.2MOD7:MOVSP,#60HLCALLGET_TEMPERLCALLTEMPCOVLCALLDISPLAYAJMPMOD7TEMP0:INCAAJMPTEMP1TEMPCOV:MOVA,TEMPER_LMOVB,#16DIVABJBB.3,TEMP0TEMP1:MOV34H,AMOVA,BMOVB,#10MULABMOVB,#16DIVABMOV30H,AMOVA,TEMPER_HMOVB,#16MULABADDA,34HMOVB,#10DIVABMOV31H,BMOVB,#10DIVABMOV32H,BMOVB,#10DIVABMOV35H,BMOVA,TEMPER_HMOV33H,#10HJBACC.7,EXIT7MOV33H,#00HEXIT7:RETINIT_1820:SETBDQNOPCLRDQMOVR1,#3TSR1:MOVR0,#107DJNZR0,$DJNZR1,TSR1SETBDQNOPNOPNOPMOVR0,#25HTSR2:JNBDQ,TSR3DJNZR0,TSR2LJMPTSR4TSR3:SETBFLAG1LJMPTSR5TSR4:CLRFLAG1LJMPTSR7TSR5:MOVR0,#117TSR6:DJNZR0,TSR6TSR7:SETBDQRETGET_TEMPER:SETBDQLCALLINIT_1820JBFLAG1,TSS2RETTSS2:MOVA,#0CCHLCALLWRITE_1820MOVA,#44HLCALLWRITE_1820LCALLDISPLAYLCALLINIT_1820MOVA,#0CCHLCALLWRITE_1820MOVA,#0BEHLCALLWRITE_1820LCALLREAD_18200RETWRITE_1820:MOVR2,#8CLRCWR1:CLRDQMOVR3,#6DJNZR3,$RRCAMOVDQ,CMOVR3,#23DJNZR3,$SETBDQNOPDJNZR2,WR1SETBDQRETREAD_18200:MOVR4,#2MOVR1,#TEMPER_LRE00:MOVR2,#8RE01:CLRCSETBDQNOPNOPCLRDQNOPNOPNOPSETBDQMOVR3,#9RE10:DJNZR3,RE10MOVC,DQMOVR3,#23RE20:DJNZR3,RE20RRCADJNZR2,RE01MOV@R1,ADECR1DJNZR4,RE00RETDISPLAY:MOVDPTR,#TABMOVR0,#4DPL1:MOVR1,#250DPLOP:MOVA,31HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRP3.7ACALLD1MSSETBP3.7MOVA,32HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRP3.5ACALLD1MSSETBP3.5MOVA,35HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRP3.4ACALLD1MSSETBP3.4MOVP1,#00HDJNZR1,DPLOPDJNZR0,DPL1RETD1MS:MOVR7,#0FFHDJNZR7,$RETTAB:DB3FHDB06HDB5BHDB4FHDB66HDB6DHDB7DHDB07HDB7FHDB6FHEND4.2.硬件電路圖如下：注：此圖為仿真軟件proteus7.4中的仿真電路截圖，所以單片機主控部分未曾給出晶振控制部分（需要通過系統設置為12MHZ）以及AT89C2051芯片的電源VCC引腳和