單片微型計算機原理與接口技術(shù)課程設計報告——溫度測量

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文檔簡介

1、　　單片微型計算機原理與接口技術(shù)課程設計報告　　題目：溫度測量 　　班級：　　學號： 　　姓名： <

2、p>　　指導老師： 　　實習日期： 6.27~7.1　　1、課程設計要求　　(1)通過按鍵設置溫度上、下限　　(2)讀入A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：　　若數(shù)據(jù)&

3、lt;下限，則顯示溫度并顯示L、報警并使步進電機正轉(zhuǎn)；　　若數(shù)據(jù)>上限，則顯示溫度并顯示H、報警并使步進電機反轉(zhuǎn)；　　若下限<數(shù)據(jù)<上限，則顯示C　　(3)本機地址為06H，當接到上位機發(fā)的06H時，則回發(fā)06H　　當接到上位機發(fā)的AAH時，則將當前溫度

4、發(fā)給上位機　　當接到上位機發(fā)的55H時，則小燈亮，提示修改上、下限　　2、方案論證　　由于本設計是于AT89C51 單片機的溫度測量系統(tǒng)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示

5、電路上將被測溫度顯示出來。但是這種設計需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路，還要涉及到電阻與溫度的對應值的計算，比較麻煩。所以采用DS18B20溫度傳感器，這樣可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都容易實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設計要求。　　步進電機模塊，由于步進電機的額定工作電流過大，單片機無法獨立驅(qū)動其工作，因而在接口電路與步進電機之間加入ULN2003

6、A驅(qū)動芯片，利用驅(qū)動芯片的電流放大作用，使步進電機可靠的運轉(zhuǎn)。　　總體設計方框圖如圖2.1所示。　　圖2.1總體設計方框圖　　3、硬件系統(tǒng)設計及原理圖　　3.1單片機主控電路　　本設計中采用美國Atmel公司的8位單片機AT89C

7、51作為單片機控制模塊的核心部件，該型單片機在本設計中的應用如下：晶振采用 12MHZ，復位電路采用上電加按鈕復位。　　圖3.1.2 復位電路　　3.2 顯示電路　　顯示電路采用 4位共陰極 LED 數(shù)碼管， P 0 口由上拉電阻提高驅(qū)動能力，作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅(qū)

8、動。 P2 口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動態(tài)掃描的方式顯示。　　圖3.2數(shù)碼管顯示電路　　3.3溫度傳感器　　DS18B2 0 溫度傳感器是美國 DALLA S 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，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

9、可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。　　圖3.3溫度傳感器與單片機的連接　　3.4溫度上下限調(diào)整按鍵　　本系統(tǒng)設計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設置溫度上下限和當前溫度，另外兩個分別用于設置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。<b&g

10、t;　　圖3.4按鍵電路　　3.5步進電機　　3.5.1步進電機驅(qū)動電路　　本設計選用驅(qū)動芯片ULN2003驅(qū)動四相步進電機。　　ULN2003是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN達林頓管組成。ULN2003

11、的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和 CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。　　ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達 500mA，并且能夠在關態(tài)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。　　圖3.5.2.1 ULN2003方框圖

12、　　表3.5.2 ULN2003極限值參數(shù)　　ULN2003與單片機連接驅(qū)動步進電機原理圖如下：　　圖3.5.2.2步進電機驅(qū)動電路　　3.6雙機通信　　利用單片機串行口實現(xiàn)兩個單片機（主機、從機）之間的通信，

13、其中一個單片機作為主機（發(fā)送方），另一個為從機（接收方），主機讀入按鍵值并將相應命令發(fā)送給從機，從機收到命令后執(zhí)行相應的功能。雙機通信示意圖如下：　　圖3.6雙機通信示意圖　　4、軟件清單　　系統(tǒng)程序主要包括主程序和通信程序。　　其中

14、主程序包括延時函數(shù)、掃描顯示函數(shù)、DS18B20 復位函數(shù)、DS18B20 寫命令函數(shù)、DS18B20 讀1 字節(jié)函數(shù)、讀出溫度函數(shù)、溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)、報警函數(shù)、步進電機函數(shù)、設置溫度顯示轉(zhuǎn)換函數(shù)、按鍵查詢程序、主函數(shù)。　　通信上位機程序包括延時函數(shù)、掃描顯示函數(shù)、初始化函數(shù)、按鍵查詢程序、主函數(shù)。下位機函數(shù)包括初始化、接收程序、主函數(shù)。

15、;　　上位機軟件清單：　　#include "reg51.h"　　#include "intrins.h" //_nop_();延時函數(shù)用　　#define dm P0 //段碼輸出口　　#define ucha

16、r unsigned char　　#define uint unsigned int　　uint h;　　sbit w0=P2^0; //數(shù)碼管4　　sbit w1=P2^1; //數(shù)碼管3

17、　sbit w2=P2^2; //數(shù)碼管2　　sbit w3=P2^3; //數(shù)碼管1　　sbit aa=P1^0; 　　sbit bb=P1^1; 　　sbit cc=P1^2; 　　uchar idata buf[1];<

18、;/p>　　uchar code table_dm[15]=　　{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40,0x38,0x76,0x39};　　//共陰LED 段碼表"0" "1" "2"

19、"3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-"'L''H''C'　　uchar data display[4]={0x00,0x00,0x00,

20、0x00}; //顯示單元數(shù)據(jù)，共4 個數(shù)據(jù)和一個運算暫用　　/******11us 延時函數(shù)*******/　　void delay(uint t)　　{　　for (;t>0;t--);<p&g

21、t;　　}　　/************scan*************/　　void scan()　　{　　int j;<p

22、>　　for(j=0;j<4;j++)　　{　　switch (j)　　{　　case 0: dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;&

23、lt;/p>　　case 1: dm=table_dm[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;　　case 2: dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;　　case 3: dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w

24、3=1;　　}　　}　　}　　/**********初始化函數(shù)***********/　　void init()&l

25、t;/p>　　{　　TMOD=0x20;　　TH1=0xfd;　　TL1=0xfd;　　PCON=0x00;

26、　　TR1=1;　　SCON=0x50;　　}　　/*************keyscan***********/　　void keyscan()&l

27、t;p>　　{　　if (aa==0)　　{　　SBUF=0x06;　　do{} while(TI==0);TI=0;　　}<

28、;/b>　　else if (bb==0)　　{　　SBUF=0xaa;　　do{} while(TI==0);TI=0;　　}

29、　　else if(cc==0)　　{SBUF=0x55;　　display[3]=0x0d;　　display[2]=0x0d;　　display[1]=0x0d;　　display[0]=0x0d;<

30、;/p>　　do{} while(TI==0);TI=0;　　}　　else ;　　}　　/************main***

31、************/　　void main()　　{　　init();　　dm=0x00; //初始化端口　　w0=0;</

32、b>　　w1=0;　　w2=0;　　w3=0;　　for(h=0;h<4;h++) //開機顯示"0000"

33、;　　{　　display[h]=0;　　}　　while(1)　　{&l

34、t;p>　　scan();　　keyscan();　　if(RI==1)　　{　　RI=0;

35、　　buf[0]=SBUF;　　if(buf[0]==0x55)　　{　　}　　else if(buf[0]==0x06)<

36、;b>　　{　　display[3]=0x0a;　　display[2]=0x0a;　　display[1]=buf[0]%100/10;　　display[0]=buf[0]%10;

37、　}　　else　　{　　display[3]=0x0a;　　display[2]=0x0e;　　display[1]=buf[0]

38、%100/10;　　display[0]=buf[0]%10;　　} 　　}　　}　　}</

39、b>　　下位機軟件清單　　#include "reg51.h"　　#include "intrins.h" //_nop_();延時函數(shù)用　　#define dm P0 //段碼輸出口&l

40、t;/p>　　#define uchar unsigned char　　#define uint unsigned int　　uchar code Table[4]={0x03,0x06,0x0c,0x09};　　uchar code Table1[4]={0x09,0x0c,0x06

41、,0x03};　　sbit DQ=P2^7; //溫度輸入口 　　sbit w0=P2^0; //數(shù)碼管4　　sbit w1=P2^1; //數(shù)碼管3　　sbit w2=P2^2; //數(shù)碼管2　　sbit w3=P2

42、^3; //數(shù)碼管1　　sbit beep=P3^7; //蜂鳴器和指示燈　　sbit set=P2^6; //溫度設置切換鍵　　sbit add=P2^4; //溫度加　　sbit dec=P2^5; //溫度減　　sbit l

43、ig=P3^6;　　int temp1=0; //顯示當前溫度和設置溫度的標志位為0 時顯示當前溫度　　uint h;　　uint temp;　　uchar r;<p

44、>　　uchar high=35,low=20;　　uchar sign;　　uchar q=0;　　uchar tt=0;　　uchar scale;　　uchar idata buf[1]={0x00};</p&g

45、t;　　int num=0;　　int num1=0;　　//*****溫度小數(shù)部分用查表法****//　　uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,

46、0x09,0x09};　　//小數(shù)斷碼表　　uchar code table_dm[15]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40,0x38,0x76,0x39};　　//共陰LED 段碼表&q

47、uot;0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-"'L''H''C'

48、　　uchar table_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}; //個位帶小數(shù)點的斷碼表　　uchar data temp_data[2]={0x00,0x00}; //讀出溫度暫放　　uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0

49、x00}; //顯示單元數(shù)據(jù)，共4 個數(shù)據(jù)和一個運算暫用　　/**********延時函數(shù)************/　　void delay(uint t)　　{　　for (;t>0;t--);<

50、p>　　}　　//********掃描顯示函數(shù)******//　　void scan()　　{　　int j;

51、　　for(j=0;j<4;j++)　　{　　switch (j)　　{　　case 0: dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//xia

52、oshu　　case 1: dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//gewei　　case 2: dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//shiwei　　case 3: dm=table_dm[display

53、[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//baiwei　　}　　}　　}　　//******18B20 復位函數(shù)*******/

54、;　　ow_reset(void)　　{　　char presence=1;　　while(presence)　　{　　while(

55、presence)　　{　　DQ=1;_nop_();_nop_();//從高拉倒低　　DQ=0;　　delay(50); //550 us<b&g

56、t;　　DQ=1;　　delay(6); //66 us　　presence=DQ; //presence=0 復位成功,繼續(xù)下一步　　}　　delay(45); //延時500 us<

57、;p>　　presence=~DQ;　　}　　DQ=1; //拉高電平　　}　　/*******DS18B20 寫命令函數(shù)*****/　　//向1-

58、WIRE 總線上寫1 個字節(jié)　　void write_byte(uchar val)　　{　　uchar i;　　for(i=8;i>0;i--)&

59、lt;b>　　{　　DQ=1;_nop_();_nop_(); //從高拉倒低　　DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //5 us　　DQ=val&0x01; //最低位移出　　delay(6);

60、//66 us　　val=val/2; //右移1 位　　}　　DQ=1;　　delay(1);

61、　}　　/*****S18B20 讀1 字節(jié)函數(shù)*****/　　//從總線上取1 個字節(jié)　　uchar read_byte(void)　　{　　uchar

62、 i;　　uchar value=0;　　for(i=8;i>0;i--)　　{　　DQ=1;_nop_();_nop_();　　value>>=1;&l

63、t;/p>　　DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4 us　　DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4 us　　if(DQ)value|=0x80;　　delay(6); //66 us</p&

64、gt;　　}　　DQ=1;　　return(value);　　}　　/*******讀出溫度函數(shù)******//

65、　　read_temp()　　{　　ow_reset(); //總線復位　　delay(200);　　write_byte(0xcc); //發(fā)命令　　write_byte(

66、0x44); //發(fā)轉(zhuǎn)換命令　　ow_reset();　　delay(1);　　write_byte(0xcc); //發(fā)命令　　write_byte(0xbe);　　temp_data[0]

67、=read_byte(); //讀溫度值的第字節(jié)　　temp_data[1]=read_byte(); //讀溫度值的高字節(jié)　　temp=temp_data[1];　　temp<<=8;　　temp=temp|temp_d

68、ata[0]; // 兩字節(jié)合成一個整型變量。　　return temp; //返回溫度值　　}　　/*******溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*******/　　work_temp(uint tem)&

69、lt;b>　　{　　display[4]=tem&0x0f; // 取小數(shù)部分的值　　display[0]=ditab[display[4]]; // 存入小數(shù)部分顯示值　　display[4]=tem>>4; // 取中間八位,即整數(shù)部分的值

70、　　display[3]=display[4]/100; // 取百位數(shù)據(jù)暫存　　display[1]=display[4]%100; // 取后兩位數(shù)據(jù)暫存　　display[2]=display[1]/10; // 取十位數(shù)據(jù)暫存　　display[1]=display[1]%10; //個

71、位數(shù)據(jù)　　r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;　　/////符號位顯示判斷/////　　if(r<high)　　{　　i

72、f(r>low)　　{　　display[3]=0x0e;　　}　　else<b&g

73、t;　　{　　display[3]=0x0c;　　}　　}　　else　　{&

74、lt;/b>　　display[3]=0x0d;　　}　　if(!display[2])　　{　　display[2]=0x0a; //次高位為0

75、時不顯示　　}　　}　　//*******報警函數(shù)******//　　void BEEP()　　{

76、;　　if((r>high&&r<129)||r<low)　　{　　beep=!beep;　　}　　else</b&

77、gt;　　{　　beep=0;　　}　　}　　/*********步進電機函數(shù)

78、*********/　　void stepper()　　{　　if(r>high)　　{　　TR0=1;<

79、;/p>　　if(num1<8)　　{　　do{}while(!TF0);num1++;TH0=0x06;TL0=0x06;　　}　　else

80、　　{　　num1=0;　　P1=Table[num];　　num++;　　if(num==4)

81、 num=0;　　}　　}　　else if(r<low)　　{　　TR0=1;<

82、/b>　　if(num1<8)　　{　　do{}while(!TF0);num1++;TH0=0x06;TL0=0x06;　　}<b&g

83、t;　　else 　　{　　num1=0;　　P1=Table1[num];　　num++;

84、if(num==4) num=0;　　}　　}　　else TR0=0;　　}　　//*******設置溫度顯示

85、轉(zhuǎn)換*****//　　void xianshi(int horl)　　{　　if(horl==high)　　{　　display[3]=0x0d;<

86、/p>　　display[2]=horl%100/10;　　display[1]=horl%10;　　display[0]=0;　　}　　else

87、　　{　　display[3]=0x0c;　　display[2]=horl%100/10;　　display[1]=horl%10;　　display[0]=0;<

88、b>　　}　　if(!display[2])　　{　　display[2]=0x0a; //次高位為0 時不顯示　　}<b

89、>　　}　　//*********按鍵查詢程序********//　　void keyscan()　　{　　//int temp1; //最高溫度和最低溫度標志位

90、if(set==0)　　{　　while(1)　　{　　delay(500);//消抖　　if(set==0)<

91、;/p>　　{　　temp1++;　　while(!set)　　scan();　　}<

92、/p>　　if(temp1==1)　　{　　xianshi(high);　　scan();　　if(add==0)<b&

93、gt;　　{　　while(!add)　　scan();　　high+=1;　　}　　if(de

94、c==0)　　{　　while(!dec)　　scan();　　high-=1;　　}</b

95、>　　}　　if(temp1==2)　　{　　xianshi(low);　　if(add==0)<b

96、>　　{　　while(!add)　　scan();　　low+=1;　　}　　if(de

97、c==0)　　{　　while(!dec)　　scan();　　low-=1;　　}</b&

98、gt;　　scan();　　}　　if(temp1>=3)　　{　　temp1=0;<

99、/b>　　break;　　}　　}　　}　　}<

100、/b>　　/**********初始化***********/　　void init (void)　　{　　TMOD=0x22;　　TH0=0x06;TL0=0x06;

101、;　　TH1=0xfd;　　TL1=0xfd;　　PCON=0x00;　　TR1=1;　　SCON=0x50;&

102、lt;p>　　SBUF=0x55;　　}　　/**********接收函數(shù)*********/　　void receive ()　　{　　buf[0

103、]=SBUF;　　if(buf[0]==0x06)　　{　　lig=1;　　SBUF=0x06;　　do{} while(TI==0);TI=0;<

104、/p>　　}　　else if(buf[0]==0xaa)　　{　　lig=1;　　SBUF=r;</b&

105、gt;　　do{} while(TI==0);TI=0;　　}　　else if(buf[0]==0x55)　　{　　lig=0x00;

106、　　SBUF=0x55;　　do{} while(TI==0);TI=0;　　}　　else ;　　}</b&

107、gt;　　/*********主函數(shù)*********/　　void main()　　{　　init();　　dm=0x00; //初始化端口</p

108、>　　w0=0;　　w1=0;　　w2=0;　　w3=0;　　for(h=0;h<4;

109、h++) //開機顯示"0000"　　{　　display[h]=0;　　}　　ow_reset(); //開機先轉(zhuǎn)換一次　　writ

110、e_byte(0xcc); //Skip ROM　　write_byte(0x44); //發(fā)轉(zhuǎn)換命令　　for(h=0;h<100;h++) //開機顯示"0000"　　{　　scan()

111、;　　}　　while(1)　　{　　if(RI==1)&

112、lt;b>　　{　　RI=0;　　receive ();　　}　　if (temp1==0)　　{</b

113、>　　work_temp(read_temp()); //處理溫度數(shù)據(jù)　　stepper();　　scan(); //顯示溫度值　　BEEP();　　keyscan();</p&g

114、t;　　}　　else　　{　　keyscan();　　}

115、;　　}　　}　　5、實驗仿真　　5.1從機　　進入 protuse 后，連接好電路，并將程序下載進去。數(shù)碼管顯示溫度與

116、傳感器的溫度相同。當前溫度高于上限值時，步進電機倒轉(zhuǎn)并蜂鳴器報警；當前溫低于下限值時，步進電機正轉(zhuǎn)并蜂鳴器報警。　　當按下 SET 鍵一次時，進入溫度上限調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設置的溫度上限，按 AD D或 DEC 分別對上限溫度進行加一或減一。　　當再次按下 SET 鍵時，進入溫度下限調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設置的溫度下限，按 AD D或 DEC 分別對下限溫度

117、進行加一或減一。　　當?shù)谌伟聪?SET 鍵時，退出溫度報警線設置。顯示當前溫度。　　圖5.1從機仿真圖　　5.2主機　　圖5.2主機仿真圖

118、;　　5.3雙機通信　　上電時主機顯示“0000”。按下左鍵向從機發(fā)送“06h”，從機回發(fā)“06h”，主機顯示“06”；按下中鍵向從機發(fā)送“0aah”，從機將當前溫度回發(fā)給主機，主機顯示當前溫度值；按下右鍵，向從機發(fā)送“055h”，從機發(fā)光二極管亮，并重新設定溫度上下限，主機顯示“HHHH”。

119、　圖5.3雙機通信仿真圖　　6、實驗心得體會　　通過本次單片機接口設計實習，本組成員在軟件及硬件上均設計并實現(xiàn)了實習要求的功能。在軟件功能的實現(xiàn)方面，成員們結(jié)合單片機原理圖，經(jīng)過反復推敲，最終統(tǒng)一思路以中斷的方式進行程序的編譯，同時熟悉并掌握了proteus軟件的使用，用該軟件進行了一些功能的初步演示仿真。這次實驗中

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