单片机课程设计报告2

河南理工大学本科课程设计报告河河南南理理工工大大学学《单片机应用与仿真训练》设计报告智能温控器设计姓名：学号：专业班级：指导老师：所在学院：电气工程与自动化学院2015年1月18日河南理工大学本科课程设计报告1摘要温度作为一个常用的物理量在我们的气场生活中起着十分重要的作用，所以对温度计的设计也十分必要。在此介绍一种智能温控器，这种温控器有许多优点，并且它的应用范围非常广泛。它的主要元件是：控制器—AT89C2051、温度传感器—DS18B20、数码管—LED，所以这种温度计不仅设计起来简单并且轻便、便宜，总体来说这种温度计的性价比是很高的。它的主要原理是利用DS18B20可以很好的转换温度值，并且直接显示温度值，它的性能优于传统的感温元件并且省去了A\D、和模拟开关的设计。此外AT89C2051体积小并且还可以直接驱动LED，这样大大化简了设计的难度并且降低了成本。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。而现在的单片机在农业上页有了很多的应用。温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，有直观准确。关键词：智能温控器单片机温度传感器河南理工大学本科课程设计报告2目录1概述.............................................................31.1传感器.....................................................31.2设计任务及指标.............................................32系统总体方案及硬件设计...........................................42.1总体设计方案...............................................42.2方案的总体设计框图.........................................42.2.1主控制器...............................................42.2.2显示电路...............................................52.2.3温度传感器.............................................52.2.4DS18B20温度传感器与单片机的接口电路...................72.3系统硬件主要构成............................................73软件设计.........................................................83.1主程序方案..................................................83.2读出温度子程序..............................................83.3温度转换命令子程序..........................................93.4计算温度子程序..............................................93.5显示数据刷新子程序.........................................104Proteus软件仿真................................................115课程设计体会....................................................12参考文献附1：源程序代码附2：系统原理图河南理工大学本科课程设计报告31、概述1.1传感器传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。1.2设计任务及指标1.2.1设计任务利用单片机和数字温度传感器，实现一个能精确测量并显示温度的实际应用系统，为低成本的数字温度测量系统设计提出一种新的解决方案。并需说明设计方案的构思依据、设计思路、系统原理、设计过程及系统工作流程图。1.2.2技术指标：①系统稳定性高；②使用四位数码管显示温度值；③测量精度达0.1℃；④要求系统具备复位功能；河南理工大学本科课程设计报告42系统总体方案及硬件设计2.1总体设计方案在单片机电路设计中，使用传感器，是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。2.2方案的总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如2-1所示，控制器采用单片机AT89C2051，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。图2-1总体设计方框图2.2.1主控制器系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，如图2-1所示。图2-4中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。主控制器LED显示温度传感器单片机复位时钟振荡报警点按键调整河南理工大学本科课程设计报告5图2-2单片机主板电路2.2.2显示电路显示电路采用3位共阳LED数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。2.2.3温度传感器DS18B20的测温原理如图2-3所示.图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生的信号作为减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显变，所以产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器决定，每次测量前，首先将—55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在—55℃所对应的一个基数值。河南理工大学本科课程设计报告6图2-3DS18B20测温原理图减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置值将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。斜率累加器用于温度补偿和修正测温过程中的非线形性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值达到被测温度值。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。河南理工大学本科课程设计报告72.2.4DS18B20温度传感器与单片机的接口电路图2-4DS18B20的测温电路与单片机的连接电路2.3系统硬件主要构成整个系统硬件可以分为主控制器模块，测温电路模块和显示电路模块。每个模块执行其相应的功能，共同组成了一个有序，协调的系统。主要元件有控制器—AT89C2051,温度传感器DS18B20、数码管—LED。河南理工大学本科课程设计报告83、软件设计3.1主程序方案主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3-1所示。图3-1主程序流程图图3-2读温度流程图3.2读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图3-2示3.3温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率初始化调用显示子程序1S到？初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNYY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NNY河南理工大学本科课程设计报告9发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图3-3所示图3-3温度转换流程图3.4计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3-4所示。图3-4计算温度流程图开始温度零下?温度值取补码置“—”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束置“+”标志NY河南理工大学本科课程设计报告103.5显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图3-5。图3-5显示数据刷新流程图温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号）结束NNYY河南理工大学本科课程设计报告114、Proteus软件仿真河南理工大学本科课程设计报告125、课程设计体会在这次设计中，经过自身的努力，不但加深了对单片机与传感器的进一步的认识和理解，并将所学的知识充分应用于实践中。通过毕业设计，使我认识到理论联系实际的重要性，在实践中扩展了知识面，不但掌握了本专业的相关知识，而且对其他专业的知识也有所了解，从各方面提高了自身的综合素质。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。参考文献[1]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.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（第三版）.北京：高等教育出版社，1989[4]廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，1999[5]李道华,李玲,朱艳编著.传感器电路分析与设计[M].武