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單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

班級(jí)物聯(lián)網(wǎng)卓越1502

學(xué)號(hào)1030615315

基于AT89X52的溫度測(cè)量系統(tǒng)

單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度傳感器DS18B20的狀態(tài)，并將DS18820得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。上電后數(shù)碼管顯示當(dāng)前的環(huán)境溫度，通過(guò)按鍵可設(shè)置高低溫報(bào)警值，當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于設(shè)置的報(bào)警值的時(shí)候，蜂鳴器報(bào)警同時(shí)報(bào)警燈閃爍，溫度檢測(cè)精確到0.1度。并具有掉電保存功能，數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)內(nèi)部EEPOM中，進(jìn)入設(shè)置界面后如果沒(méi)有鍵按下系統(tǒng)會(huì)在15秒后自動(dòng)退出設(shè)置界面。

二、硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)

1總系統(tǒng)原理圖

主控制最小系統(tǒng)電路如圖1所示。

圖1 單片主控電路

2.2 顯示模塊電路

顯示采用四位數(shù)碼管顯示，當(dāng)位選打開(kāi)時(shí)，送入相應(yīng)的段碼，則相應(yīng)的數(shù)碼管打開(kāi)，關(guān)掉位選，打開(kāi)另一個(gè)位選，送入相應(yīng)的段碼，則數(shù)碼管打開(kāi)，而每次打開(kāi)關(guān)掉相應(yīng)的位選時(shí)，時(shí)間間隔低于20ms，從人類視覺(jué)的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時(shí)顯示的一樣。顯示電路如圖2

圖2 數(shù)碼管顯示

三極管8550來(lái)驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管，不僅簡(jiǎn)單，而且價(jià)格便宜。

DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)處理器處理。

DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè)DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，只靠4.7K上拉電阻就無(wú)法提供足夠的能量，會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。

因此，下圖電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。

DS18B20有六條控制命令：

溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換

讀暫存器 BEH 讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容

寫(xiě)暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、TL字節(jié)

復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到E2RAM中

重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié)

讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU

DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.1所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)三極管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式， P2.2口接單線總線為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)上拉電阻和STC89C52的P2.2來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10 μs。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：

電路如圖5主要是用來(lái)設(shè)定溫度報(bào)警溫度的、有高溫和低溫報(bào)警。

圖5　蜂鳴器、發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)引腳圖

三、程序設(shè)計(jì)

3.1程序結(jié)構(gòu)分析　

主程序調(diào)用了3個(gè)子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、溫度信號(hào)處理程序、按鍵設(shè)定報(bào)警溫度程序。溫度信號(hào)處理程序：對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼管的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。按鍵設(shè)定程序：可以設(shè)定低溫和高溫報(bào)警可精確到0.1度。

主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示，讀出并處理DS18B20的當(dāng)前溫度值，與設(shè)定的報(bào)警溫度比較，其程序流程見(jiàn)圖6所示。

通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分開(kāi)分存放在不的的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)。

圖6 DS18B20溫度流程圖

四、Proteus仿真樣例

4.1正常運(yùn)行（預(yù)設(shè)溫度37℃）

4.2 高溫報(bào)警設(shè)置為40℃

4.3溫度達(dá)到42℃，LED閃爍，蜂鳴器報(bào)警

4.4低溫報(bào)警設(shè)置為15℃

4.3溫度達(dá)到14℃，LED閃爍，蜂鳴器報(bào)警

五、心得總結(jié)

本次課程設(shè)計(jì)的溫控報(bào)警系統(tǒng)具有一定的挑戰(zhàn)性，要求可以任意設(shè)置觸發(fā)所需的溫度閾值并通過(guò)LED和蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在完成設(shè)計(jì)任務(wù)的過(guò)程中查閱了大量的參考資料，同時(shí)也加深了對(duì)各種元器件使用的理解。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，又使我學(xué)到了許多書(shū)本上無(wú)法學(xué)到的知識(shí),也使我深刻體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。

單片機(jī)源程序如下:

#include <AT89X52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char //宏定義
#define SET P3_1 //定義調(diào)整鍵
#define DEC P3_2 //定義減少鍵
#define ADD P3_3 //定義增加鍵
#define BEEP P3_6 //定義蜂鳴器
#define ALAM P1_2 //定義燈光報(bào)警
#define DQ P3_7 //定義DS18B20總線I/O
bit shanshuo_st; //閃爍間隔標(biāo)志
bit beep_st; //蜂鳴器間隔標(biāo)志
sbit DIAN = P0^5; //小數(shù)點(diǎn)
uchar x=0; //計(jì)數(shù)器
signed char m; //溫度值全局變量
uchar n; //溫度值全局變量
uchar set_st=0; //狀態(tài)標(biāo)志
signed char shangxian=38; //上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為38
signed char xiaxian=5; //下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為38
//uchar code LEDData[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff};
uchar code LEDData[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0xCF,0xDA,0x9B,0xDC,0x9B,0x8B};
//============================================================================================
//====================================DS18B20=================================================
//============================================================================================
/*****延時(shí)子程序*****/
void Delay_DS18B20(int num)
{
while(num--) ;
}
/*****初始化DS18B20*****/
void Init_DS18B20(void)
{
unsigned char x=0;
DQ = 1; //DQ復(fù)位
Delay_DS18B20(8); //稍做延時(shí)
DQ = 0; //單片機(jī)將DQ拉低
Delay_DS18B20(80); //精確延時(shí)，大于480us
DQ = 1; //拉高總線
Delay_DS18B20(14);
x = DQ; //稍做延時(shí)后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗
Delay_DS18B20(20);
}
/*****讀一個(gè)字節(jié)*****/
unsigned char ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0;
unsigned char dat = 0;
for (i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0; // 給脈沖信號(hào)
dat>>=1;
DQ = 1; // 給脈沖信號(hào)
if(DQ)
dat|=0x80;
Delay_DS18B20(4);
}
return(dat);
}
/*****寫(xiě)一個(gè)字節(jié)*****/
void WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;
for (i=8; i>0; i--)
{
DQ = 0;
DQ = dat&0x01;
Delay_DS18B20(5);
DQ = 1;
dat>>=1;
}
}
/*****讀取溫度*****/
unsigned int ReadTemperature(void)
{
unsigned char a=0;
unsigned char b=0;
unsigned int t=0;
float tt=0;
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC); //跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作
WriteOneChar(0x44); //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC); //跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作
WriteOneChar(0xBE); //讀取溫度寄存器
a=ReadOneChar(); //讀低8位
b=ReadOneChar(); //讀高8位
t=b; //高8位轉(zhuǎn)移到t
t<<=8; //t數(shù)據(jù)左移8位
t=t|a; //將t和a按位或，得到一個(gè)16位的數(shù)
tt=t*0.0625; //將t乘以0.0625得到實(shí)際溫度值（溫度傳感器設(shè)置12位精度，最小分辨率是0.0625）
t= tt*10+0.5; //放大10倍（將小數(shù)點(diǎn)后一位顯示出來(lái)）輸出并四舍五入
return(t); //返回溫度值
}
//=====================================================================================
//=====================================================================================
//=====================================================================================
/*****延時(shí)子程序*****/
void Delay(uint num)
{
while( --num );
}
/*****初始化定時(shí)器0*****/
void InitTimer(void)
{
TMOD=0x1;
TH0=0x3c;
TL0=0xb0; //50ms（晶振12M）
}
/*****讀取溫度*****/
void check_wendu(void)
{
uint a,b,c;
c=ReadTemperature(); //獲取溫度值
a=c/100; //計(jì)算得到十位數(shù)字
b=c/10-a*10; //計(jì)算得到個(gè)位數(shù)字
m=c/10; //計(jì)算得到整數(shù)位
n=c-a*100-b*10; //計(jì)算得到小數(shù)位
if(m<0){m=0;n=0;} //設(shè)置溫度顯示上限
if(m>99){m=99;n=9;} //設(shè)置溫度顯示上限
}
/*****顯示開(kāi)機(jī)初始化等待畫(huà)面*****/
void Disp_init(void)
{
P0 = ~0x80; //顯示----
P2 = 0x7F;
Delay(200);
P2 = 0xDF;
Delay(200);
P2 = 0xF7;
Delay(200);
P2 = 0xFD;
Delay(200);
P2 = 0xFF; //關(guān)閉顯示
}
/*****顯示溫度子程序*****/
void Disp_Temperature(void) //顯示溫度
{
P0 = ~0x98; //顯示C
P2 = 0x7F;
Delay(100);
P2=0xff;
P0=~LEDData[n]; //顯示個(gè)位
P2 = 0xDF;
Delay(100);
P2=0xff;
P0 =~LEDData[m%10]; //顯示十位
DIAN = 0; //顯示小數(shù)點(diǎn)
P2 = 0xF7;
Delay(100);
P2=0xff;
P0 =~LEDData[m/10]; //顯示百位
P2 = 0xFD;
Delay(100);
P2 = 0xff; //關(guān)閉顯示
}
/*****顯示報(bào)警溫度子程序*****/
void Disp_alarm(uchar baojing)
{
P0 =~0x98; //顯示C
P2 = 0x7F;
Delay(100);
P2=0xff;
P0 =~LEDData[baojing%10]; //顯示十位
P2 = 0xDF;
Delay(100);
P2=0xff;
P0 =~LEDData[baojing/10]; //顯示百位
P2 = 0xF7;
Delay(100);
P2=0xff;
if(set_st==1)P0 =~0xCE;
else if(set_st==2)P0 =~0x1A; //上限H、下限L標(biāo)示
P2 = 0xFD;
Delay(100);
P2 = 0xff; //關(guān)閉顯示
}
/*****報(bào)警子程序*****/
void Alarm()
{
if(x>=10){beep_st=~beep_st;x=0;}
if((m>=shangxian&&beep_st==1)||(m<xiaxian&&beep_st==1))
{
BEEP=0;
ALAM=0;
}
else
{
BEEP=1;
ALAM=1;
}
}
/*****主函數(shù)*****/
void main(void)
{
uint z;
InitTimer(); //初始化定時(shí)器
EA=1; //全局中斷開(kāi)關(guān)
TR0=1;
ET0=1; //開(kāi)啟定時(shí)器0
IT0=1;
IT1=1;
check_wendu();
check_wendu();
for(z=0;z<300;z++)
{
Disp_init();
}
while(1)
{
if(SET==0)
{
Delay(2000);
do{}while(SET==0);
set_st++;x=0;shanshuo_st=1;
if(set_st>2)set_st=0;
}
if(set_st==0)
{
EX0=0; //關(guān)閉外部中斷0
EX1=0; //關(guān)閉外部中斷1
check_wendu();
Disp_Temperature();
Alarm(); //報(bào)警檢測(cè)
}
else if(set_st==1)
{
BEEP=1; //關(guān)閉蜂鳴器
ALAM=1;
EX0=1; //開(kāi)啟外部中斷0
EX1=1; //開(kāi)啟外部中斷1
if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}
if(shanshuo_st) {Disp_alarm(shangxian);}
}
else if(set_st==2)
{
BEEP=1; //關(guān)閉蜂鳴器
ALAM=1;
EX0=1; //開(kāi)啟外部中斷0
EX1=1; //開(kāi)啟外部中斷1
if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}
if(shanshuo_st) {Disp_alarm(xiaxian);}
}
}
}
/*****定時(shí)器0中斷服務(wù)程序*****/
void timer0(void) interrupt 1
{
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
x++;
}
/*****外部中斷0服務(wù)程序*****/
void int0(void) interrupt 0
{
EX0=0; //關(guān)外部中斷0
if(DEC==0&&set_st==1)
{
do{
Disp_alarm(shangxian);
}
while(DEC==0);
shangxian--;
if(shangxian<xiaxian)shangxian=xiaxian;
}
else if(DEC==0&&set_st==2)
……………………
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