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1、单片机课程设计设计题目基于 proteus 仿真软件的数字温度计的设计专业名称班级学号学生姓名指导教师设计时间 2009.12.282010.01.032目录实验条件及任务要求1.设计实验条件32.设计任务及要求3设计报告内容1.绪论绪论32.总体设计方案2.1 数字温度计的设计方案论证32.2 方案二的总体设计框图32.3 主控器及部分电路分析42.4 系统整体硬件电路93.系统软件设计3.1 主程序103.2 读出温度子程序103.3 计算温度子程序124.总结体会总结体会145.参考文献文献目录14附录：实验完整程序153实验条件及任务要求1.设计实验条件keil C 和 proteus
2、 仿真软件2.设计任务及要求2.1 总体功能设计2.2 硬件电路设计2.3 软件设计2.4 工作总结设计题目：基于 proteus 仿真软件的数字温度计设计1 绪论随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制
3、器使用单片机 AT89C51，测温传感器使用DS18B20，用 LM016L 液晶模块显示输出,能准确达到以上要求。2 总体设计方案2.1 数字温度计设计方案论证2.1.1 方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。2.1.2 方案二 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易
4、直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.2 方案二的总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 AT89C51，温度传感器采用 DS18B20，用 LM016L 液晶显示模块传送数据实现温度显示。4图 1.总体模块设计2.3 主控器及部分电路分析2.3.1 主控制器单片机 AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。2.3.2 显示电路LM016L 液晶模块采用
5、 HD44780 控制器。HD44780 具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。LM016L 与单片机MCU（Microcontroller Unit）通讯可采用 8 位或者 4 位并行传输两种方式。HD44780 控制器由两个 8 位寄存器、指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR） 、忙标志（BF） 、显示数据 RAM（DDRAM） 、字符发生器 ROM（CGROM） 、字符发生器RAM（CGRAM） 、地址计数器（AC） 。IR 用于寄存指令码，只能写入不能读出；DR 用于寄存数据，数据由内部操作自动写入 DDRAM 和 CGRAM，或者暂存从 DDRAM 和CGRAM
6、读出的数据。BF 为 1 时，液晶模块处于内部处理模式，不响应外部操作指令和接受数据。DDRAM 用来存储显示的字符，能存储 80 个字符码。CGROM 由8 位字符码生成 5*7 点阵字符 160 种和 5*10 点阵字符 32 种，8 位字符编码和字符的对应关系，可以查看参考文献3中的表 4。CGRAM 是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅 64 字节。可以自定义 8 个 5*7 点阵字符或者 4 个 5*10 点阵字符。AC 可以存储 DDRAM 和 CGRAM 的地址，如果地址码随指令写入 IR，则 IR 自动把地址码装入 AC，同时选择 DDRAM 或者 CGRAM 单元。LM01
7、6L 液晶模块的引脚功能见表 1。表1.LM016L引脚功能管脚号 名称 电平 功能描述1 VSS 0V2 VDD 5.0V3 VEE 4 RS H/L H：数据线上为数据信号；L：数据线上为指令信号5 RW H/L H：读数据模式；L：写数据模式6 E H/L 使能信号端5714 D0D7 H/L 数据线LM016L电路接法如图2：图2.LM016L接法电路LM016L在使用前必须经过初始化，初始化程序如下：void lcdint() wrc(0x38); /写指令38H：显示模式设置wrc(0x01); /写指令01H：显示清屏wrc(0x06); /写指令06H：显示光标移动设置wrc(
8、0x0C); /写指令0CH：显示开及光标设置void wrc(unsigned char wcon)busy();REG0=wcon;2.3.3 温度传感器DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5；6零待机功耗；温度以或位数字；用户可定义报
9、警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20 采用脚 PR35 封装或脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 3 示：图 3. DS18B20 内部结构64 位 ROM 的结构开始位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂
10、存 RAM 的结构为字节的存储器，结构如图 4 所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图 4 所示。低位一直为，是工作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式，DS18B20 出厂时该位被设置为，用户要去改动，R1 和0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。I/OC64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器 TH低温触发器 TL配置寄存器8 位 CRC 发生
11、器Vdd7TM R1 1R0 1 1 1 1.图 4. DS18B20 字节定义由表 2 可见，DS18B20 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第、字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625LSB 形式表示。
12、当符号位时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表 3 是一部分温度值对应的二进制温度数据。表 2.DS18B20 温度转换时间表 R1 R0 分辨率/位 温度最大转向时间/ms0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11 3751 1 12 750DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、T字节内容作比较。若TH 或 TTL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。在 6
13、4 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC） 。主机 ROM 的前 56 位来计算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较，以判断主机收到的ROM 数据是否正确。DS18B20 的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的温度 LSB温度 MSBTH 用户字节 1TL 用户字节 2配置寄存器保留保留保留CRC8时钟脉冲进行计数进而
14、完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，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、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器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计数到时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。表 3一部分温度对应值表温度/ 二进制
15、表示 十六进制表示+125 0000 0111 1101 0000 07D0H+85 0000 0101 0101 0000 0550H+25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H+10.125 0000 0000 1010 0001 00A2H+0.5 0000 0000 0000 0010 0008H0 0000 0000 0000 1000 0000H-0.5 1111 1111 1111 0000 FFF8H-10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH-25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH-55 1111 1100 1001 0000 FC90H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，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行。操作协议为：
