基于AT89S52单片机的数字温度计设计.doc
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1、单片机系统开发与应用工程实习报告选题名称: 基于AT89S52单片机的数字温度计设计 系(院): 计算机工程学院 专 业: 计算机科学与技术(嵌入式软件设计方向)班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 学年学期: 2009 2010 学年 第 2 学期2010年 5 月 30 日摘要:随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,工作,科研,各个领域,已经成为一种比较成熟的技术, 温度作为一种最基本的环境条件参数, 温度的测量在实际的生产、生活中具有十分重要的意义。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
2、准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用单片机AT89S52,测温传感器使用DS18B20,用4位共阴极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到要求。DS18B20是一线制智能数字温度传感器,它可将温度信号直接转换成串行数字信号送给微处理器,电路简单,成本低,使用方便。其测温范围为-55125,最高分辨率可达0.0625完全符合要求。关键词:单片机 ; 温度计 ; AT89S52 ; DS18B20 ; LED数码管目录1项目设计综述21.1项目设计概述21.2项目设计要求21.3项目设计方案22 系统设计32.1 框图设计32.2 DS18B20简介32.3 单片机AT89
3、S52简介53 硬件设计63.1电路原理图63.2DS18B20与单片机接口的设计63.3 显示电路接口73.4 其他外围电路84 软件设计104.1 程序设计流程图104.2 程序清单115 系统仿真及调试155.1硬件调试155.2 软件调试15总 结16参考文献1718单片机系统开发与应用工程实习计报告1项目设计综述1.1项目设计概述 在生活和生产中,经常要用到一些测温设备,但是传统的测温设备具有制作成本高、硬件电路和软件设计复杂等缺点。基于AT89S52单片机的数字温度计具有制作简单、成本低、读数方便、测温范围广和测温准确等优点,应用前景广阔。1.2项目设计要求基于AT89S52单片机
4、的数字温度计设计要求如下:(1) 温度值用4位LED数码管显示(2) 测温范围为-30100,且测量误差不得大于0.5(3) 成品的体积、质量要尽可能小。1.3项目设计方案大多单片机接口输入的信号是数字信号,或有带A/D转换的高端单片机也可以输入模拟信号。由单片机获取非电信号的温度信息,必须通过温度传感器。传统的温度测量多以热敏电阻作为温度传感器。但是,热敏电阻的可靠性较差、测量温度精度低,而且还需经A/D转换成数字信号后才能由单片机进行处理。因此,使用数字温度传感器DS18B20可简化硬件设计、方便单片机读取数据、节约成本。 2 系统设计 2.1 框图设计 根据设计要求分析,基于AT89S5
5、2单片机的数字温度计由AT89S52单片机控制器、电源、显示电路、温度传感器、复位电路和时钟电路组成,系统框图如图2-1所示。电源给整个电路供电,显示电路显示温度值,时钟电路为AT89S52提供时钟频率。传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的一种智能温度传感器DS18B20,其测温范围为-55125,最高分辨率可达0.0625,完全符合设计要求。图2-1基于AT89S52单片机的数字温度计设计框图2.2 DS18B20简介 DS18B20采用Dallas公司的单总线数据通信方式专有技术,单根信号线既传输时,又可双向传输数据,占用I/O口资源少,结构简单,成本低廉,便于总线扩展和维护。DS1
6、8B20采用3引脚TO-92,小体积封装形式,内部使用在板(ON2BOARD)专利技术,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。3个管脚中,GND是地信号;DQ是数据输入/输出引脚,开漏单总线接口引脚,当被用在寄生电源下,也可以向器件提供电源;VDD是可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。DS18B20的测量温度范围为-55+125,在-10+85范围内,精度为0.5,可将程序设定912位的分辨率。DS18B20的内部存储器包括1个高速暂存RAM和1个非易失性的、可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL以及结构寄存器。根据DS18B20的通
7、讯协议, MCU控制DS18B20完成温度转换要经过3个步骤:每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,对DS18B20进行预定的操作。复位要求MCU将数据线下拉500s,然后放,DS18B20收到信号后等待1660s,发出60240s的存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功。由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送,因此,在对DS18B20进行读写编程时,必须严格地保证读写时序,否则将无法读取测温结果。DS18B20的通讯协议定义了初始化时序、读时序、写时序的时序。所有时序都是将MCU作为主设备,DS18B20作为从设备。而每一次
8、命令和数据的传输都是从MCU主动启动写时序开始,如果要求DS18B20回送数据,在进行写命令后,MCU需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。对DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序2个过程。对于DS18B20的读时序是从主机把单总线拉低之后,在15 s之内释放单总线,以DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20完成1个读时序过程至少需要60s。DS18B20的写时序分为写0时序和写1时序。DS18B20对于写0时序和写1时序的要求不同,当写0时序时,单总线要被拉低至少60s,保证DS18B20能够在1545s之间正确地采样I/O总线上的“0”电平,当要写1时序时
9、,单总线被拉低之后,在15s之内释放单总线。 图 2-2 DS18B20 3脚PR-35封装和8脚SOIC封装外部形状及管脚图 2.3 单片机AT89S52简介 AT89S52具有如下特点:40个引脚,8k Bytes Flash片内程序存储器,256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。此外,AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断 系统
10、可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式,以适应不同产品的需求。 主要功能特性: 兼容MCS-51指令系统 8k可反复擦写(1000次)ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 256x8bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗(WDT)电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针图2-3
11、AT89S52引脚图3 硬件设计3.1电路原理图 控制器使用单片机AT89S52,测温传感器使用DS18B20,用4位共阴极LED数码管以动态扫描法实现温度显示,电路图如3-1所示.图3-1基于AT89S52单片机的数字温度计电路图3.2DS18B20与单片机接口的设计DS18B20 最大的特点是单总线数据传输方式,DS18B20 的数据I/O 均由同一条线来完成。DS18B20 的电源供电方式有2 种: 外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时, VDD 和GND 均接地, 他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用, 原理是当1 W ire 总线的信号线DQ 为高电平时, 窃取信
12、号能量给DS18B20 供电, 同时一部分能量给内部电容充电, 当DQ为低电平时释放能量为DS18B20 供电。但寄生电源方式需要强上拉电路, 软件控制变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROM 时) , 同时芯片的性能也有所降低。外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式,工作稳定可靠,抗干扰能力强,而且电路也比较简单,可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。因此本设计采用外部供电方式。如下图所示:AT89S51单片机 P3.7DS18B204.7K+5V+5V图3-2 DS18B20接口图3.3 显示电路接口本设计显示电路采用4位共阴极LED数码管来显示测量得到的温度值。LE
13、D数码管能在低电压下工作,而且体积小、重量轻、使用寿命长,因次本设计选用此数码管作为显示器件。一个LED数码管只能显示一位的字符,如果字符位数不止一位,可以用几个数码管组成,但要控制多位的显示电路需要有字段控制和字位控制,字段控制是指控制所要显示的字符是什么,控制电路应将字符的七段码通过输出口连接到LED的ag引脚,是某些段点亮,某些段处于熄灭状态。字位控制是指控制在多位显示器中,哪几位发光或那几位不发光,字位控制则需要通过字位码作用于LED数码管的公共引脚,是某一位或某几位的数码管可以发光。数码管显示电路分为动态显示和静态显示。 静态显示方式是指每一个数码管的字段控制是独立的,每一个数码管都
14、需要配置一个8位输出口来输出该字位的七段码。因此需要显示多位时需要多个输出口,通常片内并口不够用,需要在片外扩展。动态显示又称为扫描显示方式,也就是在某一时刻只能让一个字位处于选通状态,其他字位一律断开,同时在字段线上发出该位要显示的字段码,这样在某一时刻某一位数码管就会被点亮,并显示出相应的字符。下一时刻改变所显示的字位和字段码,点亮另一个数码管,显示另一个字符。绕后一次扫描轮流点亮其他数码管,只要扫描速度快,利用人眼的视觉残留效应,会使人感觉到几位数码管都在稳定的显示。本次实验用74LS04非门作驱动。如图所示图 3-3 显示电路接口图 3.4 其他外围电路 复位电路:在单片机的RST引脚
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