基于51单片机课程设计报告

课题：基于51单片机的交通灯设计专业：机械设计制造及其自动化学号：指导教师：邵添设计日期：2017/12/18成绩：重庆大学城市科技学院电气学院基于51单片机数字温度计设计报告一、设计目的作用本设计是一款简单实用的小型数字温度计，所采用的主要元件有传感器DS18B20，单片机AT89C52，，四位共阴极数码管一个，电容电阻若干。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围-55°C~+125°C。在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。18B20的精度较差，为±2°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。本次数字温度计的设计共分为五部分，主控制器，LED显示部分，传感器部分，复位部分，按键设置部分，时钟电路。主控制器即单片机部分，用于存储程序和控制电路；LED显示部分是指四位共阴极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器，用来采集温度，进行温度转换；复位部分，即复位电路，按键部分用来设置上下限报警温度。测量的总过程是，传感器采集到外部环境的温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示。二、设计要求（1）．利用DS18B20传感器实时检测温度并显示。（2）．利用数码管实时显示温度。（3）．当温度超过或者低于设定值时蜂鸣器报警，LED闪烁指示。（4）.能够手动设置上限和下限报警温度。三、设计的具体实现1、系统概述方案一：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。方案设计框图如下：方案二：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，热敏电阻组成的感温电路AD转换数码管显示电路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。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、单元电路设计与分析1、硬件设计按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。数字温度计总体电路结构框图所示：单片机的选择单片机AT89S52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。由于器件问题，我们使用了通用的手机5V充电器接口。复位电路模块单片机系统的复位电路在这里使用的是上电+按钮的复位电路模式，其中电阻R采用的是10KΩ的阻值，电容采用电容值为10uF的电解电容，电路图如下：AT89C51单片机DB18B20温度传感器蜂鸣器报警模块LED闪烁报警模块按键设置模块电源数码管显示温度显示模块四位共阴极数码管，能够显示小数。列扫描用P2.4~P2.7口来实现，列驱动直接51接单片机驱动。电路图如下：温度传感器模块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9～12位的数字值读数方式。电路图如下：按键模块按键是用来设置报警的上下限温。K1是用来进入上下限调节模式的，当按一下K1进入上限调节模式，再按一下进入下限调节模式。在正常模式下，按一下K2进入查看上限温度模式，显示1s左右自动退出；按一下K3进入查看下限温度模式，显示1s左右自动退出；按一下K4消除按键音，再按一下启动按键音。在调节上下限温度模式下，K2是实现加1功能，K1是实现减1功能，K3是用来设定上下限温度正负的。2、软件设计主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和现实数据刷新子程序等。主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1S进行一次。主流程图如下：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。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。流程图如下：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。流程图如下：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，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。系统的调试及性能分析：硬件调试，首先检查电感的焊接是否正确，然后可用万用表测试或通电检测。软件调试可以先编写显示程序并进行硬件的正确性检验，然后分别进行主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和现实数据刷新子程序等的编程及调试由于DS18B20与单片机采用串行数据传送，因此，对DS18B20进行读/写编程时必须严格地保证读/写时序；否则将无法读取测量结果。本程序采用单片机汇编或C语言编写用KeilC51编译器编程调试。软件调试到能显示温度值，并且在有温度变化时显示温度能改变，就基本完成。性能测试可用制作的温度计和已有的成品温度计同时进行测量比较。由于DS18B20的精度很高，所以误差指标可以限制在0.5℃以内。另外，-55~+125℃的测温范围使得该温度计完全适合一般的应用场合，其低电压供电特性可做成用电池供电的手持温度计。四、总结本次的课程设计使我们进一步巩固了书本上的知识，做到了学以致用。这是我们第二次自己动手设计的电路，通过系统仿真软件Proteus和编译软件Keil，使我们进一步了解了单片机的设计制作过程，其中最为困难的是软件部分，即编程部分，我们上网找了好多资料，虽然经过自己的修改，但还是有很多功能不能实现，如温度上下限设置。由于Proteus并不是很熟练，在使用的过程中有很多原件的名称不知道，从而花费了大量的时间在网上查找，今后应该在这方面多多努力。最后一步的焊接硬件也遇到了不少麻烦。总结经验的时候我们得出这样的结论，学习应该学以致用，有目的的去学习，如果学了不用等于没学。其次，要学以致用，理论联系实际，这样才会取得事半功倍的效果。五、附录附录一：元件清单元件名称数量AT89C51单片机112MHZ晶振133pF电容222uF电解电容1按键开关5IC插座40Pin1DS18B20温度传感器1蜂鸣器1LEDø5红1四位一体共阴数码管1470,1K,4.7K电阻8，2，1三极管85501导线若干排针若干附录二：完整电路原理图附录三：焊接实物图附录四：源程序/*********************************************************************程序名;基于51单片机的温度计*功能：实时测量温度，超过上下限报警，报警温度可手动调整。K1是用来*进入上下限调节模式的，当按一下K1进入上限调节模式，再按一下进入下限*调节模式。在正常模式下，按一下K2进入查看上限温度模式，显示1s左右自动*退出；按一下K3进入查看下限温度模式，显示1s左右自动退出；按一下K4消除*按键音，再按一下启动按键音。在调节上下限温度模式下，K2是实现加1功能，*K1是实现减1功能，K3是用来设定上下限温度正负的。*编程者：彭明闯*编程时间：2014/05/30*********************************************************************/#includereg52.h#includeintrins.h//将intrins.h头文件包含到主程序（调用其中的_nop_()空操作函数延时）#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharmax=0x00,min=0x00;//max是上限报警温度，min是下限报警温度bits=0;//s是调整上下限温度时温度闪烁的标志位，s=0不显示200ms，s=1显示1s左右bits1=0;//s1标志位用于上下限查看时的显示voiddisplay1(uintz);//声明display1（）函数（display.h头文件中的函数，ds18b20.h要用应先声明）#includeds18b20.h#includekeyscan.h#includedisplay.h/******************************************************//*主函数//*****************************************************/voidmain(){beer=1;//关闭蜂鸣器led=1;//关闭LED灯timer1_init(0);//初始化定时器1（未启动定时器1）get_temperature(1);//首次启动DS18B20获取温度（DS18B20上电后自动将EEPROM中的上下限温度复制到TH和TL寄存器）while(1){keyscan();get_temperature(0);display(temp,temp_d*0.625);alarm();}}/*********************************************************************程序名;DS18B20头文件*编程者：彭明闯*编程时间：2014/5/30*说明：用到的全局变量是：无符号字符型变量temp(测得的温度整数部分),temp_d*(测得的温度小数部分)，标志位f（测量温度的标志位‘0’表示“正温度”‘1’表*示“负温度”），标志位f_max（上限温度的标志位‘0’表示“正温度”、‘1’表*示“负温度”），标志位f_min（下限温度的标志位‘0’表示“正温度”、‘1’表*示“负温度”），标志位w(报警标志位‘1’启动报警‘0’关闭报警)。*********************************************************************/#ifndef__ds18b20_h__//定义头文件#define__ds18b20_h__#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitDQ=P2^3;//DS18B20接口sbitbeer=P1^0;//用beer表示P1.0sbitled=P1^1;//用led表示P1.1uchartemp=0;//测量温度的整数部分uchartemp_d=0;//测量温度的小数部分bitf=0;//测量温度的标志位,0’表示“正温度”‘1’表示“负温度”）bitf_max=0;//上限温度的标志位‘0’表示“正温度”‘1’表示“负温度”）bitf_min=0;//下限温度的标志位‘0’表示“正温度”、‘1’表示“负温度”）bitw=0;//报警标志位‘1’启动报警‘0’关闭报警/******************************************************//*延时子函数//*****************************************************/voidds18b20_delayus(uintt)//延时几μs{while(t--);}voidds18b20_delayms(uintt)//延时1ms左右{uinti,j;for(i=t;i0;i--)for(j=120;j0;j--);}/******************************************************//*DS18B20初始化函数//*******************************************