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1、 課程設(shè)計(論文) 題 目 名 稱 基于單片機溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 課 程 名 稱 單片機原理及在電氣測控學科中的應(yīng)用 學 生 姓 名 學 號 系 、專 業(yè) 課

2、程設(shè)計（論文）任務(wù)書 年級專業(yè) 學生姓名 學 號 題目名稱 基于單片機的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計時間 課程名稱 單片機原理及在電氣測控學科中的應(yīng)用 課程編號 121200105 設(shè)計地點 一、 課程設(shè)計（論文）目的 《單片機原理》課程是一門實踐性、應(yīng)用性很強的課程。通過課程設(shè)計使學生較系統(tǒng)的掌握有關(guān)單片機控制的設(shè)計思想和設(shè)計方法，為學生今后從事單片機控制系統(tǒng)開發(fā)工作打下堅實的基礎(chǔ)。本課程設(shè)計的基本要求是使學生全面。單片機控制系統(tǒng)的基本理論，熟熟悉掌握MCS-51系列單片機的編程方法，讓學生在接近實際工作環(huán)境下，完成一個簡單的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計。

3、 二、 已知技術(shù)參數(shù)和條件 1、加熱爐、溫度控制范圍：50—100℃； 2、開發(fā)環(huán)境：MCS-51系列單片機開發(fā)系統(tǒng)、Proteus單片機仿真系統(tǒng) 3、硬件：實驗室提供PC機、溫度傳感器、電風扇、設(shè)計控制系統(tǒng)所需的電子元器件、可調(diào)直流電源等。 4、單片機設(shè)計相關(guān)書籍資料。 三、 任務(wù)和要求 設(shè)計任務(wù)： 利用MCS-51系列單片機設(shè)計一個溫度自動控制系統(tǒng)，利用數(shù)碼管實時的顯示當前溫度，并能根據(jù)設(shè)定的溫度值控制溫度。加溫設(shè)備利用加熱爐實現(xiàn)，降溫時利用電風扇進行降溫。 設(shè)計要求 1、要求進行方案論證，說明控制系統(tǒng)的工作原理。 2、要求設(shè)計測量系統(tǒng)的硬件電路，給出電路原理圖和

4、元器件清單。 3、要求給出軟件流程圖并編寫程序源代碼。 4、完成系統(tǒng)的調(diào)試，給出調(diào)試結(jié)果并分析。 5、撰寫符合要求的課程設(shè)計說明書。 注：1．此表由指導教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導教師、學生簽字后生效； 2．此表1式3份，學生、指導教師、教研室各1份。 四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備等） 1、THKSCM-1型單片機實驗系統(tǒng)實驗指導書、KEIL 軟件，WAVE 軟件 2、數(shù)字控制與PLC實驗室“THKSCM-1型單片機實驗系統(tǒng)”。 五、進度安排 2011年6月7日-8日：收集和課程設(shè)計有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求 2011年6月9日：總

5、體方案設(shè)計 2011年6月10日-12日：硬件電路設(shè)計 2011年6月13日-15日：軟件設(shè)計 2011年6月15日-17日：系統(tǒng)調(diào)試改進 2011年6月18日-21日：整理書寫設(shè)計說明書 2011年6月22日-23日：答辯并考核 六、教研室審批意見 教研室主任（簽字）： 年 月 日 七|、主管教學主任意見 主管主任（簽字）： 年 月 日 八、備注

6、 指導教師（簽字）： 學生（簽字）： 學生姓名 學 號 系 專業(yè)班級 題目名稱 基于單片機的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 課程名稱 單片機原理及在電氣測控學科中的應(yīng)用 一、學生自我總結(jié) 經(jīng)過此次的課程設(shè)計，我學會了很多，特別是獨立思考能力和動手能力。這次的課程設(shè)計鞏固了我的單片

7、機知識，比如使用DS18B20傳感器，怎樣把220V的交流電壓變成5V直流穩(wěn)壓電源，讓我真正掌握了用protues繪畫硬件圖，并進行仿真和調(diào)試。但是在此次的課程設(shè)計中也發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，特別是硬件設(shè)計方面，不知道如何去設(shè)計硬件以及外部接線圖。不過我會在以后的學習中好好努力，把自己沒學好的方面學好。 學生簽名： 年 月 日 二、指導教師評定 評分項目 平時成績 論文 答辯 綜合成績 權(quán) 重 30 40 30 單項成績

8、 指導教師評語： 指導教師（簽名）： 年 月 日 注：1、本表是學生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面； 2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細則和評分標準確定。 摘 要 溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石 油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)

9、得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 采用單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。MSP430系列單片機具有處理能強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，應(yīng)用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。 本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)的的總設(shè)計方案，給出系統(tǒng)框圖。本設(shè)計以AT89S51單片機為核心的溫度測量系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片DD18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。單片機通過對信號進行相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度測量的目的。二是硬件設(shè)計，在這里采用模塊

10、設(shè)計方法，設(shè)計各單元電路原理圖及元器件參數(shù)。主要模塊有：單片機最下系統(tǒng)設(shè)計模塊、傳感器溫度采集設(shè)計模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計模塊、液晶顯示設(shè)計模塊。三是軟件設(shè)計，包括繪制軟件主程序流程圖、和編寫程序源代碼。四是進行調(diào)試及仿真實驗，為了驗證該溫度測量系統(tǒng)設(shè)計的正確性，在protues進行硬件軟件聯(lián)合調(diào)試并完成該測量系統(tǒng)的仿真實驗，仿真結(jié)果表明本設(shè)計是正確的。 關(guān)鍵詞: AT89C51；單片機；DS18B20；溫度測量 目 錄 摘要 ………………………………………………………………….……Ⅰ 1 總體方案論證 ………………………………………………………

11、…1 2 硬件電路設(shè)計 …………………………………………………………2 2.1 最小系統(tǒng)模塊…………………………………………………………2 2.2 電源電路設(shè)計…………………………………………………………7 2.3 溫度傳感器DS18B20溫度采集模塊 ………………………………7 2.4 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換…………………………………………………………10 2.5 液晶顯示器LM016L顯示模塊 ……………………………………11 2.6 系統(tǒng)總體硬件原理圖 ………………………………………………13 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 …………………………………………………………15 3.1軟件流程圖

12、……………………………………………………………15 3.2程序源代碼……………………………………………………………16 4 系統(tǒng)仿真調(diào)試及實物 ………………………………………………….21 5 設(shè)計總結(jié)及心得 ………………………………………….……………23 參考文獻………………………………………………………………24 附錄Ⅰ…………………………………………………………………25 附錄Ⅱ…………………………………………………………………33 附錄Ⅲ…………………………………………………………………35 1 總體方案論證 本設(shè)計以AT89S51單片機為核心

13、的溫度測量系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片DD18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。單片機通過對信號進行相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度測量的目的。系統(tǒng)通過運用用復(fù)位按鈕實現(xiàn)測量控制，按下按鍵復(fù)位按鈕則刷新測量的溫度值。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計，在這里采用模塊設(shè)計方法，設(shè)計各單元電路原理圖及元器件參數(shù)。主要模塊有：單片機最下系統(tǒng)設(shè)計模塊、傳感器溫度采集設(shè)計模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計模塊、液晶顯示設(shè)計模塊。對于軟件設(shè)計部分，包括繪制軟件主程序流程圖、和編寫程序源代碼。最后可以通過對系統(tǒng)整體進行調(diào)試及仿真實來驗證該系統(tǒng)設(shè)計的正確性。 系統(tǒng)總體框圖如圖1.1所示。 時鐘 數(shù)字顯示

14、 LCD AT89C51 復(fù)位 溫度傳感器DS18B20 （信號的調(diào)理轉(zhuǎn)換） 5V穩(wěn)壓電源 圖1.1 系統(tǒng)總體框圖 2 硬件電路設(shè)計 2.1 最小系統(tǒng)模塊設(shè)計 所謂單片機最小系統(tǒng)，是指在單片機外部增加盡可能少的原件電路，組成一個讓單片機可獨立工作的系統(tǒng)。 圖2.1最小系統(tǒng)電路圖 2.1.1 AT89C51芯片介紹 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CM

15、OS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖2.2所示。 圖2.2 AT89C2051引腳圖 （1）主要特性 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 4K字節(jié)在系統(tǒng)

16、可編程Flash存儲器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)工作：0Hz—24MHz 32個可編程I/O口線 2個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器 雙數(shù)據(jù)指針 靈活的ISP編程（字或字節(jié)模式） 4.0---5.5V電壓工作范圍 　　 數(shù)據(jù)保留時間：10年 　　 三級程序存儲器鎖定 　　 1288位內(nèi)部RAM 　 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 （2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成 單片機AT89C51可以劃分為CPU、存儲器、并行口、串行口、定時/計數(shù)器和中斷邏

17、輯幾個部分。 CPU由運算器和控制邏輯構(gòu)成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR） AT89C51時鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。 AT89C51在物理上有四個存儲空間：片內(nèi)/片外程序存儲大路、片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲器。片內(nèi)有256B數(shù)據(jù)存儲器RAM和4KB的程序存儲器ROM。除此之外，還可以在片外擴展RAM和ROM，并且和有64KB的尋址范圍。 AT89C51內(nèi)部有一個可編程的、全雙工的串行接口。它串行收發(fā)存儲在特殊功能寄存器SFR的串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中的數(shù)據(jù)。 AT89C51共有4個（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32個引腳。P0口雙向I/O口

18、，用于分時傳送低8位地址和8位數(shù)據(jù)信號；P1、P2、P3口均為準雙向I/O口；其中P2口還用于傳送高8位地址信號；P3口每一引腳還具有特殊功能，用于特殊信號的輸入輸出和控制信號。 AT89C51內(nèi)部有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器T0、T1。最大計數(shù)值為216-1。工作方式和定時器或計數(shù)器的選擇由指令來確定。 中斷系統(tǒng)允許接受5個獨立的中斷源，即兩個外部中斷，兩個定時器/計數(shù)器中斷以及一個串行口中斷。 （3）管腳說明： 　　VCC：供電電壓。 　　GND：接地。 　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高

19、阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，

20、且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和

21、編程校驗接收一些控制信號。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表2.1所示。 表2.1 P3端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（定時器0外部輸入） P3.5 T1（定時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 　　ALE/PROG：當訪問外部存

22、儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩

23、次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 2.1.2時鐘電路 AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反向放大器用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XATL1，輸出端為XATL2。在XATL1 和XATL2兩端跨接由石

24、英晶體及兩個電容構(gòu)成的自激振蕩器，電容C1和C2取20pF，選用不同的電容對震蕩頻率有微調(diào)作用，但石英晶體本身的標定頻率才是單片機振蕩頻率的決定因數(shù)。時鐘電路如圖2.4所示。 圖2.4時鐘電路 時鐘電路中，兩個電容都選擇20 pF電容，電容一端接與晶振相連，另一端接地。選擇的晶振是頻率為12MHZ。此模塊就是產(chǎn)生像時鐘一樣準確的震蕩電路。 2.1.3復(fù)位電路 (1) 手動按鈕復(fù)位 手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路

25、如圖2.5所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。本系統(tǒng)采用的就是手動按鈕復(fù)位，電路連接圖如圖2.5所示。 圖2.5 復(fù)位電路 2.2 電源電路設(shè)計 220V交流電經(jīng)過變壓器降壓成 12V，經(jīng)過橋式整流器整流、C1濾波，成為約 14V直流電，再經(jīng)三端穩(wěn)壓集成電路7805穩(wěn)壓，形成5V穩(wěn)定直流電，作為光電輸入電路、脈沖形成電路(U1-U8 組成電壓比較器) 和計數(shù)與顯示電路的工作電源。電源設(shè)計電路圖如圖2.6所示，電源電路工作原理如圖2.7所示。 圖2.6 電源電路 220V交流電 橋式整流 濾波 5V直流電輸

26、出 7805穩(wěn)壓模塊 圖2.7電路工作原理圖 2.3 溫度采集電路 2.3.1 DS18B20芯片簡介 DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器芯片。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號。通過編程，DS18B20可以實現(xiàn)9~12位的溫度讀數(shù)。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從微處理器到DS18B20僅需連接一條信號線和地線。讀、寫和執(zhí)行溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。 2.3.2 DS18B20的主要特點 （1）采用單線技術(shù)，與單片機通信只需一個引腳；

27、 （2）通過識別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號從而實現(xiàn)單線多掛接，簡化了分布式溫度檢測的應(yīng)用； （3）實際應(yīng)用中不需要外部任何器件即可實現(xiàn)測溫； （4）可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓的范圍在3～5.5V； （5）不需要備份電源； （6）測量范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內(nèi)誤差為0.5℃； （7）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以在9位到12位之間選擇，可配置實現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)； （8）將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時間不超過750ms； （9）用戶定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置，用用戶可以自行設(shè)定告警的上下限溫度。 2.3.3 DS18B20的引腳功能 DS18B20的

28、引腳如圖2.8所示。 圖2.8 DS18B20引腳圖 DS18B20功能如表2.2所示。 表2.2 DS18B20引腳功能表 引腳PR35 符號 說明 1 GND 地 2 DQ 單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 3 VCC 可選VCC引腳 2.3.4 溫度采集電路圖 溫度測量系統(tǒng)主要運用了DS18B20和AT89C51。如何使兩者連接實現(xiàn)功能是溫度測量電路的主要設(shè)計目的。 在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方式，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O，內(nèi)部

29、寄生電源I/O口線要接5千歐左右的上拉電阻。這里采用的是第一種連接方式，如圖2.10所示 圖2.10 溫度采集電路 2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換 2.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理 模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，是用來把模擬電壓量u1轉(zhuǎn)換成為與它成比例的二進制數(shù)字量Dn的電路。A/D轉(zhuǎn)換包括量化和編碼兩個過程。所謂量化就是把幅值可連續(xù)變化的電壓轉(zhuǎn)化成為所規(guī)定的單位量化電壓的整數(shù)倍。編碼就是把量化的結(jié)果用代碼表示出來。 既然輸入電壓的幅值是連續(xù)變化的，它的幅值不一定是其量化單位的整數(shù)倍，所以量化過程不可避免會引入誤差，這種誤差叫量化誤差。 為了把一個變化范圍0--0.7V的模擬信號

30、轉(zhuǎn)換為3位二進制數(shù)碼，首先把0.7V分成8個離散電平，這8個離散電平為0、0.1V、…0.7V。沒相鄰離散電平的差值相等，都是一個量化單位，為0.1V。這個過程就叫量化。量化過程實際上就是用有限的量化值代替模擬量的過程。為了對量化候的信號進行處理，還應(yīng)該把量化的結(jié)果用二進制代碼獲其他形式表示，這個過程就叫編碼。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號的位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準確輸出的數(shù)字信號的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標： （1）分辨率：用二進制表示，位數(shù)越高，轉(zhuǎn)換精度越大。 （2）相對精度：理

31、想下是一條直線，各個轉(zhuǎn)換點偏離理想特性的誤差。 （3）轉(zhuǎn)換速度：指完成一次轉(zhuǎn)換所需時間。 2.4.2 ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0809是CMOS工藝，采用逐次逼近法的8位、A/D轉(zhuǎn)換芯片28引腳雙列直插式封裝，片內(nèi)除A/D轉(zhuǎn)換部分外還有多路模擬開關(guān)。多路開關(guān)有8路模擬量輸入端，以及8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 由圖2.11可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖

32、器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖2.11所示。 圖2.11 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 （2）ADC0809引腳結(jié)構(gòu) ADC0809引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2.11所示。 D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。 IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。 VCC：+5V工作電壓。 GND：地。 REF（+）：參考電壓正端。 REF（-）：參考電壓負端。

33、 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號輸入端。 （以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換） A、B、C：地址輸入線。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當轉(zhuǎn)換結(jié)束為高電平。 OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條

34、 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表2.3所示。 表2.3 8位模擬開關(guān)功能表 ADDC ADDB ADDA 輸入通道號 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 2.5 液晶顯示器LM0

35、16L顯示模塊 2.5.1液晶顯示器LM016L結(jié)構(gòu)功能介紹 液晶顯示器是一種將液晶顯示器件、連接器件、集成電路、PCB線路板、背光源，結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能。HD44780控制器由兩個8位寄存器、指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器(DR)、忙標志(BF)、顯示數(shù)據(jù)RAM(DDRAM)、字符發(fā)生器ROM(CGROM)、字符發(fā)生器RAM(CGRAM)、地址計數(shù)器(AC)構(gòu)成。 IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出;DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM

36、，或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)。BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。 DDRAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼。 CGROM由8位字符碼生成5 x 7點陣字符160種和510點陣字符32種，8位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系。 CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)?？梢宰远x8個57點陣字符或者4個510點陣字符。 AC可以存儲DDRAM和CGRAM地址，如果地址碼隨指令寫入IR，則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或者CGRAM單元。LMO16L液晶模塊的引腳功能見下表2.4所示。 表2.4：LM016L

37、液晶模塊的引腳功能 引腳號 名稱 電平 功能描述 1 Vss 地 2 VDD 電源 3 VEE 亮度調(diào)節(jié) 4 RS 控制指令位 H:數(shù)據(jù)線上為數(shù)據(jù)信號 L:數(shù)據(jù)線上為指令信號 5 RW 讀寫指令位 H:讀數(shù)據(jù)模式 L:寫數(shù)據(jù)模式 6 E 使能信號 使能信號端 7～14 DB0～DB7 數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)線 2.5.2 LM016L液晶顯示電路 P2.0～P2.7與D0～D7相連，P3. 0～P3.2分別于三個使能端RS、RW、E相連，來控制LMO16L的顯示。如圖2.12所示，為LCD顯示連接電路圖。其為開機顯示的初始

38、狀態(tài)。 圖2.12 LCD顯示連接電路圖 2.6 系統(tǒng)總體硬件原理圖 電路原理圖用Protues軟件繪制而成。首先對硬件系統(tǒng)AT89C51，引腳TXAL1、TXAL2與晶振時鐘電路相連，RST引腳接復(fù)位電路。一起構(gòu)成了單片機的最小系統(tǒng)。P2.0～P2.7與D0～D7相連，P3. 0～P3.2分別于三個使能端RS、RW、E相連，來控制LMO16L的顯示。P1.7連接的是溫度采集電路，采用傳感器DS18B20來進行溫度采集，將采集到的溫度轉(zhuǎn)換數(shù)字，由LMO16L液晶顯示屏顯示。系統(tǒng)原理圖如圖2.13所示： 圖2.13 系統(tǒng)硬件電路圖 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)程序主要包括主程序，

39、讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。 3.1軟件流程圖 3.1.1 主程序流程圖 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，其程序流程見圖3.1所示。 3.1.2溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖3.2所示 發(fā)DS18B20復(fù)位命令 發(fā)跳過ROM命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束 開始 初始化 讀度溫度

40、 計算溫度及數(shù)據(jù)處理 LCD顯示 圖3.1 主程序流程圖 圖3.2溫度轉(zhuǎn)換流程圖 3.2各子程序源代碼 3.2.1 LCD的C語言源代碼 void delayNOP() { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } bit lcd_busy() { bit result; lcd_rs=0; lcd_rw=1; lcd_en=1; delayNOP(); result

41、=(bit)(P2&0x80); lcd_en=0; return(result); } void lcd_wdat(uchar date) { while(lcd_busy()); lcd_rs=1; lcd_rw=0; lcd_en=0; P2=date; delayNOP(); lcd_en=1; delayNOP(); lcd_en=0; delayNOP(); } void reset() { uchar i;

42、 lcd_wcmd(0x38); lcd_wcmd(0x0c); lcd_wcmd(0x06); lcd_wcmd(0x01); lcd_wcmd(0x00|0x80); for(i=0;i<16;i++) { lcd_wdat(dis1[i]); delayNOP(); } lcd_wcmd(0X40|0x80); for(i=0;i<5;i++) { lcd_wdat(dis2[i]);

43、 delayNOP(); } } 3.2.2 DS18B20 C語言源代碼 ds18b20_rst() { dq=1; delay(8); dq=0; delay(90); dq=1; delay(14); x=dq; delay(20); return (x); } ds18b20_rd() { uchar dat=0; uchar i; for(i=0;i<8;i++)

44、{ dq=0; dat>>=1; dq=1; if(dq) dat=dat|0x80; delay(10); } return(dat); } void ds18b20_wr(uchar com) { uchar i; for(i=0;i<8;i++) { dq=0; dq=com&0x01; delay(10); dq=1; c

45、om>>=1; } delay(4); } read_temp() { int tt; bit c; ds18b20_rst(); ds18b20_wr(0xcc); ds18b20_wr(0x44); ds18b20_rst(); ds18b20_wr(0xcc); ds18b20_wr(0xbe); temp_data[0]=ds18b20_rd(); temp_data[1]=ds18b20_rd();

46、temp_data[1]<<=4; c=temp_data[1]&0x80; if(c==0) { symbol=0; t=((temp_data[0])+(temp_data[1]<<=4))*0.0625; } if(c==1) { symbol=1; tt=~((temp_data[0])+(temp_data[1]<<=4))+1; t=tt*0.0625; } return(t); }

47、 void ds18b20_disp() { uchar flagdat; disdata[0]=t/100+0x30; disdata[1]=t%100/10+0x30; disdata[2]=t%10+0x30; disdata[4]=temp_data[0]&0x0f; disdata[3]=ditab[disdata[4]]+0x30; if(symbol==0) flagdat=0x20;

48、 else flagdat=0x2d; if(disdata[0]==0x30&&disdata[1]==0x30) { disdata[0]=0x20; disdata[1]=0x20; } if(disdata[0]==0x30&&disdata[1]!=0x30) disdata[0]=0x20; 4 系統(tǒng)仿真及調(diào)試 4.1仿真及調(diào)試 （1）安裝keil 與 proteus。 （2）軟件調(diào)試，在Keil軟件上輸

49、入程序，進行編譯、連接。 圖4.1 keil軟件下編寫程序 （3）在proteus進行硬件仿真。 （4）仿真結(jié)果：運行程序，LCD首先顯示的溫度數(shù)據(jù)與溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)一致，如圖4.2所示。按下復(fù)位鍵，顯示當時測量的室內(nèi)溫度：“weather forecast tem:41.0”；重復(fù)按下復(fù)位鍵鍵，LCD刷新測量的溫度值。 圖4.2 仿真結(jié)果電路圖 4.2 實物過程與步驟 （1）查找相關(guān)元器件的使用及連接方式。如DS18B20與AT89C51的連接方式。 （2）對系統(tǒng)原理圖進行調(diào)試與分析。 （3）領(lǐng)取元器件和耗材。 （4）按照元器件清單找出元器件，確認

50、元器件質(zhì)量和參數(shù)。 （5）完成在通用電路板上元器件的布置和焊接。 （6）將程序?qū)懭雴纹瑱C并裝到電路板上，接通5V電源在電路板上電調(diào)試。 4.3 實物結(jié)果與分析 （1）實物圖結(jié)果分析： 如實物圖所示本次設(shè)計的基于單片機89C51的溫度測量儀實物圖，其顯示端和測量端通過一系列的元件連接起來。為了驗證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的可靠性，設(shè)計時安裝了LCD顯示器，在測試中通過觀察顯示端與測量端是否顯示相同的溫度值來檢驗數(shù)據(jù)傳送的可靠性。圖中為實物圖，測得現(xiàn)場的環(huán)境溫度為29度，與實際情況相符，驗證了測量端電路能夠有效工作，同時顯示端溫度值與測量端溫度值保持一致，證明了數(shù)據(jù)傳送的可靠性，此外，當按下復(fù)位鍵時，顯

51、示端的溫度值和測量端的溫度值同時發(fā)生改變，DS18B20傳感器則重新測量溫度，重復(fù)上一次的系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換，LCD顯示器重新顯示當前值。此設(shè)計在環(huán)境惡劣的情況下依然可以觀察到環(huán)境溫度的變化，尤其是需要測惡劣環(huán)境下溫度時，避免了人員直接置身其中，保障了其安全性。 （2）實驗操作結(jié)果列表如下 表4.1 實驗操作項目表 操作項目 實驗操作 LCD溫度顯示 操作項目一 不做任何操作顯示當前室溫 30攝氏度 操作項目二 用電風扇進行降溫操作 28攝氏度 操作項目三 用加熱爐進行升溫操作 38攝氏度 5 設(shè)計總結(jié)及心得 在為期兩周的單片機課程設(shè)計中，我們要

52、設(shè)計一個溫度測量系統(tǒng)。軟件使用Keil軟件進行仿真調(diào)試。硬件使用單片機仿真器、編程器、實驗儀三合一綜合開發(fā)平臺上的DS18B20數(shù)字溫度采集模塊和LMO16L液晶顯示模塊。唐博士首先給我們詳細講解了芯片的功能和工作原理，并給了一份參考程序。在機房進行實驗時，我們也遇到了很多困難，例如在做實物圖時我們將溫度傳感器的引腳接反了，經(jīng)過再三細心檢查和查資料最終才更正過來。在對參考程序進行仿真時，結(jié)果也出了問題。然后，我思考設(shè)計要求對程序進行修改，初次修改沒有成功，我詢問了老師，老師給我講解了思路。經(jīng)過再三的請教、修改程序，反復(fù)調(diào)試，最后成功了，心里非常高興，這次是我獨自思考，獨立完成的，也使我對整個程

53、序有了更深的理解。 通過這次的課程設(shè)計作品的制作讓我對單片機的理論有了更加深入的了解，同時在具體的制作過程中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書本上的知識與實際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實際的因素，或者涉及的不全面，可在實際的應(yīng)用時這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無法根據(jù)書上的理論就輕易得到預(yù)想中的結(jié)果，有時結(jié)果甚至很差別很大。通過這次實踐使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，我們在今后的學習工作中會更加的注重實際，避免稱為只會紙上談兵。 參考文獻： [1]樓然苗. 單片機課程設(shè)計指導[M

54、].北京：北京航空航天大學出版社，2007：35—47. [2]張克農(nóng).數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2003：255—271. [3]胡宴如.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001：91—111. [4]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，1999：17—277. [5]謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試[M].武漢：華中理工大學出版社，2003：23—57. [6]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2002：13—34. [7]李強.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002：25—45

55、. [8]趙志杰.集成電路應(yīng)用識圖方法[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：10—31. 附錄Ⅰ： #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit lcd_rs=P3^0; sbit lcd_rw=P3^1;

56、 sbit lcd_en=P3^2; sbit dq=P1^7; uchar code dis1[]={"Weather forecast"}; uchar code dis2[]={"temp:"}; temp_data[]={0x00,0x00}; disdata[]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04, 0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};

57、bit x; uint t; uchar symbol; /*******************************************************/ void delay(uint ms) { while(ms--); } void delayNOP() { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } /***************************************************/ /*檢查LCD忙狀態(tài) */

58、 /*lcd_busy為1時，忙，等待。 lcd-busy為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。 */ /**************************************************/ bit lcd_busy() { bit result; lcd_rs=0; lcd_rw=1; lcd_en=1; delayNOP(); result=(bit)(P2&0x80); lcd_en=0; return(result); } /*寫指令數(shù)據(jù)到LCD */ /*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-

59、D7=指令碼。 */ /************************************************/ void lcd_wcmd(uchar cmd) { while(lcd_busy()); lcd_rs=0; lcd_rw=0; lcd_en=0; P2=cmd; delayNOP(); lcd_en=1; delayNOP(); lcd_en=0; delayNOP(); } /***********************************

60、**************/ /*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD */ /*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 */ /***********************************************/ void lcd_wdat(uchar date) { while(lcd_busy()); lcd_rs=1; lcd_rw=0; lcd_en=0; P2=date; delayNOP(); lcd_en=1; delayNOP(); lcd_en=0;

61、 delayNOP(); } /* LCD初始化設(shè)定 */ /*****************************************************/ void reset() { uchar i; lcd_wcmd(0x38); //16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù) lcd_wcmd(0x0c); //顯示開，關(guān)光標 lcd_wcmd(0x06); //移動光標 lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的顯示內(nèi)容 /* 設(shè)定顯示位置 */ /****************

62、************************************/ lcd_wcmd(0x00|0x80); //數(shù)據(jù)指針=80+地址變量 /*自定義字符寫入CGRAM */ /****************************************************/ for(i=0;i<16;i++) { lcd_wdat(dis1[i]); delayNOP(); } /*us級延時函數(shù) */ /***********************************

63、*****************/ lcd_wcmd(0X40|0x80); for(i=0;i<5;i++) { lcd_wdat(dis2[i]); delayNOP(); } } /*初始化ds1820 */ /**********************************************/ ds18b20_rst() { dq=1; //拉高總線 delay(8); //稍做延時 dq=0; //DQ復(fù)位

64、 delay(90); //精確延時 大于 480us dq=1; delay(14); x=dq; //X=0則初始化成功 X=1則初始化失敗 delay(20); return (x); //返回信號，0=X,1= no X } /* 讀一個字節(jié) */ /***********************************************/ ds18b20_rd() { uchar dat=0; uchar i; for(i=0;i<8;i

65、++) { dq=0; // 給脈沖信號 dat>>=1; dq=1; // 給脈沖信號 if(dq) dat=dat|0x80; delay(10); } return(dat); } /* 寫一個字節(jié) */ /***********************************************/ void ds18b20_wr(uchar com) { uchar i; for(

66、i=0;i<8;i++) { dq=0; dq=com&0x01; delay(10); dq=1; com>>=1; } delay(4); } /* 讀取溫度 */ /**********************************************/ read_temp() { int tt; bit c; ds18b20_rst(); ds18b20_wr(0xcc); // 跳過讀序號列號的操作 ds18b20_wr(0x44); // 啟動溫度轉(zhuǎn)換 ds18b20_rst(); ds18b20_wr(0xcc); //跳過讀序號列號的操作 ds18b20_wr(0xbe); //讀取溫度寄存器 temp_data[0]=d