1、单片机课程设计课 题： 基于 51 单片机的交通灯设计基于 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-55C+125C。在-10+85C 范围内,精度为0.5C。18B20 的精度较差，为 2C 。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
2、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
3、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：热敏电阻组成的感温电路AD 转换 数码管显示电路方案二：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，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
4、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。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
5、 10K 的阻值，电容采用电容值为 10uF 的电解电容，电路图如下：温度显示模块四位共阴极数码管，能够显示小数。列扫描用 P2.4P2.7 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 912 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
6、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
7、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
8、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 Keil C51 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
9、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
10、 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 40Pin 1DS18B20 温度传感器 1蜂鸣器 1LED 5 红 1四位一体共阴数码管 1470,1K,4.7K 电阻 8，2，1三极管 8550 1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
11、，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 */#include #include /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）#define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar max=0x00,min=0x00; /
12、max 是上限报警温度，min 是下限报警温度bit s=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bit s1=0; /s1 标志位用于上下限查看时的显示void display1(uint z); /声明 display1（）函数（display.h 头文件中的函数，ds18b20.h 要用应先声明）#include“ds18b20.h“ #include“keyscan.h“ #include“display.h“ /*/* 主函数/*/void main()beer=1; /关闭蜂鸣器led=1; /关闭 LED 灯timer1
13、_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
14、 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_#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit DQ= P23; /DS18B20 接口sbit beer=P10; /用 beer 表示 P1.0sbit
15、 led=P11; /用 led 表示 P1.1uchar temp=0; /测量温度的整数部分uchar temp_d=0; /测量温度的小数部分bit f=0; /测量温度的标志位,0表示“正温度”1表示“负温度” ）bit f_max=0; /上限温度的标志位0表示“正温度”1表示“负温度” ）bit f_min=0; /下限温度的标志位0表示“正温度”、 1表示“负温度” ）bit w=0; /报警标志位1启动报警0关闭报警/*/* 延时子函数/*/void ds18b20_delayus(uint t) /延时几 swhile(t-);void ds18b20_delayms(uin
16、t t) /延时 1ms 左右uint i,j;for(i=t;i0;i-)for(j=120;j0;j-);/*/* DS18B20 初始化函数/*/void ds18b20_init() uchar c=0; DQ=1;DQ=0; /控制器向 DS18B20 发低电平脉冲ds18b20_delayus(80); /延时 15-80sDQ=1; /控制器拉高总线，while(DQ); /等待 DS18B20 拉低总线，在 60-240s 之间ds18b20_delayus(150); /延时，等待上拉电阻拉高总线DQ=1; /拉高数据线，准备数据传输；/*/* DS18B20 字节读函数 /
17、*/uchar ds18b20_read() uchar i;uchar d=0;DQ = 1; /准备读；for(i=8;i0;i-)d = 1; /低位先发；DQ = 0;_nop_();_nop_();DQ = 1; /必须写 1，否则读出来的将是不预期的数据；if(DQ) /在 12us 处读取数据；d |= 0x80;ds18b20_delayus(10);return d; /返回读取的值/*/* DS18B20 字节写函数 /*/void ds18b20_write(uchar d)uchar i;for(i=8;i0;i-) DQ=0;DQ=dds18b20_delayus(5
18、);DQ=1;d = 1; /*/* 获取温度函数/*/void get_temperature(bit flag)uchar a=0,b=0,c=0,d=0;uint i;ds18b20_init(); ds18b20_write(0xcc); /向 DS18B20 发跳过读 ROM 命令ds18b20_write(0x44); /写启动 DS18B20 进行温度转换命令，转换结果存入内部 RAMif(flag=1) /首次启动 DS18B20 进行温度转换需要 500ms,若转换时间不够就出错，读出的是 85 度的错误值。display1(1); /用开机动画耗时elseds18b20_d
19、elayms(1);ds18b20_init(); ds18b20_write(0xcc); ds18b20_write(0xbe);a=ds18b20_read(); /读内部 RAM （LSB）b=ds18b20_read(); /读内部 RAM （MSB）if(flag=1) /局部位变量 f=1 时读上下线报警温度max=ds18b20_read(); /读内部 RAM （TH）min=ds18b20_read(); /读内部 RAM （Tl）if(maxmax=(max-0x80); /将上限温度符号标志位置 1表示负温度，将上限温度装换成无符号数。if(minmin=(min-0x
20、80); /将下限温度符号标志位置1表示负温度，将下限温度装换成无符号数。i=b;i=4;if (i=0)f=0; /i 为 0，正温度,设立正温度标记temp=(a4)|(b4)|(b=max)w=1;TR1=1; /当测量值小于最小值或大于最大值时报警if(tempmin)w=0; /当测量值大于最小值且小于最大值时不报警if(f=1)w=1;TR1=1; /若测量值是负值时报警 if(f_min=1) /若下限值是负值if(f=0) /若测量值是正值if(temp=max)/当测量值大于最大值时报警w=1;TR1=1;if(temp=min)/当测量值大于最小值时报警w=1;TR1=1;
21、if(temp=min)w=1;TR1=1; /当测量值小于最大值或大于最小值时报警if(tempmax)w=0; /当测量值小于最小值且大于最大值时不报警if(f=0)w=1;TR1=1; /若测量值是正值时报警 #endif/* 程序名; ds18b20keyscan 函数* 功 能： 通过键盘设定设定上下限报警温度* 编程者： 彭明闯* 编程时间：2014/5/30 */#ifndef _keyscan_H_ /定义头文件#define _keyscan_H_sbit key1=P22; sbit key2=P21; sbit key3=P20;sbit key4=P33;uchar i
22、=0; /定义全局变量 i 用于不同功能模式的选择，0正常模式， 1上限调节模式， 2下限调节模式uchar a=0; /定义全局变量 a 用于不同模式下数码管显示的选择bit k4=0; /K4 按键双功能选择位， k4=0 时 K4 按键选择消按键音的功能，k4=1 时 K4 按键选择正负温度设定功能bit v=0; /K2、K3 按键双功能选择位，v=0 时选择上下限查看功能，v=1 时选择上下限温度加减功能bit v1=0; /v1=1 时定时 1250ms 时间到自动关闭报警上下限查看功能bit v2=0; /消按键音功能调整位，为0时开按键音，为1时关按键音/*/* 读键盘延时子函
23、数/*/void keyscan_delay(uint z) /延时 1ms 左右uint i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=120;j0;j-);/*/* 温度调节函数 /*/int temp_change(int count,bit f) /上下限温度调整if(key2=0) /判断 K2 是否按下if(v2=0)beer=0; /v2=0 开按键音，否则消按键音keyscan_delay(10); /延时 10msif(key2=0) /再次判断 K2 是否按下（实现按按键时消抖） beer=1; /K2 按下关按键音if(f=0) /若温度为正 count+; /每按一下
24、 K2 温度上调 1if(a=1)if(count125) count=125;/当温度值大于 125 时不上调if(a=2)if(count125) count=125;if(f!=0) /若温度为负 count+; /每按一下 K2 温度下调 1if(a=1)if(count55) count=55;/当温度值小于 -55 时不再下调if(a=2)if(count55) count=55;while(key2=0); /K2 松开按键时消抖keyscan_delay(10);if(key3=0)if(v2=0)beer=0;keyscan_delay(10);if(key3=0) /K3
25、按按键时消抖beer=1;count-; /每按一下 K3 温度为正时下调 1，为负时上调1if(a=1)if(count2) /K1 按下三次后退出调节模式i=0; /进入正常模式TR1=0; /关定时器 1k4=0; /在正常模式下选择 K4 的消按键音功能v=0; /在正常模式下选择 K2、K3 的查看上下限报警温度功能store_t(); /存储调整后的上下限报警温度 switch(i) /显示选择case 0:a=0;break; /a=0 选择显示测得的温度case 1:a=1;break; /a=1 选择显示上限温度case 2:a=2;break; /a=2 选择显示下限温度d
26、efault:break;while(key1=0); /K1 松按键时消抖keyscan_delay(10);if(a=1max=temp_change(max,f_max);/显示上限温度else if(a=2min=temp_change(min,f_min);else;if(k4=1) /k4=1 时 K4 按键选择正负温度设定功能if(key4=0)if(v2=0)beer=0;keyscan_delay(5);if(key4=0)beer=1;if(a=1)if(max55) f_max=0;else f_max=f_max;/当温度大于 55 度时，只能设定为正温度if(a=2)
27、if(min55) f_max=0;else f_min=f_min;/当温度大于 55 度时，只能设定为正温度 while(key4=0);keyscan_delay(10);if(v=0) /v=0 时选择上下限查看功能if(key2=0)if(v2=0)beer=0;keyscan_delay(10);if(key2=0)beer=1;a=1; /选择上限显示TR1=1; /开定时器 1 开始定时一分钟左右s1=1; /上限显示不闪烁，显示一分钟左右自动退出while(key2=0);keyscan_delay(10);if(key3=0)if(v2=0)beer=0;keyscan_d
28、elay(10);if(key3=0)beer=1;a=2; /选择下限显示TR1=1; /开定时器 1 开始定时 1ss1=1; /下限显示不闪烁，显示 1s 自动退出while(key3=0);keyscan_delay(10);if(v1=1) /v1=1 时定时 1s 时间到自动关闭报警上下限查看功能a=0;v1=0;TR1=0; /a=0 显示实测温度，v1 清零，关定时器 1if(k4=0) /k4=0 时 K4 按键选择消按键音的功能 if(key4=0)if(v2=0)beer=0;keyscan_delay(10);if(key4=0)beer=1;v2=v2; /为0时开按
29、键音，为1时关按键音 while(key4=0);keyscan_delay(10); #endif/* 程序名; ds18b20 数码管动态显示头文件* 功 能： 通过定时器 0 延时是数码管动态显示* 编程者： 彭明闯* 编程时间：2014/5/30 */#ifndef _ds18b20_display_H_ #define _ds18b20_display_H_#define uint unsigned int /变量类型宏定义，用 uint 表示无符号整形（16 位）#define uchar unsigned char /变量类型宏定义，用 uchar 表示无符号字符型（8 位）sb
30、it wei1=P24; /可位寻址变量定义，用 wei1 表示 P2.4 口sbit wei2=P25; /用 wei2 表示 P2.5 口sbit wei3=P26; /用 wei3 表示 P2.6 口sbit wei4=P27; /用 wei4 表示 P2.7 口uchar num=0; /定义 num 为全局无符号字符型变量，赋初值为0uchar code temperature1= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /定义显示码表 09uchar code temperature2= 0xbf,0x86,0xdb,0
31、xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef;/带小数点的 09.uchar code temperature3= 0x00,0x80,0x40,0x76,0x38; /依次是不显示 .-HL/*/* 延时子函数/*/void display_delay(uint t) /延时 1ms 左右uint i,j;for(i=t;i0;i-)for(j=120;j0;j-);/*/* 定时器 1 初始化函数/*/void timer1_init(bit t)TMOD=0x10;TH0=0x3c;TL0=0xb0;EA=1;ET1=1;TR1=t; / 局部变量 t 为 1 启动
32、定时器 1，为 0 关闭定时器 1/*/* 定时器 1 中断函数/*/void timer1() interrupt 3TH0=0x3c; /重新赋初值，定时 50msTL0=0xb0;num+; /每进入一次定时器中断 num 加 1（每50ms 加 1 一次）if(num20) /进入 20 次中断，定时 1s num=0; /num 归 0，重新定开始定时 1ss1=0; /定时 1s 时间到时自动关闭报警上下限显示功能v1=1; /定时 1s 时间到时自动关闭报警上下限查看功能/*/* 调整报警上下限选择函数/*/void selsct_1(uchar f,uchar k) /消除百位
33、的 0 显示，及正负温度的显示选择if(f=0) /若为正温度，百位为 0 则不显示百位，不为 0 则显示if(k/100=0) P0=temperature30;else P0=temperature1k/100;if(f=1) /若为负温度，若十位为 0，百位不显示，否则百位显示-if(k%100/10=0) P0=temperature30;else P0=temperature32;void selsct_2(bit f,uchar k) /消除十位的 0 显示，及正负温度的显示选择if(f=0) /若为正温度，百位十位均为 0则不显示十位，否则显示十位if(k/100=0)else
34、P0=temperature1k%100/10;if(f=1) /若为负温度，若十位为 0，十位不显示，否则十位显示-if(k%100/10=0) P0=temperature32;else P0=temperature1k%100/10;/*/* 主函数显示/*/void display(uchar t,uchar t_d) /用于实测温度、上限温度的显示uchar i;for(i=0;i4;i+) /依次从左至右选通数码管显示，实现动态显示 switch(i)case 0: /选通第一个数码管wei2=1; /关第二个数码管wei3=1; /关第三个数码管wei4=1; /关第四个数码管w
35、ei1=0; /开第一个数码管 if(a=0)selsct_1(f,t); /若 a=0 则在第一个数码管上显示测量温度的百位或-if(a=1) P0=temperature33; /若 a=1 则在第一个数码管上显示H if(a=2) P0=temperature34; /若 a=2 则在第一个数码管上显示L break;case 1: /选通第二个数码管wei1=1; wei3=1;wei4=1; wei2=0; if(a=0)selsct_2(f,t); /若 a=0 则在第二个数码管上显示测量温度的十位或-if(a=1) /若 a=1 则在第二个数码管上显示上限报警温度的百位或- if(s=0) selsct_1(f_max,max);/若 s=0 则显示第二个数码管，否则
