基于单片机的数字温度计设计与仿真.doc
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1、基于单片机的数字温度计设计与仿真 盘桂云(吉首大学物理科学与信息工程学院,湖南 吉首 416000) 摘 要本课题以单片机为控制核心,设计了一款数字温度计。该系统由51单片机、DS18B20温度传感器以及1602 LCD液晶显示屏等部件组成。系统上电后进入实时温度显示状态,此时将DS18B20中的温度值读到单片机中并将其显示在LCD液晶显示屏上。系统可以设置上下限报警温度值,当测得结果超过设定值时进行相应的报警,提供一个接口可以将温度值传送给其它控制器或计算机,测量准确且误差小,其误差在0.02。关键词:单片机;温度采集;LCD显示;温度传感器;数字温度计; Emluater and Desi
2、gn of Digital Thermometer Based on Microcomputer ControlPanguiyun (College of Physics Science and Information Engineering,Jishou University,Jishou,Hunan 416000)AbstractThis topic with the microcontroller as control core , and design a digital thermometer. It consists of 51 single -chip microcomputer
3、, 18B20 temperature sensor and 1602 LCD screen display etc. After power on, the system into real-time temperature display state, then the temperature 18B20 will read in the single-chip microcomputer and displayed in the LCD screen. System can set upper temperature alarm, when the alarm measured resu
4、lts than the setting measured corresponding alarm, System can provide an interface which sends the temperature to other controller or computer. There is little measuring error, measuring error at 0.02. Key words:Microcontroller;Temperature acquisition;LCD display;Temperatere sensor;Digital thermomet
5、er目 录第一章 绪 论 11.1 系统背景 11.2 系统概述 11.2.1 系统功能 11.2.2 系统所用器件及其作用 1第二章 系统总体设计21 系统硬件电路总体设计322系统软件的总体设计 423主程序的流程设计与实现程序 63.2.1 主程序的流程设计63.2.2 主程序的实现程序 7第三章 主要器件介绍31 18B20温度传感器 832 1602液晶显示器 8第四章 系统详细设计41控制模块电路设计 104.1.1晶振电路设计 104.1.2复位电路设计 1042温度传感器模块 114.2.1温度传感器模块电路设计 114.2.2温度传感器模块程序设计 1243 液晶显示模块 1
6、64.3.1液晶显示模块电路设计 164.3.2液晶显示模块程序设计 174.4 键盘输入模块174.4.1键盘输入模块电路设计 174.4.2键盘输入模块程序设计 184. 5报警模块 194.5.1报警模块电路设计 194.5.1报警模块程序设计 204. 6串行输出模块20第五章 软件仿真与测试5.1软件的仿真分析与仿真结果 21结束语 25参考文献 26致谢 27附录1:系统电路图 28附录2:源程序清单292基于单片机的数字温度计设计与仿真 绪论 第一章 绪 论1.1 系统背景在工农业生产和日常生活中,对温度的测量占据着极其重要地位。冰箱、空调、烘干机中均用了温度控制系统。目前,我国
7、单片机的开发应用正在兴起,单片机在机电一体化、智能仪表、工业控制、家用电器等方面的应用成果尤为显著。本课题基于单片机设计了一款数字温度计。1.2 系统概述本设计以单片机为控制核心。其设计通过18B20进行温度采集,采用1602液晶来进行温度显示,有键盘输入和LED二极管进行温度报警功能。其温度通过MAX232通信方式传送出去,可给另一控制器或计算机进行其它操作用。硬件总的包括单片机及相应单片机小系统相关元件、18B20温度传感、1602液晶显示屏、三个按键,MAX232电平转换器件和两个LED二极管。1.2.1 系统的功能本数字温度计系统主要完成的功能是对测量温度进行显示,其中包括过温报警功能
8、。具体的功能如下所述:(1)能够实时的测得温度并进行显示,显示的误差在0.02;(2)可以通过键盘输入相应的上下限温度;(3)数字温度计测得的温度值和我们设定的上下限温度都可以在LCD上显示出来。其中在主界面下是实时显示测得的温度值;(4)当系统测得的温度低于最低温度或高于最高温度时会进行相应的报警;(5)测得温度通过MAX232传送出去,可供其它器件操作。本数字温度计的工作过程如下:首先通过18B20温度传感器进行温度采集,然后将采集到的数据传送给单片机,单片机将收到的数据进行相应的处理后通过1602液晶显示给用户。在此过程中如果测得的温度超过了上下限温度时系统会启动报警。其中上下限温度值可
9、由用户进行设定,如未设定则为系统初始值。系统还可将温度通过MAX232传送给计算机等进行相应的操作。1.2.2 系统所用器件及其作用在数字温度计系统中所使用的器件及其作用如下所述:(1) 单片机:系统的控制部分,能对采集的温度进行相应处理。(2) 18B20温度传感器:用来采集温度。(3) 1602液晶显示屏:用来显示单片机控制器处理的相应结显。(4) LED发光二极管:用来进行报警的模拟。(5) 按键:用来输入相应的上下限温度值。(6)MAX232:进行串行通信的电平转换。基于单片机的数字温度计设计与仿真 系统总体设计 第二章 系统总体设计2.1系统硬件电路总体设计数字温度计系统硬件电路按功
10、能可以分为以下几个模块电路:控制模块电路、温度传感器模块电路、液晶显示模块电路、键盘输入模块电路、报警模块、串行通信模块电路。系统硬件电路总体设计方框图,如图2.1所示:液晶显示模块电路控制模块电路即单片机小系统键盘输入模块电路报警模块温度传感器模块电路图2.1.1数字温度计系统硬件电路总体图2.1.2 系统的电路图2.2系统软件的总体设计软件部分即程序编写部分。为了程序的可读性和独立性,程序的书写分模块书写,且同一个模块放在同一个文件下。根据此思路,程序分为主程序模块部分、1602液晶显示驱动模块部分、按键模块部分、DS18B20驱动模块部分、报警模块部分、串行输出程序模块和组合程序模块部分
11、。各部分的联系都通过组合程序模块部分进行组合,而组合程序只给主程序调用。主程序部分对应mian.c文件按键模块程序部对应key_scanf.c文件中1602液晶驱动程序部分对应1602.c报警程序模块部分对应baoji.c文件中DS18B20驱动程序部分对应18B20.C中图2.2.1程序各模块之间的关系图组合程序部分 对应unite.c文件串行通信模块对应usart.c文件中各程序部分的相关关系如图:各个程序模块设计之间的关系如上图,且在它们的对应关系中还有一个文件名为head .h,此文件用来定义IO端口和进行相关的外部变量和外部函数的声明。每一个C文件前面都会有:include“head
12、.h”来包含些头文件各文件的联接通过外部函数和外部变量。其各部分的外部函数和外部变量声明在head.h文件中。各程序模块对应的外部函数及外部变量如下:DS18B20驱动程序部分: extern void get_temperature();extern int temperature;1602液晶驱动程序部分:extern void lcd_prints(uchar *strint,uchar x,uchar y);按键模块程序部分:extern void key_scanf();extern uchar key1,key2,key3;报警程序模块部分:extern void compare_
13、temperature();extern void deal_compare_temperature();extern uchar low_flag,high_flag;串行通信模块部分:extern void usart();组合程序部分:externvoid dis_temperature(int temp_temperature);extern void main_init();extern void main_scanf_deal();以上列出的各外部函数与外部变量是各个.C文件相互联接的基础,其关系如图2.2.1所示.其中这些外部函数与IO定义都放在head.h文件中.IO定义列出如
14、下:/*IO口的定义*/ /*/*sbitrs =P20;sbit rw =P21;sbit en=P22;sbit busy_f=P07;#define dc_portP1#define lcd_com0 / Command#define lcd_data1 / Data#definekeyP2/按键IO定义sbit B20_IO =P37; /温度输入口sbitbeer=P32;/报警IO口1sbitbeer1=P33;/报警IO口2/*/*2.3主程序的流程设计与实现程序2.3.1主程序的流程设计由于各个程序都是模块化的设计,因此主程序的工作量就很少且思路也很清析。它的调用程序都在uni
15、te.c文件中。其程序设计思路如下:开始调用初始化程序调用获得测量的温度程序调用显示温度程序在液晶上显示调用键盘扫描程序调用按键处理程序调用三个温度比较程序调用报警程序对比较结果处理调用串行通信程序图2.3.1主程序流程图2.3.2主程序的实现程序/*函数名称:void main()功能说明:主函数入口参数:void*/void main()main_init();/主程序的初始化部分程序while(1)get_temperature();/获得温度lcd_write(lcd_com,0x01);/清屏lcd_prints( now temperature,0,0);/第一行的显示dis_te
16、mperature(temperature);/显示温度(第二行中)key_scanf();/扫描按键main_scanf_deal();/按键处理compare_temperature();/三个温度比较处理deal_compare_temperature();/处理比较结果进行报警usart();/串行数据传出52基于单片机的数字温度计设计与仿真 结束语 第三章 主要器件介绍3.1 18B20温度传感器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。其引脚图如下:图3.1.1 18B20引脚图DS18B20的功能是测量环境的温度。测温范围-55_
17、+125,其温度数字量转换时间为200MS在此系统中使用的命令只有三个。其命令列出如下:0xCC/跳过ROM0x44/温度转换0xBE/Read Scratchpad 命令对18B20的时序操作参考18B20程序设计部分说明。3.2 1602液晶显示器1602液晶显示器具有功耗低,寿命长的特点。其数据以八位并行方式传输。其引脚图如下:图3.2.1 1602液晶引脚图如图3.2.1,其各引脚如下图表:表3.2.2 1602液晶引脚功能图表1602液晶是工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符。使用的命令列出如下:0X38 /设置8位数据方式,无光标0x0c/开显示0x06/设置地址指针
18、加10x01/清屏 0x02/AC自增第四章 系统详细设计4.1 控制模块电路设计MCU控制模块电路是数字温度计系统的控制核心部分,主要由晶振电路、复位电路、MCU单片机芯片组成。晶振电路,它产生整个系统的时钟脉冲,时钟是12Mhz;复位电路,可进行单片机的复位操作;MCU单片机芯片,是数字温度计系统的控制核心芯片,它负责各种数据处理和控制。4.1.1晶振电路设计 晶振电路采用11.0592MHz的晶振。其电路如下:图4.1.1晶振电路的电路图其中C1,C2取27PF。4.1.2复位电路设计 51系列单片机的复位是高脉冲复位。其电路设计如下:图4.1.2复位电路的电路图复位原理:当按键按下时r
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