单片机课程设计

《单片机原理与应用》

课程设计指导书。

********电气与信息工程学院。

二○○八年十二月。

目录。第1章简易数字电压表的设计1

第2章 ds18b20数字温度计的设计4

第3章秒表/时钟计时器的设计12

第一章简易数字电压表的设计。

1.1 功能要求。

简易数字电压表的设计可以测量0～5v的8路输入电压值，并在四位上轮流显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019v，测量误差为±0.02v。

1.2 方案论证。

按系统功能实现要求，决定控制系统采用at89c52单片机，a/d转换采用adc0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其它a/d转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图1.

1。1.3 系统硬件电路的设计。

简易数字电压测量电路由a/d转换、数据处理及显示控制等组成，电路原理图如图1.2所示。a/d转换由集成电路0809完成，0809具有8路模拟输入端口，地址线（23～25脚）可决定对哪一路模拟输入作a/d转换。

22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2μs宽高电平脉冲时，就开始a/d转换。7脚为a/d转换结束标志，当a/d转换结束时，7脚输出高电平。

9脚为a/d转换数据输出允许控制，当oe脚为高电平时，a/d转换数据从端口输出10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1mhz时钟。单片机的p1、p3.0～p3.

3端口作为四位led数码管显示控制。p3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，p3.

6端口用作单路显示时选择通道。p0端口作a/d转换数据读入用，p2端口用作0809的a/d转换控制。

1.4 系统程序的设计。

1.4.1 初始化程序。

系统上电时，初始化程序将70h～77h内存单元清0，p2口置0。

1.4.2 主程序。

在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。当进行一次测量后，将显示每一通道的a/d转换值，每个通道的数据显示时间为1s左右。主程序在调用显示子程序和测试子程序之间循环，主程序流程图见图1.

3。1.4.3 显示子程序。

显示子程序采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示。测量所得的a/d转换数据放在70h～77h内存单元中，测量数据在显示时需转换成为十进制bcd码放在78h～7bh内存单元中，其中7bh存放通道标志数。寄存器r3用作8路循环控制，r0用作显示数据地址指针。

1.4.4 模/数转换测量子程序。

模/数转换测量子程序用来控制对0809八路模拟输入电压的a/d转换，并将对应的数值移入70h～77h内存单元。其程序流程见图1.4。

1.5调试及性能分析。

1.5.1 调试与测试。

采用w**e e2000编译器进行源程序编译及**调试，同时进行硬件电路板的设计制作，烧好程序后进行软硬件联调，最后进行端口电压的对比测试，要求测试对比中标准电压值采用ut56数字万用表测得。

简易数字电压表与“标准”数字电压表测得的绝对误差应在0.02v以内。

1.5.2 性能分析。

1.由于单片机为8位处理器，当输入电压为5.00v时，输出数据值为255（ffh），因此单片机最大的数值分辨率为0.

0196v（5/255）。这就决定了该电压表的最大分辨率（精度）只能达到0.0196v。

测试时电压数值的变化一般以0.02的电压幅度变化，如要获得更高的精度要求，应采用12位、13位的a/d转换器。

2.简易电压表测得的值基本上均比标准值偏大0.01～0.

02v。这可以通过校正0809的基准电压来解决，因为该电压表设计时直接用7805的供电电源作为基准电压，电压可能有偏差。另外可以用软件编程来校正测量值。

的直流输入阻抗1mω，能满足一般的电压测试需要。另外，经测试adc0809可直接在2mhz的频率下工作，这样可省去分频器14024。

第二章 ds18b20数字温度计的设计。

2.1 功能要求。

数字式温度计要求测温范围为－50°～110℃，精度误差在0.1℃以内，led数码管直读显示。

2.2 方案论证。

在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。

测温范围为－55°～125℃，最大分辨率可达0.0625℃。ds18b20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

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、测温电路及显示电路。数字温度计总体电路结构框图如图2.1所示。

图2.1 数字温度计电路结构框图。

2.3 系统硬件电路的设计。

温度计电路设计原理图如图2.2所示，控制器使用单片机at89c2051，温度传感器使用ds18b20，用4位共阳led数码管以动态扫描法实现温度显示。

图2.2 数字温度计电路设计原理图。

2.3.1 主控制器。

单片机at89c2051具有低电压供电和小体积等特点，两个端口刚好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。

2.3.2 显示电路。

显示电路采用4位共阳led数码管，从p1口输出段码，列扫描用p3.0～p3.3口来实现，列驱动用9012三极管。

2.3.3 温度传感器工作原理。

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。ds18b20的性能特点如下：

独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

多个ds18b20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；

无需外部器件；

可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5v；

零待机功耗；

温度以9或12位数字量读出；

用户可定义的非易失性温度报警设置；

报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；

负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

图2.3 ds18b20内部结构框图。

ds18b20采用3脚pr-35封装或8脚soic封装，其内部结构框图如图2.3所示。

64位rom的位结构如图2.4所示。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的crc检验码，图2.4 64位rom位结构。

这也是多个ds18b20可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器th和tl，可通过软件写入户报警上下限图2.5 高速暂存ram结构。

ds18b20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ram和一个非易失性的可电擦除的eeram。高速暂存ram的结构为8字节的存储器，结构如图2.5所示。

头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节是th和tl的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。ds18b20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。

该字节各位的定义如图2.6所示。第5位一直为1，tm是测试模式位，用于设置ds18b20在工作模式还是在测试模式。

在ds18b20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，r1和r0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，定义方法见表2.1。

图2.6 配置寄存器。

由表2.1可见，ds18b20温度转换的时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

高速暂存ram的第字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的crc码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。

当ds18b20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.

0625℃/lsb形式表示。温度值格式如图2.7所示。

当符号位s=0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位s=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制值。表2.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。

ls字节。ms字节。

图2.7 温度数据值格式。

表2.2 ds18b20温度与测得值对应表。

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

其他用户还读了