自动化与电气工程学院单片机课程设计目录1. 引言 .12. 设计方案及原理 .23. 硬件设计 .33.1 单片机最小系统 .33.2 液晶（1602）显示电路 .33.3 DS18B20 数字温度计 .43.4 AT89C51 单片机 .43.5 系统主电路图 .54. 软件设计 .64.1 主程序流程图 .64.2 初始化流程图 .64.3 显示函数 .85. 总结 .96. 参考文献 .11附录 A 1602 内部的字符集 .12附录 B 源程序代码 .13自动化与电气工程学院单片机课程设计- 0 -1. 引言随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度采集监控系统。美国 DALLAS 公司的 DS18B20 数字温度传感器是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了 DS18B20 数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。为了便于观察，即监控，读回来的温度值会在液晶屏上显示。单片机芯片使用的是 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机。它的时钟频率可达24MHz。而本设计所使用的时钟频率为 12MHz，这个频率在其它型号的单片机自动化与电气工程学院单片机课程设计- 1 -上也能使用，便于系统移植。2. 设计方案及原理在温度采集系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行 A/D 转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片 DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在-10+85 时的测量精度为-0.5 。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计 DS18B20 和微控制器 AT89C51 构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于单总线上可以带多个 DS18B20,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。本文为说明 DS18B20的采集过程就用一个 DS18B20，做单点温度采集。采用温度芯片 DS18B20 测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本文应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。下面是系统整体框图：自动化与电气工程学院单片机课程设计- 2 -图 2-1 系统设计原理图3. 硬件设计3.1 单片机最小系统所谓单片机最小系统是指能让单片机运行程序的最小配置，包括时钟电路和复位电路。复位是单片机应用系统中不可或缺的操作，复位是使单片机处于某种确定的初始状态。单片机的工作就是从复位开始的。下面是复位操作的一种电路图：RSTC147uFR110k复 位 电 路图 3-1 复位电路微型计算机执行指令是通过按序完成各种微操作，达到实现指令功能目的的。各指令的微操作在时间上是有严格的次序，这种微操作的时间次序称为时自动化与电气工程学院单片机课程设计- 3 -序。单片机的正常运行需要片外的时钟信号来为内部的各种微操作提高时间基准。而外部的时钟信号是由外部的时钟电路产生的，如下图：XTAL2XTAL1C230pFC330pF X1FREQ=12MHz时 钟 电 路图 3-2 时钟电路3.2 液晶（1602）显示电路液晶显示技术在我们的日常生活中应用的很多。它的显著特点是：低压微功耗、平板型结构、被动显示、显示信息量大、易于彩色化、没有电磁辐射、寿命长等等。其原理图如下：D0D1D2D3D4D5D6D7RSRWEND714D613D512D41D310D29D18D07E6RW5RS4VS1VD2VE3LCD1 液 晶 显 示 屏图 3-3 1602 液晶屏3.3 DS18B20 数字温度计美国 DALLAS 公司的 DS18B20 数字温度传感器是世界上第一种单总线设备。DQ 端接在单总线上。与传统上的模拟温度计相比它所需的硬件资源少，连线简洁，可靠性高，抗干扰能力强。DS18B20 的外部电源供电方式电路图如下：自动化与电气工程学院单片机课程设计- 4 -DQ 27.5DQ2 VCC3 GND1U2DS18B20FC=28SN=B8C530数 字 温 度 传 感 器R24k7图 3-4 DS18B20 的外部电源供电方式电路图3.4 AT89C51 单片机当我们使用 P0 口作为 I/O 口时，必须在单片机外部添加上拉电阻，如下图排阻所示。D0D1D2D3D4D5D6D7234567891 RP1上 拉 电 阻图 3-5 接在 P0 口的上拉电阻下面是 AT89C51 单片机的管脚图，及与本设计有关的单片机管脚的定义：RSTXTAL1XTAL2D0D1D2D3D4D5D6D7RSRWENDQXTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P1.01 P1.12 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T1 15P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U1AT89C51