硬件設計課程設計--環(huán)境溫度測試例程設計

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題 目: 環(huán)境溫度測試例程設計</p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　課程設計使用ZG211硬件綜合實驗平臺（805

2、1單片機），配有課程設計接口芯片和輔助芯片以及器件；</p><p>　　ZG211有程序設計集成開發(fā)環(huán)境，程序設計語言為C語言；</p><p>　　ZG211硬件綜合實驗平臺使用說明書；</p><p>　　要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，撰寫說明書具體要求）</p><p>　　學習使用ZG211硬件綜合實驗平臺

3、，程序設計集成開發(fā)環(huán)境；</p><p>　　根據課程設計題目，進行需求分析，搞清楚課程設計需要設計需求和需要解決的設計內容。</p><p>　　查閱和學習課程設計題目需要的接口芯片資料，掌握接口芯片的使用方法和編程要領。查閱和學習課程設計題目需要的輔助芯片以及器件資料。</p><p>　　設計接口芯片和輔助芯片以及器件與8051單片機連接硬件電路原理圖。<

4、;/p><p>　　設計與硬件電路原理圖對應的C語言程序（或8051匯編語言）。給出程序流程圖。在集成開發(fā)環(huán)境中調試程序。給出程序的詳細注釋。能夠解釋使用程序模擬電路時序信號和數(shù)據。</p><p>　　撰寫課程設計報告，1）詳細陳述以上的設計過程；2）詳細陳述電路的調試過程。</p><p><b>　　時間安排：</b></p>

5、<p><b>　　第18周：</b></p><p>　　熟悉ZG211硬件綜合實驗平臺，KEILC UVISION2 集成開發(fā)環(huán)境；查閱接口芯片資料，熟悉接口芯片和它的使用方法。</p><p>　　設計硬件電路原理圖，。</p><p><b>　　第19周：</b></p><p>

6、;　　使用C語言或匯編語言設計和調試接口程序。</p><p>　　撰寫計算機硬件綜合設計報告。</p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　

7、環(huán)境溫度測試</b></p><p><b>　　1 實驗目的</b></p><p>　　1.1掌握I/O接口操作；</p><p>　　1.2掌握顯示及鍵盤芯片的運用；</p><p>　　1.3了解中斷的運用；</p><p>　　1.4了解單總線操作。</p>&

8、lt;p>　　應用計算機組成原理、數(shù)字邏輯、微機原理與接口技術、單片機原理、C語言程序設計等相關專業(yè)知識來學習和使用ZG211 實驗板的使用方法、Keilc51在線編程軟件環(huán)境。使用CH451芯片來進行數(shù)碼顯示和鍵盤掃描控制，設計實現(xiàn)溫度測試功能。</p><p><b>　　2.實驗設備</b></p><p>　　PC 機一臺；ZG-211 單片機系統(tǒng)實驗板

9、一塊</p><p><b>　　實驗連接線若干</b></p><p><b>　　并口編程線一根</b></p><p><b>　　串口通訊線一根</b></p><p><b>　　配套電源1 個</b></p><p>　

10、　芯片：DS18B20,CD4052,CH451,MCU89S52</p><p>　　2.1 DS18B20</p><p>　　DS18B20是新一代支持“一線總線”接口的溫度傳感器芯片，將電源和信號復合在一起；其測溫范圍為-55℃—+125℃，允許分辨率可調9—12位，工作電壓為3v—5v，在-10℃—+85℃范圍內，精度為±0.5℃。該芯片將溫度探頭與A/D轉換模塊集成在

11、一起，同時采用單總線與CPU通信，簡化了電路設計</p><p><b>　　芯片構造圖：</b></p><p>　　DS18B20芯片包括3個引腳，引腳說明如下圖所示：</p><p>　　DS18B20通過一種片上溫度測量技術來測量溫度的。</p><p><b>　　芯片原理圖：</b>&l

12、t;/p><p>　　DS18B20是這樣測量溫度的：利用一個高溫度系統(tǒng)的振蕩器確定一個門周期，內部計數(shù)器在這個門周期內對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行技術來得到溫度值。計數(shù)器被預置到對應于-55℃的一個值。如果計數(shù)器在門周期結束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55℃）的值增加，表明溫度大于-55℃，同時計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償敢問振蕩器的拋物線特性。然后計

13、數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以在測溫時獲得比較高的分辨力，這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需要計數(shù)的值來實現(xiàn)的。</p><p>　　2.2 CD4052</p><p>　　由于89S52上的I/O口資源有限，DS18B20的I/O口通過4通道數(shù)字控制模擬開關CD4052接到單片機的I/O口上。該芯片是一個差分四通

14、道數(shù)字控制模擬開關，有A和B 兩個二進制控制輸入端和一個INH 輸入，具有低導通阻抗和很低的截止漏電流。</p><p><b>　　功能說明表：</b></p><p><b>　　芯片原理圖：</b></p><p><b>　　2.3 CH451</b></p><p>

15、　　CH451 是一個整合了數(shù)碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制以及μP 監(jiān)控的多功能外圍芯片，該課題設計開發(fā)中我們僅需使用數(shù)碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制功能。在顯示驅動上，動態(tài)顯示掃描控制，可選數(shù)碼管的段與數(shù)據位相對應的不譯碼方式或者BCD 譯碼方式；在鍵盤掃描控制上，低電平輸出產生鍵盤中斷，并且提供鍵盤按鍵釋放標志位。借助Rational Rose繪制的串行接口原理圖如上所示。</p><p>　　由以上原理圖可以看到

16、左側有四個引腳，功能如下：LOAD用于串行接口的數(shù)據加載；DIN用于串行數(shù)據的輸入；DCLK是串行接口的數(shù)據時鐘；DOUT用于串行數(shù)據的數(shù)據輸出及鍵盤中斷。其中，DIN、DCLK、LOAD 是帶上拉的輸入信號線，默認是高電平；DOUT 在未啟用鍵盤掃描功能時作為串行數(shù)據輸出線，在啟用鍵盤掃描功能后作為鍵盤中斷和數(shù)據輸出線，默認是高電平。</p><p>　　DIN按位從低至高輸入每一個數(shù)據位，在CH451上電復位

17、后必須給它一個負脈沖以使能4線串行接口。DCLK是DIN數(shù)據輸入的時鐘，在其下降沿將數(shù)據從寄存器打出，在其上升沿將數(shù)據打入寄存器，因而借助以上原理圖不難理解寄存器組移位的原理。在經過DCLK的12個負脈沖后，D0—D11則從低位至高位依次存放了我們從DIN打入的數(shù)據。LOAD是串行數(shù)據幀的完成標志，在LOAD的上升沿，12位數(shù)據（不管是否有效）被打入命令寄存器。當DOUT（默認高電平）發(fā)出低電平進行中斷請求后，我們可以向CH451發(fā)送讀

18、鍵盤按鍵代碼命令，此時按鍵代碼（共7位）的最高位K6被發(fā)送至DOUT，之后向DCLK發(fā)送負脈沖。以相同方式將剩余的低6位按鍵代碼讀出。</p><p>　　在此次課題設計中將使用到的對CH451進行操作的命令如下表所示：</p><p>　　由上表可以看到讀取按鍵代碼的操作命令為12位，但是只有高四位是有效位，因而當我們通過DIN向CH451輸入高四位后，便可以通過LOAD發(fā)出一個負脈沖將

19、12位數(shù)據打入命令寄存器。設置系統(tǒng)參數(shù)命令用于設置CH451的系統(tǒng)級參數(shù)：看門狗使能WDOG，鍵盤掃描使能KEYB，顯示驅動使能DISP；當相應位置為1時表示使能，否則表示禁用，我們在系統(tǒng)實現(xiàn)中使用了鍵盤掃描使能和顯示驅動使能，即相應命令為：0X403。設置顯示參數(shù)命令用于設置CH451的顯示參數(shù)：譯碼方式MODE，掃描極限LIMIT，顯示亮度INTENSITY；同樣，當相應位置為1時表示使能，否則表示禁用。</p>&l

20、t;p>　　下表描述的則是在該課題設計實現(xiàn)中需要用到的命令位與相應段及顯示字符的對應顯示關系表：</p><p>　　2.4 MCU 89S52</p><p>　　89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可

21、編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　在設計實現(xiàn)中我們使用到了P15、P32、P33和P34口，另外P10、P11、P12和P13已內置鏈接到相對應的口。寄存器中各個位的含義如下表：</p><p>　　寄存器中各個位的功能如下，課題設計中我們只使用

22、到了EA和EX0，EX0控制的是鍵盤按鍵的外部中斷：</p><p><b>　　3 實驗要求</b></p><p>　　3.1 能正常操作LED 數(shù)碼顯示；</p><p>　　3.2 能通過中斷方式接收按鍵信息；</p><p>　　3.3 能通過單總線方式與DS18B20芯片交換數(shù)據；</p>&l

23、t;p>　　3.4 息能正確解釋從DS18B20芯片取出的溫度數(shù)據。</p><p><b>　　4 實驗原理</b></p><p>　　設計實現(xiàn)中采用了CD4052的X1輸入口，將X1與DS18B20的DQ口進行連接，用于向DS18B20發(fā)送命令和讀取溫度數(shù)據。P12、P13分別連接至A和B，用于控制選擇與X和Y連通的輸入通道。P10、P11分別連接至X和Y

24、，89S52通過P10與DS18B20進行交互，而P11在實現(xiàn)中并沒有用到。P34、P15、P33分別連接至LOAD、DCLK、DIN，用于向CH451發(fā)送數(shù)據，而P32連接至DOUT，主要用于接受DOUT產生的鍵盤按鍵中斷請求，獲取按鍵代碼。</p><p>　　溫度測試系統(tǒng)原理圖：</p><p><b>　　5 實驗步驟</b></p><p

25、><b>　　5.1 硬件連接</b></p><p>　　首先將ZG-211實驗板的總開關（位于左下角）關閉，將實驗板的六個支架固定好以保護反面的焊點；</p><p>　　然后參照以上給出的原理圖進行連線；</p><p>　　然后將并行編程線一端連接至PC機主板上的并口，另一端連接至ZG-211實驗板左側的并口；</p>

26、<p>　　最后檢查無誤后，將電源適配器的輸出端連接至ZG-211左下角的電源輸入插座。</p><p><b>　　5.2 軟件設計</b></p><p>　　軟件設計包括4個部分：常量定義部分、數(shù)碼管操作部分、溫度獲取部分、主函數(shù)，分別介紹如下：</p><p>　　5.2.1 常量定義</p><p&g

27、t;　　常量定義主要是考慮到程序的易讀性和可維護性，其中包括軟件設計中需要用到的一些引腳地址、特殊寄存器地址、特殊寄存器位地址、初始化命令以及操作命令等。</p><p>　　5.2.2 數(shù)碼管操作</p><p>　　該部分操作函數(shù)包括：延時、向CH451發(fā)送數(shù)據、鍵盤按鍵中斷響應例程、數(shù)碼管顯示測試、數(shù)碼管溫度顯示。由于中斷響應例程在該部分中，所以按鍵代碼key_data必須聲明為ex

28、tern，表明該變量在其它模塊中，相當于一個全局變量。</p><p>　　5.2.3 溫度獲取</p><p>　　該部分操作包括：DS18B20復位、從DS18B20讀取一位及一個字節(jié)、向DS18B20寫入一位及一個字節(jié)、從DS18B20獲取溫度并計算為十進制形式。為了方便實現(xiàn)溫度轉換，我們將各個位對應的權值按高低字節(jié)定義在了兩個數(shù)組中。考慮到節(jié)省空間，我們將其定義為code，放在RO

29、M區(qū)。由于很多函數(shù)中使用了空指令_nop_()；因而需要包含頭文件intrins.h。</p><p><b>　　5.2.4 主函數(shù)</b></p><p>　　首先定義一個存放按鍵代碼的char型變量key_data，初始化為0。主函數(shù)的主要工作流程是：MCU開中斷、數(shù)碼管顯示測試、進入無限循環(huán)、如果key_data等于0X64,即最左邊的一個鍵盤按鍵，則將key

30、_data清零，并獲取溫度并顯示至數(shù)碼管。</p><p><b>　　6 實驗結果</b></p><p>　　6.1接線及結果顯示</p><p><b>　　6.2檢測硬件</b></p><p>　　6.3設置89S52芯片特征字</p><p>　　6.4打開.he

31、x文件</p><p>　　6.5擦除ROM中原有內容</p><p><b>　　6.6寫入ROM</b></p><p><b>　　7.程序說明</b></p><p>　　/*******************************************************\<

32、;/p><p>　　|函數(shù)名GetTemperat|</p><p>　　|函數(shù)功能利用18B20芯片檢測溫度，并在LED上顯示|</p><p>　　|參數(shù)無|</p><p>　　|返回值溫度|</p><p>　　\********

33、***********************************************/</p><p>　　unsigned char GetTemperat()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char temp[2];</p><p>　　unsigned ch

34、ar temperat_C;</p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　while(Reset_18B20()); //復位等待從機應答 </p><p>　　write_byte_18B20(0xCC);//忽略ROM匹配 </p><p>　　write_byte_18B20(0x44);//發(fā)送溫

35、度轉化命令 </p><p>　　delay_1ms(500);//延時 </p><p>　　while(Reset_18B20()); //再次復位，等待從機應答 </p><p>　　write_byte_18B20(0xCC);//忽略ROM匹配 </p><p>　　write_byte_18B20(0xBE);//發(fā)送

36、讀溫度命令 </p><p>　　temp[0] = read_byte_18B20();//讀出溫度低8位</p><p>　　temp[1] = read_byte_18B20();//讀出溫度高8位 </p><p>　　DQ_HIGH();//釋放總線 </p><p>　　temperat_C = 0;</p>

37、;<p>　　for(i=0; i<3; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　temperat_C += ((temp[1]&(1<<i))>>i)*temperat_table_H[i];</p><p><b>　　}</b><

38、/p><p>　　for(i=4; i<8; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　temperat_C += ((temp[0]&(1<<i))>>i)*temperat_table_L[i];</p><p><b>　　}</b>

39、;</p><p>　　return(temperat_C);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*******************************************************\</p><p>　　|函數(shù)名Display_TEST|<

40、/p><p>　　|函數(shù)功能測試顯示LED數(shù)碼管|</p><p>　　|參數(shù)無|</p><p>　　|返回值無|</p><p>　　\*******************************************************/</p>&l

41、t;p>　　void Display_TEST()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//初始化顯示芯片</b></p><p>　　disp_initialize();</p><p><b>　　//延時</b></p>

42、<p>　　delay_1ms(100);</p><p>　　//送顯“12345678”</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD0, 0x01);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD1, 0x02);</p><p>　　send_disp_data( C

43、H451_LOAD2, 0x03);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD3, 0x04);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD4, 0x05);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD5, 0x06);</p><p>　　send_

44、disp_data( CH451_LOAD6, 0x07);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD7, 0x08);</p><p>　　delay_1ms(200);</p><p><b>　　//延時</b></p><p>　　delay_1ms(200);</p>

45、<p>　　//開中斷，接受按鍵信息</p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p>　　//"--------"</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD0, 0x12);</p><p>　　send_disp_data( CH451

46、_LOAD1, 0x12);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD2, 0x12);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD3, 0x12);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD4, 0x12);</p><p>　　send_disp

47、_data( CH451_LOAD5, 0x12);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD6, 0x12);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD7, 0x12);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***********

48、********************************************\</p><p>　　|函數(shù)名display_int|</p><p>　　|函數(shù)功能顯示一個整數(shù)|</p><p>　　|參數(shù)無|</p><p>　　|返回值無

49、|</p><p>　　\*******************************************************/</p><p>　　void display_int(unsigned int m)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　send_disp_data( C

50、H451_LOAD0, 0x10);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD1, 0x10);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD2, 0x10);</p><p>　　if (m/10000)</p><p><b>　　{</b></p&g

51、t;<p>　　send_disp_data( CH451_LOAD3, m/10000);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　send_disp_da

52、ta( CH451_LOAD3, 0x10);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if ((!(m/1000)%10)&&(!(m/10000)))</p><p><b>　　{</b></p><p>　　send_disp_data( CH451_LO

53、AD4, 0x10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD4, (m/1000)%10);</p>

54、<p><b>　　}</b></p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD5, (m/100)%10);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD6, (m/10)%10);</p><p>　　send_disp_data( CH451_LOAD7, m%10);<

55、/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　8.心得體會</b></p><p>　　從理論到實踐，可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實

56、踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。</p><p>　　科生課程設計成績評定表</p><p>　　班級：計算機1101班　　姓名：周文星　學號：012110340118</p><p>　　注：最終成績以五級分制記。優(yōu)（90-100分）、良（80-89