單片機課程設(shè)計，C51+DS18B20溫度傳感器+LM016L顯示屏
重點在于兩個外設(shè)的時序控制
模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)清晰明了
一、題目
溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計

二、要求
1.溫度測量范圍：-55℃ ~ 125℃，測量精度 ±0.1℃
2.DS18B20作溫度傳感器，LCD1602作顯示控制器
3.LCD1602顯示器顯示測量的溫度值（一位符號，三位整數(shù)，一位小數(shù)）
顯示分兩行，如：
temperature is:
056.3℃

4.用proteus畫出電器原理圖并能仿真
5.程序清單
6.書寫設(shè)計報告

三、使用軟件及仿真環(huán)境
Keil uVision5
Proteus7.8

四、課程設(shè)計步驟
1.畫出電路圖
首先根據(jù)實驗需求在proteus仿真軟件中畫出電路

需要選取的元器件有：
AT89C51（mcu） DS18B20（溫度傳感器）
LM016L（溫度傳感器） RES（上拉電阻）

電路圖說明：
針對液晶顯示器LM016L，D0_{D7引腳連接到C51的P1.0}P1.7引腳，同時選取51單片機的P3.5、P3.6 、P3.7引腳作為LCD的控制輸入端
針對DS18B20溫度傳感器，選取P2.0引腳作為數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)接收引腳。同時使用4.7K的上拉電阻連接P2.0
電路圖連接完畢后，開始構(gòu)建keil工程

2.keil工程構(gòu)建
項目的整體構(gòu)建使用Keil5進行完成，由于keil5主要編寫stm32程序，對于c51程序需要導(dǎo)入相應(yīng)的pack才能進行編寫。
（1）安裝C51 pack包
按照網(wǎng)上的教程進行操作較為簡單
（2）構(gòu)建項目結(jié)構(gòu)
打開keil5工程，可以看到左側(cè)的工作區(qū)脈絡(luò)

Source Group 1為系統(tǒng)文件夾，文件夾中只存放main文件和STARTUP.A51啟動文件
Bsp文件夾為自己創(chuàng)建的文件夾，自己寫的.c文件和頭文件都存放在這里，可以看到文件夾中包含了
delay.c：有關(guān)延遲的函數(shù)
lcd.c：LM016L的相關(guān)顯示函數(shù)
temperature.c：DS18B20傳感器相關(guān)函數(shù)
通過bsp_system.h頭文件將bsp文件夾中的內(nèi)容和Soure Group 1文件夾中的內(nèi)容鏈接起來，保證函數(shù)能夠進行調(diào)用。同時通過
#ifndef
#define
#endif
這三條預(yù)處理命令保證bsp_system.h頭文件只會被編譯一次，防止重復(fù)編譯的問題出現(xiàn)。（其它頭文件也添加這三段代碼，防止重復(fù)編譯）

可以看到在此頭文件中，對LCD與溫度傳感器的控制引腳做了相對應(yīng)的定義。如果硬件需要改變連接引腳，能夠較快的進行程序的移植。
（3）功能函數(shù)
這一小節(jié)著重介紹各個C函數(shù)文件中的函數(shù)含義，以及核心代碼。
1.delay.c

delay.c

#include "delay.h"void delay1ms(uint timer) {unsigned char a, b, c;while (timer--){for (c = 1; c > 0; c--)for (b = 142; b > 0; b--)for (a = 2; a > 0; a--);} }void Delay_DS18B20(int num) {while (num--); }

delay.h

#ifndef _DElAY_H #define _DELAY_H#include "bsp_system.h" #include "main.h"void delay1ms(uint timer); void Delay_DS18B20(int num);#endif

void delay1ms(uint timer) 延遲1ms通過傳入的timer參數(shù)進行延遲時間的控制
void Delay_DS18B20(int num) 微妙級延遲，由于DS18B20溫度傳感器對時序要求非常嚴格，經(jīng)過多次函數(shù)編寫才設(shè)計出這個us級的延遲函數(shù)。主要針對溫度傳感器的時序進行計時，控制傳感器初始化、通信等過程。

2.lcd.c
LM016L液晶模塊采用HD44780控制器。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能。LM016L與單片機MCU通訊可以采用8位或者4位并行傳輸兩種方式。
要想控制LCD屏幕顯示，需要通過對HD44780寫入控制指令，HD44780產(chǎn)生顯示驅(qū)動信號來驅(qū)動LM016L。
根據(jù)以上的信息描述，我們參照LM016L的操作手冊進行程序的編寫
lcd.c

#include "lcd.h"unsigned char code dis1[] = {"temperature is :"}; //unsigned char code dis2[] = {"021.8 C"};//?D??LCDê?·??|?μ bit LCD_Buzy() {bit result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result = (bit)(P1 & 0x80);ep = 0;return result; }void LCD_WriteByte(unsigned char cmd) {while (LCD_Buzy());rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();P1 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0; }void LCD_Pos(unsigned char pos) {LCD_WriteByte(pos | 0x80); }void LCD_Display(unsigned char dat) {while (LCD_Buzy());rs = 1;rw = 0;ep = 0;P1 = dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0; }void LCD_Init() {LCD_WriteByte(0x38);delay1ms(1);LCD_WriteByte(0x0c);delay1ms(1);LCD_WriteByte(0x06);delay1ms(1);LCD_WriteByte(0x01);delay1ms(1); }

lcd.h

#ifndef _LCD_H #define _LCD_H#include "bsp_system.h"extern unsigned char code dis1[]; extern unsigned char code dis2[];bit LCD_Buzy(); void LCD_WriteByte(unsigned char cmd); void LCD_Pos(unsigned char pos); void LCD_Display(unsigned char dat); void LCD_Init();#endif

首先是 void LCD_Init() 對LCD進行初始化，需要向LCD中寫入數(shù)據(jù)，于是引入
void LCD_WriteByte(unsigned char cmd) 函數(shù)對數(shù)據(jù)進行寫入操作，通過LCD的操作時序圖進行編寫
在程序的寫入過程中還需對進行判忙操作，也就是 bit LCD_Buzy() 函數(shù)，當LCD忙碌時，也就是result的值為1時，不能對LCD進行操作；result = 0 可以進行讀寫

最后是LCD顯示操作，按照上面的函數(shù)編寫，LCD的初始化已經(jīng)完成，需要讓LCD顯示出我們想要展示的內(nèi)容。
在顯示字符時需要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，同時在初始化的過程中先設(shè)置其顯示模式。
在顯示字符時，LCD顯示模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，每個字符都有一個固定的該罵，顯示時模塊把41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字符。
通過以上的描述可以知道，只需要知道LCD中字符代碼與字符圖形之間的對應(yīng)關(guān)系，就能夠讓LCD顯示對應(yīng)的字符。
由此，編寫出 void LCD_Display(unsigned char dat) 函數(shù)，對函數(shù)傳入類型為 unsigned char類型的dat參數(shù)，反映了LCD顯示的字符信息。每次顯示一個字符，光標向后移位，然后顯示下一個字符。

3.temperature.c
DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾性能力強，精度高的特點。
DS18B20數(shù)字溫度計提供9位溫度讀數(shù)。信息經(jīng)過單線接口送入DS118B20或從DS18B20送出，因此從中央處理器到DS18B20僅需要一條線。讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)本身提供，而不需要外部電源。
文件中描述了DS18B20的相關(guān)函數(shù)，包括溫度傳感器的初始化、讀字符、寫字符、讀取溫度、字符轉(zhuǎn)換函數(shù)、溫度顯示函數(shù)，其中讀取溫度函數(shù)和溫度顯示函數(shù)為核心函數(shù)。
在編寫函數(shù)時，特別注意延遲函數(shù)的準確性，DS18B20對時序要求極其嚴格，延遲函數(shù)不準確，傳感器將不能進行初始化和讀寫操作。
同LCD顯示一樣，首先需要對溫度傳感器進行初始化。
通過 uchar DS18B20_Init(void) 函數(shù)對傳感器進行初始化操作，主機首先發(fā)出一個480-960微秒的低電平脈沖，然后釋放總線變?yōu)楦唠娖?#xff0c;并在隨后的480微秒時間內(nèi)對總線進行檢測，如果有低電平出現(xiàn)說明總線上有器件已做出應(yīng)答。若無低電平出現(xiàn)一直都是高電平說明總線上無器件應(yīng)答。
在調(diào)試傳感器的過程中，可以通過temp變量承載DS18B20初始化函數(shù)的返回值，并通過LCD進行顯示，便于我們進行調(diào)試。
temperature.c

#include "temperature.h"//×?·?×a??oˉêy uchar change(int a) {uchar b;if (a == 0)b = '0';if (a == 1)b = '1';if (a == 2)b = '2';if (a == 3)b = '3';if (a == 4)b = '4';if (a == 5)b = '5';if (a == 6)b = '6';if (a == 7)b = '7';if (a == 8)b = '8';if (a == 9)b = '9';return b; }//DS18B203?ê??ˉoˉêy uchar DS18B20_Init(void) {unsigned char x = 0;DQ = 1;Delay_DS18B20(8);DQ = 0;Delay_DS18B20(80);DQ = 1;Delay_DS18B20(14);x = DQ;Delay_DS18B20(20);return x; }unsigned char DS18B20_ReadChar(void) {unsigned char i = 0;unsigned char dat = 0;for (i = 8; i > 0; i--){DQ = 0;dat >>= 1;DQ = 1;if (DQ)dat |= 0x80;Delay_DS18B20(4);}return dat; }void DS18B20_WriteChar(unsigned char dat) {unsigned char i = 0;for (i = 8; i > 0; i--){DQ = 0;DQ = dat & 0x01;Delay_DS18B20(5);DQ = 1;dat >>= 1;} }//?áè????è int DS18B20_ReadTemperature(void) {unsigned char a = 0;unsigned char b = 0;int t = 0;float tt = 0;DS18B20_Init();DS18B20_WriteChar(0xCC);DS18B20_WriteChar(0x44);DS18B20_Init();DS18B20_WriteChar(0xCC);DS18B20_WriteChar(0xBE);//μú°?????°???a = DS18B20_ReadChar();b = DS18B20_ReadChar();t = b;t <<= 8;t = t | a;//?yêy?￠?oêyμ?êy?μ′|àíif (t > 63488){tt = ((~t) + 1) * 0.0625;t = tt * 10 + 0.5;return (-t);}else{tt = t * 0.0625;t = tt * 10 + 0.5;return (t);} }//???è??ê?oˉêy void Temp_Display(int temp) {//???èμ?°ù???￠ê????￠?????￠D?êy??￡?abs×÷?a?D??±?á?2?ó?êy?μ′|àíint temp100, temp10, temp1, temp01, abs;uchar i;uchar local; unsigned char temperature[7];//??ê?ó￠?? temperature￡oLCD_Pos(0x01);i = 0;while (dis1[i] != '\0'){LCD_Display(dis1[i]);i++;}//?yêy???èoí?oêy???èμ?·??a??ê?if (temp < 0){temp = (~temp) + 1 + 1;abs = temp / 10;temp100 = abs / 100; temp10 = (abs - temp100 * 100) / 10; temp1 = abs % 10; temp01 = temp % 10; temperature[0] = '-';temperature[1] = change(temp10);temperature[2] = change(temp1);temperature[3] = '.';temperature[4] = change(temp01);temperature[5] = ' ';temperature[6] = 'C';local = 0x41;i = 0;//lcd_wcmd(0x0d);while (i < 7){LCD_Pos(local);local++;LCD_Display(temperature[i]);i++;}}//?yêy???èelse{abs = temp / 10;temp100 = abs / 100; temp10 = (abs - temp100 * 100) / 10; temp1 = abs % 10; temp01 = temp % 10; temperature[0] = change(temp100);temperature[1] = change(temp10);temperature[2] = change(temp1);temperature[3] = '.';temperature[4] = change(temp01);temperature[5] = ' ';temperature[6] = 'C';local = 0x41;i = 0;//lcd_wcmd(0x0d);while (i < 7){LCD_Pos(local);local++;LCD_Display(temperature[i]);i++;}} }

temperature.h

#ifndef _TEMPERATURE_H #define _TEMPERATURE_H#include "bsp_system.h"uchar change(int a); uchar DS18B20_Init(void); unsigned char DS18B20_ReadChar(void); void DS18B20_WriteChar(unsigned char dat); int DS18B20_ReadTemperature(void); void Temp_Display(int temp);#endif

初始化成功后，向溫度傳感器寫入?yún)?shù)控制，即向單片機發(fā)送一條ROM指令，并發(fā)送存儲器指令。
對于ROM的操作部分可以跳過，所以我們對傳感器寫入跳過ROM的操作指令（CCH）。然后對傳感器寫入轉(zhuǎn)換溫度的操作命令，讓DS18B20完成專函的操作。在寫命令時，要低字節(jié)先寫。
下面要讀取溫度數(shù)據(jù)，首先主機復(fù)位，跳過ROM操作，讀取RAM命令。同樣，讀取數(shù)據(jù)也是低位在前。
經(jīng)過以上的時序分析，將讀取溫度函數(shù)整合起來。

此函數(shù)中，使用a，b兩個變量值承載相應(yīng)溫度值的低八位和高八位。通過判斷語句對正數(shù)值和負數(shù)值加以區(qū)分。
針對我們設(shè)置的傳感器測量精度作相應(yīng)的變換返回類型為 int 的溫度值。
讀取出溫度后，自然要將溫度顯示出來，因此編寫了
void Temp_Display(int temp) 函數(shù)
由 int DS18B20_ReadTemperature(void) 讀取溫度函數(shù)傳遞的值，是包含小數(shù)位在內(nèi)的整數(shù)，需要對數(shù)據(jù)作一定的處理按位顯示在LCD屏幕上。

4.main.c
當我們按照上面的模塊化的設(shè)計方式，寫出了硬件相關(guān)的函數(shù)后，main函數(shù)中的內(nèi)容就變得十分簡單。
首先通過 LCD_Init（） 對液晶顯示器進行初始化操作，然后調(diào)用DS18B20_Init(); 函數(shù)對溫度傳感器進行初始化，用flag變量標記傳感器是否初始化成功。
然后調(diào)用 DS18B20_ReadTemperature(); 函數(shù)讓溫度傳感器讀取溫度信息，并將溫度儲存在temp中。隨后調(diào)用 Temp_Display(temp); 將溫度數(shù)值顯示出來。
最后通過延遲函數(shù)對系統(tǒng)的刷新頻率作一定的控制。
main.c

#include <reg51.h> #include "main.h" #include "bsp_system.h"void main() {//uchar i;uchar flag;int temp;while (1){//LCD3?ê??ˉ?￠ds18b203?ê??ˉ?￠?áè????è??ê????èLCD_Init();flag = DS18B20_Init();temp = DS18B20_ReadTemperature();Temp_Display(temp);//ò??¨μ??ó3ù???è??ê??ü?è?¨delay1ms(750);} }

main.h

#ifndef _MAIN_H #define _MAIN_H#define uint unsigned int #define uchar unsigned char#endif

bsp_system.h

#ifndef _BSP_SYSTEM_H #define _BSP_SYSTEM_H#include <stdio.h> #include <reg51.h> #include <intrins.h> #include "delay.h" #include "main.h" #include "lcd.h" #include "temperature.h"//ê?è?òy???¨ò? sbit rs = P3 ^ 5; sbit rw = P3 ^ 6; sbit ep = P3 ^ 7;//???è′??D?÷òy???¨ò? sbit DQ = P2 ^ 0;//ê?è?×?·?′??¨ò? extern unsigned char code dis1[]; extern unsigned char code dis2[]; //extern unsigned char temperature[7];#endif

五、效果截圖

（如果程序有什么缺失的地方留言一下~）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的智能温度系统（C51+DS18B20温度传感器+LM016L显示屏）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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