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1、. . .基于单片机的数字温度计的设计毕业设计目 录摘 要I前 言IV第一篇 绪论1第一章 选题背景及研究意义1第二章 研究的基本容1第三章 研究步骤、方法2第二篇 系统原理的设计3第一章 系统原理图的设计3第二章 电路组成框图4第三篇 系统硬件设计5第一章 主控制器5第一节AT89C2051概述5第二节 引脚功能7第三节 AT89C2051性能参数8第二章 显示电路9第一节 LED数码9第二节 LED显示形式10第三章 传感器11第一节 传感器发展趋势11第二节 智能传感器的特点13第三节 智能传感器的分类14第四节 DS18B20温度传感器15第四篇 系统程序的设计23第一章 主程序23第
2、二章 读出温度子程序23第三章 温度转换命令子程序25第四章 计算温度子程序26第五章 显示数据刷新子程序27第六章 DS18B20的各个ROM命令27第七章 温度数据的计算处理方法28第五篇 调试及性能分析30结 论31附录32参考文献42致谢44.参考资料. . .前 言温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业，现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。温度测量的原理主要是：将随温度变化而变化的物理参数，如膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性、频率、光学特性等通过温度传感器转变成电的或其他信号，传给处理电路。最后转换成温度数值显示出来。传统的温度测量方法基本上是
3、接触式的，主要有：热膨胀式温度计，电阻式温度计，热电偶式温度计等。这些接触式温度计的主要缺点是对传感器的耐热性能要求比较苛刻，所以对应的使用温度围比较有限。它们的精度也大大限制了他们的应用领域。此外，由于这些测量方法大都是接触式的，会污染一些高纯度，高腐蚀性的测量对象。目前应用的比较广泛的非接触温度测量技术有红外非接触温度测量技术，单总线数字式温度测量技术等等。此外，激光测量温度技术，基于彩色CCD三基色的温度测量技术也开始成为温度测量的手段。本文将着重数字式温度测量技术的测试原理，特点以及应用加以介绍。本次毕业设计中采用AT89C2051单片机和集成是数字温度传感器DS18B20作为主要芯片
4、以及其他辅助电路，设计并制作了多点温度检测与控制系统。DS18B20的出现开辟了温度传感技术的新领域。它利用单总线的特点可组建传感网络，方便的实现多点温度的测量及控制。本系统的设计抗干扰性强设计灵活方便并且适合在恶劣的环境下进行温度测量，所以设计意义较为深远。. . .第一篇 绪论第一章 选题背景及研究意义温度的检测是温度控制的基础和前提，而检测的精度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量围等，在很大程度上决定了科学技
5、术的发展水平。同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的前提手段。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。目前的温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度灵敏度基本决定了温度计的精度、测量围、控制围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。第二章 研究的基本容本设计是以AT89C2051单片机为核心器件，采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测，温度显示采
6、用位LED数码管显示，总体论述了设计的硬件连接方法和大概的思路，同时还概括了各个模块的工作原理和它们之间的关系。接着具体论述了本系统的硬件电路的各个部分，并对各个部分用到的器件和各个芯片在系统中的作用，做了详细的说明，然后给出了各个部分的具体工作过程和系统的整个工作过程。软件设计主要是根据在硬件电路中叙述的工作过程在软件中去实现，每部分软件都给出了具体和流程图和部分主要程序，并给出了详细的注释。最后给出了整个设计的硬件电路和具体的源程序。第三章 研究步骤、方法第一：在做设计之前首先要理解题目含义，对其可能涉及的容和器件有初步的想法和认识。第二：大体规划出系统框架，提出系统结构图，并将系统分成若
7、干部分，分别查询相关资料。第三：将各部分硬件电路按输入输出合理连接，并画出总体硬件电路图。第四：递交导师，作初步审查，看连接是否正确，能否实现各部分功能要求。第五：完成软件部分的设计，绘制出程序流程图。第六：最终确定系统能否实现设计初所提出的目的和要求。第二篇 系统原理的设计本数字温度计测量围为-50110，精度误差在0.1以，LED数码管直读显示。第一章 系统原理图的设计图1系统原理图数据采集A/D转换单片机信号处理动态显示报警设计的工作原理：通过温度传感集成芯片DS18B20采集温度,将温度信号（非电量）转换为电量（模拟信号）。由于温度传感集成芯片DS18B20本身具有A/D转换功能，所以
8、DS18B20直接输出数字信号，此数字信号直接进入单片机AT89C2051。与温度设定值进行比较，若超过温度上限或低于温度下限将输出报警。测得的实际温度值通过LED数码管动态显示。按照系统设计功能的要求，确定系统由个部分4组成：主控制器、测温电路、显示电路、报警电路。数字温度计总体电路结构框图如图2所示。第二章 电路组成框图 按照系统设计功能的要求，确定系统有4个模块组成；主控制器、测温电路、显示电路和报警电路。因此数字温度计总体电路结构框图如图2。DS18B20AT89C2051主控制器显示电路扫描驱动图2 数字温度计电路结构框图报警电路第三篇 系统硬件设计本系统中使用的主要芯片和器件有AT
9、89C2051、DS18B20温度传感器、LED数码管。第一章 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。第一节AT89C2051概述AT89C2051是一个2k字节可编程EPROM的高性能微控制器。它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微控制器 它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。AT89C2051有以下特点：2k字节EPROM、128字节RAM、15根I/O线、2个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双向的串行口、并且含精密模
10、拟比较器和片振荡器，具有4.25V至5.5V的电压工作围。同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等。此外，AT89C2051还支持两种软件可选的电源节电方式。空闲时，CPU停止。而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。可掉电保存RAM的容，但可使振荡器停振以禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件复位。AT89C2051是精简版的51单片机，精简掉了P0口和P2口，只有20引脚，但其部集成了一个很实用的模拟比较器，特别适合开发精简的51应用系统，很多时候我们开发简单的产品时用不了全部32个I/O口，所以用AT89C2051更适合，芯片体积更小，而且AT89C2051的工
11、作电压最低为2.7V，因此可用来开发两节号电池供电的便携式产品。AT89C2051为20引脚小型封装，2K部程序存储器，15个可编程I/O口线，没有P0口和P2口的16根I/O线。AT89C2051有二个16位计时计数器寄存器Timer0、Timer1。作为一个定时器，每个机器周期寄存器增加1，这样寄存器即可计数机器周期。因为一个机器周期有12个振荡器周期，所以计数率是振荡器频率的1/12。作为一个计数器，该寄存器在相应的外部输入脚P3.4/0和P3.5/r和1P3.5/r1上出现从1至0的变化时增1。由于需要两个机器周期来辨认一次1到0的变化，所以最大的计数率是振荡器频率的1/24，可以对外
12、部的输入端p3.2INT0和P3.3INT1编程，便于测量脉冲宽度的门。充分利用AT89C2051的片资源，即可在很少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。 第二节 引脚功能图3 AT89C2051引脚图1) VCC：电源输入，接+5V电源2) GND：接地线3) XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和部时钟发生器的输入。4) XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。5) RST：复位输入。RST一旦变成高电平，所有的I/O引脚就复位到“1”。 当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。6) P1口：8位准双向I/
13、O口，P1.0P1.7，共8根。7) P3口：8位准双向I/O口，P3.0P3.7，共7根，如表1：表1 P3口功能表P3口引脚 功能 P3.0 RXD(串行输入端口) P3.1 TXD(串行输出端口) P3.2 INT0(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时器0外部输入) P3.5 T1(定时器1外部输入) 从上述引脚说明可看出，AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号，因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备，也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。第三节 A
14、T89C2051性能参数1) 与MCS-51产品指令系统完全兼容2) 2K字节可重擦写闪速存储器3) 1000次擦写周期4) 2.7V6V工作电压围5) 全静态操作：0HZ24MHZ6) 两极加密程序存储器7) 1288字节部RAM8) 15根可编程I/O引线9) 两个16为定时器/计数器10) 6个中断源11) 可编程串行UART通道12) 可直接驱动LED的输出断口13) 置一个模拟比较器14) 低功耗空闲和掉电模式第二章 显示电路显示电路采用4位共阳LED数码管，从P1口输出断码，列扫描用P3.0P3.3口来实现，列驱动用9021三极管。第一节 LED数码LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。其外形结构如图4(a)所示。它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可显示09、AF及小数点“.”等字符。数码管通常有共阴极和共阳极两种接法，如图4(b)所示。图中电阻是外接的，一般共阳极数码管必须外接电阻，共阴极不一定外接电阻。共阴极数码管的发光二极管阴极须接低电平，当某发光二极管的阳极为高电平（一般为+5V）时，此二极管点亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极接到高电平，对于需点亮的发光二极管使其阴极接低电平（一般为地）即可。要显示某字形应使此字形的相应字段点亮，即送一个用不同电平组合代表的数据至数码管。装入数码管中显示字形的数据称字形码。 (a)
