基于51单片机的数字温度计课程设计毕业论文

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1、摘要温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用。本设计以AT89C52 单片机为核心，采用DS18B20温度传感器检测温度，由温度采集、温度显示，温 度报警等功能模块组成。基于题口基木要求，本系统对温度采集和温度显示系统 行了重点设计。木系统大部分功能能由软件实现，吸收了硬件软件化的思想。实 际操作时，各功能在开发板上也能完美实现。本系统实现了要求的基本功能，其 余发挥部分也能实现。关键字：AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、数码管显示、温度采集目录绪论二设计目的三. 设计要求四. 设计思路五. 系统的硬件构成及功能5.1主控制器5.2显示电路5.3温度传感器六. 系统整体硬件

2、电路七. 系统程序设计八. 测量及其结果分析九. 设计心得体会十.参考文献附录1源程序附录2元件清单及PCB图一. 绪论随着时代的发展，控制智能化，仪器小型化，功耗微量化得到广泛关注。 单片机控制系统无疑在这些忙面起到了举足轻重的作用。单片机的应用系统 设计业已成为新的技术热点，其中数字温度计就是一个典型的例子。人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温 度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具 有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段： 传统的分立式温度传感器 模拟集成温度传感器 智能集成温度传感器。目前的智能

3、温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期 问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点 是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)O社会的 发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机 的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展， 并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器 和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展，与传统的温度 计相比，其具有读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示， 主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研实验室使用。该设

4、计控制器使 用ATMEL公司的AT89C52单片机，测温传感器使用DALLAS公司 DS18B20,用数码管来实现温度显示。二. 设计目的1. 理解掌握MCS-51系列单片机的功能和实际应用。2. 掌握仿真开发软件的使用。3掌握数字式温度计电路的设计、组装与调试方法。三. 设计要求1. 以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字式温度计。2采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为0.5 C3温度显示采用4位LED数码管显示，三位整数，一位小数。4.具有键盘输入上下限功能，超过上下限温度时，进行声音报警。U!设计思路1根据设计要求，选择AT89C52单片机为核心器件。2

5、温度检测器件采用DS18B20数字式温度传感器。与单片机的接口为 P3.6引脚。3键盘采用独立式按键，由三个按键组成，分别是：设置键（SET）, 加一建（+1）,确认键（RET） oSET键（上下限温度设置键）：当该键按下时，进入上下限温度设置功 能。通过P3.1引脚接入。+ 1键（加一调整键）：在输入上下限温度时，该键按下一次，被调整 位加一。通过P3.2引脚接入。RET键（确认键）：当该键按下时，指向下一个要调整的位。通过P3.3 引脚接入。4.声音报警蜂鸣器通过P1.7引脚接入。硬件电路设计总体框图为图4.1：时钟电路复 位电路按键输入电 路单片机蜂鸣器电路LED显示器驱动3 位 LED

6、电路显示器温度检测图4.1五、系统的硬件构成及功能1.主控制器单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就 能满足电路系统的设计需要，使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制 造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器 在系统可编程，亦适于常规编程器。很适合便携手持式产品的设计使用。AT89S52在仿真软件中的图像为图5. 119XTAL118XTAL2RSTPO.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD729303?12345678PSENALE EA

7、P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2 P1.1fT2EX P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/ITTP3.4/T0P3.5EP3.6/WRP3.7/RDAT89C523938373635343332212223242526272810111213141517图5. 12. 显示电路显示电路采用四位共阳LED数码管，从P3 口 RXD, TXD串口输岀段码。LED数码管在仿真软件中如图5. 2图5.23. 温度传感器DS18

8、B20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91 2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一个端口引脚进行通讯简单的多点分布应用无需外部器件可通过数据线供电零待机功耗测温范围-55+125C,以0.5C递增。华氏器件-67+2570F,以0.90F递增温度以9位数字量读出温度数字量转换时间200ms （典型值）用户可定义的罪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。DS18B20内部结构主要由四部分组成：6

9、4位光刻ROM、温度传感器、非挥发的 温度报警触发器TI1和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图3. 3.1所示，DQ为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生 电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。当工 作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图如图5. 3.1所示。BOTTOM VIEWDALLAS DS1820DS18B20 TO-92GND 匚 1DQEz 2VddDS18B20PTSOCZJNZJNZZIN1 8127136145PACKAGENCNCVdoDQNCNCNCGNDS18B20Z8-PIN SOIC

10、 (150-MIL)图5.3.1外部封装形式在仿真软件中如图5. 3. 2所示图5. 3.2DS18B20的测温原理如图5. 3. 3所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振 随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入, 图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的 时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量计数门的开启时间由高温度系数振荡 器来决定，每次测量前，首先将-55 C所对应的基数分别置入减法计数器1和温 度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 *所对应

11、的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数 器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装 入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循 环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中 的数值即为所测温图5.3.3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线 性其输出用，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程, 直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，有严格的时隙概念，因此 读写时序很重要。

12、系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初 始化DS18B20C发复位脉冲）一发ROM功能命令一发存储器操作命令一处理数据。图 5. 3. 3在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0. 5C,可采用下述方法获得高 分辨率的温度测量结果：首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0. 5C 为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB）,得到所测 实际温度的整数部分Tz,然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度 计数值CD。考虑到DS1820测量温度的整数部分以025C、0. 75C为进位界限的关系，实际温度Ts可用下式计算：心=(及

13、一O25C) + (CDCs) /CD表1 部分温度值对应的二进制温度数据。温度/c二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25. 06250000 0001 1001 00000191H+10. 1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10. 1251111 1111 0101 1110FF5EH-25. 06251111

14、1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H六.系统整体硬件电路根据设计要求与设计思路，硬件电路设计框图如图6.1所示，在仿真软件 Proteus上完成。其中LED数码管以动态扫描法实现温度显示，由四个PNP型晶 体管Q2, Q3, Q4, Q5和八个电阻组成，基极与单片机的P1.0, P1丄P1.2连接。 DS18B20的数据I/O端与单片机P3.6引脚连接。外部晶振为12MHz。蜂鸣器通 过Q1放大后与引脚P1.7相连。图中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图中蜂鸣器 可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没 有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。图中的 按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动 复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。U.* 口 R M百出Fn氐唯 mHd 一肩2 End E存d