福建信息职业技术学院

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1、 福建信息职业技术学院毕业设计（论文）论文题目：基于单片机的数字温度计系 别：电子工程系专 业：电子信息工程技术班 级：电子信息 0911学 号：0901011120学生姓名：张小峰指导教师：朱萍 目 录摘要第一章单片机概述市场需求第二章数字温度计的系统硬件设计方案单片机的选择温度传感器的介绍温度传感器与单片机的连接复位电路振荡电路显示电路PCB 设计第三章软件设计部分第四章总结与体会参考文献附录 1 部分程序代码附录 2 仿真图 摘 要随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但

2、需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。选用 STC89C51 型单片机作为主控制器件，DSl8B20 作为测温传感器通过4 位共阳极 LED 数码管串口传送数据，实现温度显示。通过 DSl8B20 直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在0100最大线性偏差小于 0.1。该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程。关键字：单片机、STC

3、89C51、DS18B20 、数码管第一章1.1 单片机概述单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过 1、2、3、3 代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 CPU 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。1.2.市场需求第二章2.1 数字温度计的系统硬件设计方案根据系统

4、功能要求，构造图 1 所示的系统原理结构框图。 图 1 系统原理结构框图2.2 单片机的选择STC89C51 作为温度测试系统设计的核心器件。STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可以任意选择。图 2 单片机小系统电路STC89C51 单片机的主要特性：1. 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051.2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3. 工作频率范围

5、：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作频率可达 48MHz4. 用户应用程序空间为 8K 字节5. 片上集成 512 字节 RAM6. 通用 I/O 口（32 个） ，复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8. 具有 EEPROM 功能9. 具有看门狗功能10. 共 3 个 16 位定时器/计

6、数器。即定时器 T0、T1、T211. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）14.PDIP 封装2.3 温度传感器介绍DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EPROM 中，掉电后依然保存。温度传感器 DS18B20 引脚如图 3 所示。8 引脚封装 TO92 封装图 3 温度传感器引脚功能

7、说明：NC ：空引脚，悬空不使用；VDD ：可选电源脚，电源电压范围 35.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 DQ ：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。GND ：为电源地DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（28H ）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（CRC=X8+

8、X5+X4+1） 。光刻 ROM 的作用是使每一个DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例:用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB 形式表达，其中 S 为符号位。 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于

9、 0.0625 即可得到实际温度。 例如+125的数字输出为 07D0H，+25.0625的数字输出为 0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为 FC90H。 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL 和结构寄存器。 暂存存储器包含了 8 个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是 TH、TL 的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第

10、六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。 该字节各位的意义如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位一直都是 1 ，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。R1 和R0 用来设置分辨率，如表 1 所示：（DS18B20 出厂时被设置为 12 位） 表 1 DS18B20 温度转换时间表R1 R0 分辨率/位 温度最大转向时间0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11 3751 1 12 750根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必

11、须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500 微秒，然后释放，DS18B20 收到信号后等待1660 微秒左右，后发出 60240 微秒的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。2.4 温度传感器与单片机的连接温度传感器的单总线(1-Wire) 与单片机的 P20 连接， P20 是单片机的高位地址线 A8。P2 端口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 IO，其输出缓冲级可驱动( 吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对该

12、端口写“1”，可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用，这是因为内部存在上拉电阻，某一引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器时。如执行 MOVX DPTR 指令，则表示 P2 端口送出高 8 位的地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器时，可执行 MOVX RI 指令，P2 端口内容即为特殊功能寄存器(SFR)区中 R2 寄存器内容，整个访问期间不改变。在 Flash 编程和程序校验时，P2 端口也接收高位地址和其他控制信号。图 4 为 DSl8820 内部结构。图 5 为 DSl8820 与单片机的接口电路。图 4 DS1

13、8B20 内部结构图 图 5 DS18B20 和单片机的接口连接2.5 复位电路复位电路复位电路又分为上电复位和按键复位。按键复位除了复位开关外，还有 1 个 1K 的电阻，1 个 20F 的电解电容。1K 电阻连接芯片的 RST 脚和地；20F 电容与复位开关并联，然后连接芯片的 RST 脚和 +5V 电源。上电复位电路的组成有：一个 20F 的电解电容连接单片机芯片 AT89S51 的第 9 脚 RST 和+5V电源，1K 电阻的一个引脚连接单片机芯片 AT89S51 的第 9 脚 RST，另一个引脚接地。图 2-4 复位电路2.6 振 荡 电 路这里的振荡电路就是由 1 个 12MHz

14、的晶振和 2 个 33pF 的瓷介电容构成的振荡电路。晶振连接芯片的 XTAL1 和 XTAL2 两个引脚，2 个电容串联后并联在晶振的两端，同时，2 个电容还需要接地。图 2-5 振荡电路2.7 显 示 电 路1七段 LED 数码管简介七段 LED 数码管构成“日”字形，还有一只发光二极管作为小数点。因此，这种七段数码管又可称为八段数码管。如图 ，这八段发光管分别称为a、b、c、d、e、f、g、dp。通过 8 个发光段的不同组合，可以显示 0-9 和 A-F等 16 个字字母，从而可以实现十六进制整数和小数的显示。LED 数码管可以分为共阳极和共阴极两种结构：共阴极结构：如果所有的发光二极管

15、的阴极接在一起，称为共阴极结构，则数码管显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便发光。共阴极结构：如果所有的发光二极管的阳极接在一起，称为共阳极结构，则数码管显示段输入低电平有效，当某段输入低电平该段便发光。24 位七段 LED 数码管的连接LED 显示分为静态显示和动态显示。这里采用静态显示，系统通过单片机的串行口来实现静态显示。串行口为方式零状态，即工作在移位寄存器方式，波特率为振荡频率的 1/12。当器件执行任何一条将 SBUF 作为目的寄存器的命令时，数据便开始从 RXD 端发送。在写信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端 SEND 有效，即允许 RXD 发送数据，同时允许从 T

16、XD 端输出移位脉冲。图 7.2 为显示电路的连接图。图 7.2 显示电路的连接34 位七段 LED 数码管的位控制部分图 7.3 控制部分的连接2.8 PCB 图 设 计印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。第三章软件设计部分DSl8820 的主要数据元件有：64 位激光 Lasered ROM，温度灵敏元件和非易失性温度告警触发器 TH 和 TL。DSBl820 可以