《课程设计（论文）-基于单片机和DS18B20的数字温度计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计（论文）-基于单片机和DS18B20的数字温度计（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1摘要温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验中，有特别重要的意义。随着人们生活水平的不断提高,，人们对温度计的要求越来越高，传统的温度计功能单一、精度低，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。数字温度计（Digital Thermometer）简称 D 温度是许多监控系统中的一个重要参数。TM，它是采用数字化测量技术，把连续的温度值转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。采用单片机控制的数字温度计，由于精度高、可扩展性强、集成方便、抗干扰能力强，得到了广泛的应用。本设计以单片机和温度传感器为
2、核心，设计数字温度计。实现对温度的采集、监视和报警。在温度采集的实现中，使用了 AT89C51 单片机和温度传感器 DS18B20，温度监视部分利用动态驱动技术，以单片机驱动 4 位 LED 数码管。温度测量范围-55+125，通过按键设置上下限报警温度，并用 4 位共阳极 LED 数码管以串口传送数据,实现温度显示，能准确达到设计要求。正文还介绍了 AT89C51 和集成温度传感器 DS18B20。 2目录1 设计的意义及主要功能 .31.1 意义 .31.2 主要功能 .32 总体方案设计 .42.1 方案比较 .42.2 方案论证 .52.3 方案选择 .53 硬件电路设计 .63.1
3、元器件的选择 .63.2 电路原理图 .63.3 特殊元器件的介绍 .63.3.1 AT89C51 介绍 .63.3.2 DS18B20 介绍 .94 总结 .135 参考文献 .13附录 .1431 设计的意义及主要功能1.1 意义随着人们生活水平的不断提高,数字化无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。温度计是常用的热工仪表，常用于工业现场作为过程的温度测量。在
4、工业生产过程中，不仅需要了解当前温度读数，而且还希望能了解过程中的温度变化情况。随着工业现代化的发展，对温度测量仪表的要求越来越高，而数字温度表具有结构简单，抗干扰能力强，功耗小，可靠性高，速度快等特点，更加适合于工业过程中以及科学试验中对温度进行在线测量的要求。近年来，数字温度表广泛应用在各个领域，它与模拟式温度表相比较，归纳起来有如下特点。准确度高，测量范围宽、灵敏度高，测量速度快，使用方便、操作简单，抗干扰能力强，自动化程度高，读数清晰、直观方便。数字温度计的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表。数字化是当前计量仪器仪表发展的主要方向之一。而高准确度数字温度计的
5、出现，又使温度计进入了精密标准测量领域。与此相适应，测量的可靠性、准确性显得越来越重要。1.2 主要功能实时显示环境温度。4 位数码管显示，3 位整数，1 位小数。温度范围：-55125。上电运行，实时显示温度。42 总体方案设计通过查阅大量相关技术资料，并在老师的指导下，使我对整个电路系统有了一个比较全面的了解。本设计主要是实现模拟量温度的采集，然后使其转换为数字量，最后将其转化为直观的十进制示值。2.1 方案比较对同一种目的的实现，可以用不同的方案，下面就着重介绍以下两种方案对同一目的的实现方法。并比较两种方案的优劣。方案一原理框图如图 1 所示：热电偶 ADC 译码显示 电路电源图 1
6、方案一的原理框图方案一的原理简述：该方案的各部分电源均由总电源供电，温度传感器为热电偶，热电偶的热端感受被测物体温度 t，产生相应的热电势。热电势与热端温度成单值函数关系，用模数转换器 ADC 将热电势转化为数字量，按照热电势与温度的函数关系将该数字量转换为对应温度值，经译码显示电路显示在数码管上，从而实现数字温度计的功能。方案二原理框图如图 2 所示：显示电路电源数字温度传感器AT89C51图 2 方案二的原理框图方案二的原理简述：该方案的各部分电源均由总电源供电，51 单片机作为中央处理器及控制核心，控制数字温度计采集温度，数字温度传感器在采集到温度后直接输出数字5量，传给单片机进行处理，
7、单片机将传回的二进制数据处理后转换为相应温度，由译码显示电路以十进制形式显示在数码管上。方案三原理框图如图 3 所示：数字温度传感器 控制电路译码显示电路传感器图 3 方案三的原理框图方案二的原理简述：该方案的各部分电源均由总电源供电，由模拟及数字元器件组成的控制电路作为核心，控制数字温度计采集温度，数字温度传感器在采集到温度后直接输出数字量，传给控制电路进行处理，控制电路将传回的二进制数据处理后转换为相应温度，由译码显示电路以十进制形式显示在数码管上。2.2 方案论证以上三种方案都是可行的，第一种方案的优点是由纯硬件电路构成，不涉及软件编程，但是由于热电势与温度之间的函数关系较复杂，利用硬件
8、电路完成其转化较复杂，设计该电路难度较大且电路将比较庞大。第二种方案的难点主要是单片机程序编制，但其硬件电路相对简单，借助于微控制器的强大功能可使设计周期缩短，测量精度高，且易于扩展功能，增强了电路对各种工作要求的适应性。第三种方案的优点是由纯硬件电路构成，不涉及软件编程，但是数字式温度传感器的工作涉及复杂的时序，用硬件电路实现将十分复杂，电路设计难度大且电路庞大。2.3 方案选择考虑到自己先前自学过单片机知识，对单片机有一定了解以及电路的灵活性和适用性，经过上面三个方案的分析，第二个方案的可行性高，所以我选择第二个方案作为设计方案。在第二个方案中，数字式温度传感器和单片机起着主导作用，单片机
9、控制传感器测温并将其传回的数据进行处理，通过改变程序，可改变测量精度及电路的功能，可实现设计要求。63 硬件电路设计3.1 元器件的选择在本设计中主要采取较为熟悉的 AT89C51 单片机和由美国 DALLAS 半导体公司研制的 DS18B20 温度传感器以及 4 位 LED 数码管。3.2 电路原理图电路原理图如图 4 所示。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.01P1.2P1.23P1.34P1.45
10、P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3./INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2./A1023P2.3/A1 24P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51R110kU3NOTU4NOTU5NOTU6NOT R210kR310kR410kR510k27.0DQ2VC3GND1U2DS18B20图 43.3 特殊元器件的介绍3.3.1 AT89C51 介绍AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可
11、擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1主要特性：a) 与 MCS-51 兼容 b) 4K 字节可编程闪烁存储器 c) 寿命：1000 写/擦循环7d) 数据保留时间：10 年e) 全静态工作：0Hz-24Hzf) 三级程序存储器锁定g) 128*8 位内部 RAMh) 32 可编程 I/O 线i) 两个 16 位定时器 /计数器j) 5 个中断源 k) 可编程串行通道l) 低功耗的闲置和掉电模式m)片内振荡器和时钟电路 2管脚说明：VCC：供电电压。GND：
