基于AT89C51的数字温度显示装置

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1、 课 程 设 计数 字 温 度 显 示 装 置王 俊 岭20060162测 控 06 级 四 班吴 晔 洪 占 勇 张 阳 党 学明设计题目学 号专业班级学生姓名指导教师2010 年 01 月 22 日3合肥工业大学课程设计任务书设计题目 数字温度显示装置 成绩课程设计主要内容本设计课题是根据我们所学的课本知识，选取的一个能够检验我们所学知识是否扎实的设计，难度适中，模块涵盖较全，通过设计要完成一个从测温芯片获取温度并实时显示到点阵式式 LED 显示屏幕上。设计小组主要解决的问题有：一、从已知器件获取温度信息 二、芯片与单片机的通讯 三、数据格式转换 四、单片机最小系统 五、驱动功率放大 六、

2、点阵式 LED 的驱动。七、电路图和 PCB 版图的绘制。设计达到的目标是实时显示特定区域温度，分辨率为 1。本次设计的难点有：一、用单片机编写通过单总线与DS18B20 的通讯时序，对时序要功率要求高。二、利用单片机有限的接口实现对 16X32LED 显示屏的控制，这需要设计扩展电路来扩充接口三、单片机的接口输出功率有限，需要设计功率放大电路指导教师评语建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。签名： 200 年 月 日4目录一、 设计题目二、 设计人员、分工与进度安排三、 设计概述四、总体设计五、电路与 PCB 图六、调试程序七、仿真

3、调试八、课程设计总结九、参考资料十、附录i. 程序代码ii. 原理图iii. PCB 版图5一、 设计题目：基于 AT89C51 的数字温度显示装置二、 设计人员、分工与进度安排班级： 组员：时间安排第一周周一，小组讨论确定设计题目，初步提出设计方案，并进行任务分解与分配工作。第二周周一，提交课程设计任务书第二周周三，提交完整的课程设计任务书一份，包括课程设计的详细方案。第三周周三，小组提供完整的课程设计总结报告 ，包括课程设计的详细资料与图纸。提出设计的完善与改进方案。第三周周五，进行课程设计答辩。三、 设计概述：a) 装置技术规格测量范围-55+125 ，增值量为 1非易失行温度警告设置b

4、) 所需器件AT89C51 一片、DS18B20 一片、点阵 LED、5V 电源等c) 装置优点微型化、低功率、高性能、抗干扰能力强等优点6本设计课题是根据我们所学的课本知识，选取的一个能够检验我们所学知识是否扎实的设计，难度适中，模块涵盖较全，通过设计要完成一个从测温芯片获取温度并实时显示到点阵式式 LED 显示屏幕上。主要解决的问题有从已知器件获取温度信息、通讯、数据格式转换、单片机最小系统、功率放大、点阵式 LED 的驱动。难点在于通讯和驱动。四、总体设计思路及实施步骤：（一）设计思路：此次设计的整个过程是从 DS18B20 测温芯片读取温度，然后显示到屏幕上。考虑到此次设计的特点，可以

5、吧这个功能的实现分为两大部分：（一） 、从 DS18B20 获取温度信息，难点在于单片机上没有现成的单总线模块可用，DS18B20 的单总线通信的时序要用程序写成，对程序的时序要求高；（二） 、将获取的温度信息显示到屏幕上。难点在于要用单片机有限的接口资源实现对16x32LED 的驱动。（二）难点解决i. DS18B20 与单片机的通信。 DS18B20 是一款常用的温度芯片，通过借阅图书馆书籍，查阅 DS18B20 芯片资料（见附录二）和单片机相关网络，可以解决掉这个问题。ii. 16x32LED 的驱动。这部分的解决办法应该把精力放到硬件搭建上，硬件是软件运行的基础。51 单片机的借口资源

6、主要有 P0P3 四个八位口，共可以控制 32 根线，很显然是不能满足设计的，这就要从硬件上进行构建，构建一个可以驱动 48 根 LED 的接口，同时还要留出测温芯片的借口。硬件实现上有两种主要的方法：一是扩展并行接口，7可以用 8255、8155 等芯片来扩展，但是这种扩展控制复杂，成本高，小范围扩展使用较好，对于驱动 LED，需要的 IO 口太多。并行扩展就不能很好的发挥作用。另一种是用数据串入并出的方法来实现，就是用串入并出移位寄存器来实现对 LED 的驱动。这种办法的优点就是占用的 IO 口少，数据传递只需要一位端口和几个控制端口。但是这种方法的数据传递速度比并行发差距很大，不过，用在

7、显示上很是可以的。（三）硬件电路搭建综合考虑，硬件电路的搭建用串入并出的方法实现对 LED 的驱动。74HC595 是一款较好的 8 位串入并出移位寄存器芯片，具有可控的输入，输出，清零端和级联口，可以通过级联实现更多的并行输出。设计共有32 列，计划用 4 片 74HC595 级联形成对列线的控制。由于单片机实现的功能比较单一，单片机的控制行线由 P0、P2 两个并行端口控制。测温芯片的连接比较容易，占用一根总线。温度采集AT89C51显示报警电源8本系统采用 AT89C51 单片机作控制器，整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、电源电路、温度测试电路等部分组成。11 单片机控

8、制电路本设计由 AT89C51 构成单片机最小应用系统同时配有 12 MHz 晶振和上电复位电路等。12 16x32 点阵显示器的设计图 2 是一种 8x8 的 LED 点阵单色行共阳模块的内部结构图，其单点工作电压 Uf 为 18 V，正向电流 IF 为 810 mA。当某一行线为高电平而某一列线为低时，其行列交叉的点就被点亮；而当其某一列线为高时，其行列交叉的点为暗；当某一行线为低电平时，无论列线如何，对应这一行的点全部为暗。控制系统原理框图MCUDS18B20外接电源 3.35V3.35VDS18B20 与微处理器的连接图详细设计：910用四个 8x8 点阵显示可构成 16x16 点阵显

9、示器，其连接方法如图 3 所示。行、 (B)和(D)的 8 行分别对应相连。即可形成一个 16 行(每一行有 16 个LED)、16 列 (每一列也有 16 个 LED)的 16x16 点阵显示器，可将这 256 个点称为一页，这样，显示字符时。只要对一页中对应的亮灭进行控制即可。如果需要，也可以把 2 个 16x16 点阵显示器相连从而构成 16x32 的点阵显示器。 2、 LED 点阵显示器的扫描驱动（行码驱动）LED 显示屏驱动电路的设计应与所用控制系统相配合。驱动通常分为动态扫描型及静态锁存型驱动二大类。静态锁存要求每一个点都要有一根控制线路，在此很显然是很难实现的，电路搭建以动态扫描

10、型驱动电路的设计。动态扫描图中，将(A)和(B)的 8 列、(C)和(D)的 8 列分别对应相连，同时将 (A)和(C)的 811型驱动方式是指显示屏上的 16 行发光二极管共用一组列驱动寄存器，然后通过行驱动管的分时工作，来使每行 LED 的点亮时间占总时间的 116 。只要每行的刷新速率大于 50 Hz，利用人眼的视觉暂留效应，人们就可以看到一幅完整的文字或画面。AT89C51 单片机有四个 IO 口(P0 、P1、P2、P3)，每个 IO 口有 8位，如果都采用并行输出，显然不能满足要求，因此，本设计中的行扫描驱动采用并口输出，而场扫描驱动使用串入并出移位寄存器来实现数据的串行输出和并行

11、控制列线。21 行扫描驱动由于 16x32 点阵显示器有 16 行，为充分利用单片机的接口，设计计划用P0、P2 两个端口形成 16 位行控制输出端口，运行时让 16 位中的一位置位，12其余清零，则可以控制相应的行亮，此时如果对应点上的列线为零位，则可以控制相应的点变亮。如果一行 32 点全部点亮，则通过 74LS154 的电流将达 320mA，而实际上，单片机的端口是不能提供这么大的电流的，P0 口没有内置上拉电阻，需要外接上拉电阻，而 P2 口虽然有内置的上拉电阻，仍然不足以同时驱动一行的 LED。因此，设计对行驱动端口使用 74LS07 进行功率放大，但是经过仿真实验，发现 P2 口的

12、功率仍然达不到，因此，电路上对 P2 口也外接上拉电阻以提高驱动功率。22 列扫描驱动（位码驱动）本系统场扫描驱动电路的设计可用串入并出的通用集成电路 74HC595 来作为数据锁存。74HC595 是一个八位串行输入三态并行输出的移位寄存器，其管脚见图 4 所示，其中 SI 是串行数据的输入端， RCK 是存储寄存器的输入时钟，SCK 是移位寄存器的输入时钟，QH 是串人数据的输出，G 是对输人数据的输出使能控制，QAQH 为串入数据的并行输出。从 SI 口输入的数据可在移位寄存器的 SCK 脚上升沿的作用下输入到 74HC595 中。并在 RCK 脚的上升沿作用下将输入的数据锁存在 74H

13、C595 中，这样，当 G 为低电平时，数据便可并行输出。设计使用 P3.0、P3.1 、P3.2 、P3.3、P3.4 来分别输出串行数据、移位时钟 SCK、存储信号 RCK 和并行输出的使能信号 G 和清零信号/SCLR。23 扫描显示工作过程将 4 片 74HC595 进行级连，可共用一个移位时钟 SCK 及数据锁存信号RCK。这样，当第一行需要显示的数据经过 8x4=32 个 SCK 时钟后便可将其全13部移入 74HC595 中，此时还将产生一个数据锁存信号 RCK 将数据锁存在74HC595 中，并在使能信号 G 的作用下，使串入数据并行输出，从而使与各输出位对应的场驱动管处于放大

14、或截止状态；同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于第一行 LED 的正端都接高，显然，第一行 LED管的亮灭就取决于 74HC595 中的锁存信号；此外，在第一行 LED 管点亮的同时，再在 74HC595 中移入第二行需要显示的数据，随后将其锁存，同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二行 LED 管点亮，以此类推，当第十六行扫描过后再回到第一行，这样，只要扫描速度足够高，就可形成一幅完整的文字或图像。3DS18B20 和外围电路DS18B20 是一款应用普遍的温度芯片，单总线连接，可以在总线上获取转换电源而不用必须外接电源，但是设计上为了保证工作的可靠性，

15、同时减轻软件人员的工作，设计由电源单独给芯片供电，由 P1.0 端口和 18B20 总线相连五、电路与 PCB 图14电路原理图PCB 排版15PCB 仿真图六调试程序七仿真及调试八课程设计总结此次课程设计是一个把我们所学的书本知识形成系统并用一个具体实物我自己的思路表现出来的机会。通过这次设计不仅可以检验我们的理论知识，还能很好的提高我们的动手能力。通过短短三周的课程设计，我觉得自己的知识得到了巩固，视野变得开阔了，认识到了从理论到实践是还是有很大差距的。在这次设计中，我作为组长，一方面要统筹分配小组各成员的任务，督促并帮16助他们完成各自的任务，另一方面，自己也负责着电路原理图的绘制。分配

16、工作是一个值得考虑的问题，既要分的合理又要针对不同人的能力分配工作，保证任务能够完成。这次的任务分配，我认为还存在很大问题，针对一个完整的设计工作，分配任务的过程就是自己对此次课程设计的理解和认识的表现。通过分解任务可看出自己是怎样分解一个设计任务的，而任务分解的话坏直接关系到设计任务的工作难度，分解设计也就是设计接口的过程，接口设置的还坏关系到各个分任务的难度和物理的可实现性。此次任务中，有些人员负责后期仿真，有人负责硬件，有人负责软件。但是，真正工作时，发现可很多问题，首先，从接口上看，硬件是软件运行的平台，软件的编写要涉及到接口电路，而硬件的搭建要考虑软件的使用情况。所以在分配工作时要注意软硬件不是完全分离的。其次，负责仿真的人在前期没有什么事情做，而到后期仿真的时候，仿真却不是一个