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1、课程设计说明书题 目： 数字温度计设计 学生姓名： * 学 号： * 学 院： 船舶与机电工程学院 班 级： A14 电气 1 班 指导教师： 胡 骅 浙江海洋大学教务处年月日摘要摘要单片机是单片微型计算机的简称，其具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，故可以广泛应用于各种领域。其中数字温度计就是一个典型的例子。本次设计的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广近-55120，测温准确精度误差在 0.5以内等特点。其输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求较高的场所，该设计主要使用的元件有 AT89C52 单片机，DS18B20 智能温度传感器和 LCD1602 液晶显示
2、器。温度传感器元件DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后推出的一种改进型智能温度传感器，其测温范围广，分辨率最大可达 0.0625。此外 DS18B20 可以直接读出被测温度值，而且采用单线与单片机通信，减少了外部的硬件电路，具有高精度和易使用的特点。关键词：数字、高精度、智能目录目录*封面*浙江海洋大学课程设计成绩考核表*浙江海洋大学课程设计任务书*摘要*目录*基于单片机的数字温度计设计11、系统功能要求12、设计方案分析13、系统硬件的设计原理分析13.1、单片机主控制器的设计13.2、测温单元的设计23.3、显示电路的设计43.4、设定和报警电路的设计53
3、.5、总电路图64、系统软件的设计64.1、主程序的设计64.2、读取温度子程序的设计64.3、温度转换命令子程序的设计64.4、计算温度子程序的设计74.5、显示数据子程序的设计85、系统调试方法85.1、硬件调试85.2、软件调试85.3、综合调试86、指标测试96.1、测试仪器96.2、指标测试96.2.1、测温范围及测温精度96.2.2、LCD 实时显示温度及自主设定报警温度97、结论108、参考文献10基于单片机的数字温度计设计基于单片机的数字温度计设计1、系统功能要求系统功能要求测温范围基本为-55125，精度误差在 0.5以内，液晶 LCD 实时温度显示，可以设定报警温度。2、设
4、计方案分析设计方案分析根据系统功能要求，数字温度计由主控制器、测温单元、显示电路、设定和报警电路共四个模块组成。总体系统结构框图如图 1 所示：图 1 总体系统结构框图其中主控制器采用 AT89C52 单片机，AT89C52 单片机是 ATMEL 公司的 AT89 系列，它广泛应用于工业测控系统之中。51 单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。同时也是我们曾经接触过的，也较为熟悉的控制器。数字温度计设计中必不可少的便是温度传感器，本次设计采用美国 DALLAS 半导体公司改进推出的智能温度传感器 DS18B20 作为检测元件，主要由于其广泛的测量范围以及高分辨率。此外 DS18B
5、20可以直接读出被测温度值（不用校准），而且采用单线与单片机通信，减少了外部的硬件电路，具有高精度和易使用的特点。温度显示 LCD 液晶采用 LCD1602(LM016L)，尽管要求用液晶 LCD 温度显示，然而其显示质量高，数字式显示，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便，体积小、重量轻，功耗低等特点也使其出类拔萃。由于本次温度显示内容少，采用 16*2 显示已十分足够。最后设定和报警电路，利用蜂鸣器和指示灯以及三个设定按键配合程序可以很好地达到设定报警温度以及指定温度报警功能。3、系统硬件的设计原理分析系统硬件的设计原理分析3.1、单片机主控制器的设计、单片机主控制器的设计AT89
6、C52 单片机引脚配置图，如图 2 所示：图 2 AT89C52 引脚配置图本次设计 AT89C52 为核心控制器。EA 端接高电平，使单片机从片内 RAM 读取程序指令。P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 端与设定和报警电路相连，P2 端与 LCD8 为输入端直接相连进行数据指令传输，P3.7 端口与 DS18B20 数据命令端相连进行数据传输指令控制。3.2、测温单元的设计、测温单元的设计测温单元电路图，如图 3：图 3 测温单元该单元核心器件为 DS18B20 温度传感器，其 DQ 端与单片机相连进行数据指令交换传输，VCC 与GND 分别为电源端及接地端。DS18B20
7、数字温度计是美国 DALLAS 公司生产的 1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20 产品的特点：1、只要求一个端口即可实现通信。2、在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。3、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。4、测量温度范围在55到125之间。5、数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择。6、内部有温度上、下限告警设置。DS18B20 的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11 或 12 位
8、，分别以 0.5，0.25，0.125和 0.0625增量递增。在上电状态下默认的精度为12 位。DS18B20 启动后保持低功耗等待状态；当需要执行温度测量和 AD 转换时，总线控制器必须发出44h命令（Convert T 温度转换命令）。在那之后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20 继续保持等待状态。当 DS18B20 由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时序”，DS18B20 正在温度转换中返回 0,转换结束返回 1。如果 DS18B20 由寄生电源（当总线处于高电平状态，DQ 与上拉电阻连接通过单总线对器件供电。同时处于高电
9、平状态的总线信号对内部电容充电，在总线处于低电平状态时，该电容提供能量给器件。这种提供能量的形式被称为“寄生电源”）供电，除非在进入温度转换时总线被一个强上拉拉高，否则将不会由返回值。表 1 DS18B20 温度与表示值对应表温度/二进制表示十六进制表示1250000 0111 1101 000007D0H850000 0101 010100000550H25.06250000 0001 1001 00010191H10.1250000 0000 1010 001000A2H0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111
10、 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H从 DS18B20 读取出的二进制值必须先转换成十进制 BCD 码，才能用于字符的显示。在采用 12 位转换精度时，温度寄存器中的值是以 0.0625 为步进的，即温度值为温度寄存器中的二进制值乘以0.0625，就是实际的十进制温度值。由表中可得一个十进制温度值和二进制值之间有很明显的关系如图4 所示，以及其可精确至 0.1。图 4 十进制温度值和二进制关系3.3、显示电路的设
11、计、显示电路的设计显示电路如图 5 所示：图 5 显示电路显示电路主要元件为 LCD1602（LM016L），LCD1602 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，本设计利用 16*2 模块。LCD 显示的基本原理：点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的
12、 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生
13、器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。LCD1602 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 2 所示: 表 2 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极LCD1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 3 所示：表 3 控制命令表序号指令RSR/ WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/ CR/ L*6置功
