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1、1课程设计课程设计课程名称课程名称 单片机原理与接口技术课程设计单片机原理与接口技术课程设计题目名称题目名称 温度计测试温度计测试 学学 院院 物理与光电工程学院物理与光电工程学院 专业班级专业班级 1313 电子科学与技术电子科学与技术 2 2 班班 学学 号号 姓姓 名名 联系方式联系方式 任课教师任课教师 2015 年年 12 月月 28 号号1目录 一 1、引言2、设计目的 1. 设计任务和要求1 2. 方案设计与论证2.1 各方案的优点 2.2 各方案的缺点 2.3 对比选择 二 系统设计原理 1. 主控制器2. 显示电路3. 温度传感器的简介与工作原理4、74HC573 引脚与工作
2、原理三 总原理图 四、主程序设计主程序设计5. 电路安装调试及结果六元件清单图七个人总结与体会附录：1、PCB2、实物图3、参考文献4、程序代码1一、一、 引言引言在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。传统的测温元件有热电偶和二电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何
3、提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的 PID控制方式,但 PID 控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器 DS18B20，因其内部集成了A/D 转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器 D
4、S18B20 只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20 芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器 DS18B20 做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器 DS18B20 进行范围的温度检测。 本课程设计介绍一种基于 stm8 单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用 DS18B20 作为温度监测元件，测量范围 0-+100，使用 LED 模块显示，能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器 DS18B20 的原理，stm8 单片
5、机功能和应用。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。 关键词：温度测量关键词：温度测量 DS18B20DS18B20 stm8stm812、课程设计目的1. 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。2. 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤一. 设
6、计任务和功能要求：（1（温度测量范围 0 - 99。（2（温度分辨率1。（3（选择合适的温度传感器。(4) 使用键盘输入温度的最高点和最低点(5) 温度超出范围时候报警。 （报警温度不需要保存）（6）四位数码管 LED 显示二方案设计与论证2.1.各方案的优点对于温度采集系统，在设计，综合考虑了两种电路设计，一种是利用 C51 系列芯片，用 C 语言编写程序设计的，另一种是用 STM8 芯片，用汇编语言编写程序设计。对于前一种，个人认为前一种设计的优点在于 80C51 芯片比较容易入手，程序相比汇编程序容易编写，在焊接和做工方面可以做的比较好，采用数字温度芯片 DS18B20 测量温度，输出信
7、号全数字化。采用了单总线的数据传输，由数字温度计 DS18B20 和 AT89C51 单片机构成的温度测量装置,它直接1输出温度的数字信号。采用 AT89C51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。第二种设计的优点在于 STM8 芯片功能齐全，可以省去比较多的外围电路，在电路图和 PCB 设计和实体设计方面都比较方便，2.2.各方案的缺点前一种设计的缺点在于 C51 系列芯片，在设计时，要加上最小系统和晶振，在电路图和 PCB 的制作上带来比较大的麻烦，而后一种设计的缺点在于，实体STM8 系列芯片比较小，在焊接的时候
8、要比较有耐心和细心。2.3.对比选择通过在两种设计的对比，结合自己比较熟悉 STM8 芯片，而且电路设计元件较少，电路图相对简单，所以选择后一种设计。二 系统设计原理利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到LED中显示。系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。系统框图如图所示。1主控制器LED显示温度传感器单片机复位报警按键设置时钟振荡图 3-1 系统基本方框图1. 主控
9、制器stm8s105s4stm8s105s4 的各接口的各接口选择 stm8s105s4stm8s105s4 芯片就能够满足设计要求。stm8stm8 单片机的 GPIOE_PIN_6GPIOE_PIN_6口作为唤起温度传感器的输出以及温度测量数据的输入口，GPIOD_PIN_0GPIOD_PIN_0 口作为数据输入 74HC573D74HC573D 的 8 位移存储器的 DINDIN 信号口，GPIOD_PIN_1GPIOD_PIN_1 口作为数据输入 74HC573D74HC573D 的 8 位移存储器的 CSCS 信号口，DPIOD_PIN_2DPIOD_PIN_2 口数据输入 8 位移
10、存储器的 CLCLK 信号口，GPIOD_PIN_4GPIOD_PIN_4 口作为当温度测量值超出上限时的报警的蜂鸣器输入口，GPIOE_PIN_5GPIOE_PIN_5 口作为测试程序运行的进程的 LED 灯输入口。1stm8s105s4stm8s105s4 引脚图引脚图2. 显示电路显示电路采用LED液晶显示数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。3. 温度传感器的简介与工作原理DS18B20 是 DALLAS 公司
11、生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按 9 位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚 TO-92 小体积封装形式，温度测量范围55125，可编程为 912 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 8 位数字量方式串行输出，其1工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个 DS18B20 可以并联到三根或者两根线上，CPU 只需一根端口线就能与多个 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节
12、省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。温度的读取：DS18B20 在出厂时以配置为 12 位，读取温度时共读取 16 位，所以把后 11 位的 2 进制转化为 10 进制后在乘以 0.0625 便为所测的温度，还需要判断正负。前 5 个数字为符号位，当前 5 位为 1 时，读取的温度为负数；当前 5 位为 0 时，读取的温度为正数。DS18B20 的初始化： 1. 先将数据线置高电平“1” 。2. 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点） 。3. 数据线拉到低电平“0” 。4. 延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 48
13、0 到 960 微秒） 。5.数据线拉到高电平“1” 。6. 延时等待（如果初始化成功则在 15 到 60 毫秒时间之内产生一个由DS18B20 所返回的低电平“0” 。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不1能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制7. 若 CPU 读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要 480 微秒。8.将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。 DS18B20 的写操作： 1. 数据线先置低电平“0” 。2. 延时确定的时间为 15 微秒。3. 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位
14、） 。4. 延时时间为 45 微秒。 5. 将数据线拉到高电平。6. 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。7. 最后将数据线拉高。 DS18B20 的读操作：1. 将数据线拉高“1” 。2. 延时 2 微秒。3. 将数据线拉低“0” 。4. 延时 15 微秒。5. 将数据线拉高“1” 。6. 延时 15 微秒。7. 读数据线的状态得到 1 个状态位，并进行数据处理。8. 延时 30 微秒。 综上，在本系统中我采用温度芯片 DS18B20 测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，1最大线形偏差小于 1 摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。图 1 温度芯片 DS18B20 工作原理：DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同，只是得到的温度值 的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 DS18B20 测温原理：低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固 定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶
