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1、信息与电气工程学院课程设计说明书课程设计说明书（2012 /2013 学年第 二 学期）课程名称： 单片机应用 题 目： 数字温度计系统 专业班级 ： 自动化 10-02 班 学生姓名 ： 王隆帅 学 号： 指导教师 ： 苗敬利等 设计周数 ： 2 周 设计成绩 ： 2013 年 6 月 24 日1目录目录摘要摘要2第一章绪论第一章绪论31.1 传感器发展的三个阶段31.2 传感器发展趋势31.3 传感器在在系统中的应用31.4 设计研究意义41.5 设计的目标任务4二、硬件设计二、硬件设计52.1 引言52.2 温度传感器72.2.1 温度传感器选用细则72.3 DS18B20 温度传感器简
2、介92.3.1 DS18B20 的测温原理122.3.2 DS18B20 的测温流程142.4 LED 数字显示及其驱动电路142.4.1 LED 显示器简介14 2.4.2 LED 显示器结构152.4.3 LED 显示器分类152.4.4 LED 显示器的参数152.4.5 LED 显示器工作原理162.5 74HC245 的介绍及应用17三、电路设计三、电路设计193.1 设计原则193.2 设计中的各种电路19四、小结四、小结23结束语结束语24参考文献参考文献24 附录附录 1 1 ProteusProteus 仿真图仿真图25 附录附录 2 2 protelprotel 原理图原理
3、图26 附录三附录三 程序程序272摘要摘要随着时代的进步和科技发展，单片机技术已经普及到我们的生活、工作、科研等各个领域，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械已经成为一种比较成熟的技术，本文主要介绍一个基于 51 单片机的测温系统，详细地描述了利用 5
4、1单片机和 DS18B20 进行温度测试的原理及过程，对各部分的电路也进行了比较详细的介绍。该系统可以非常方便地进行温度的测量，使用起来非常方便，具有精度高，体积小，功耗低，价格便宜等特点。适合我们的日常生活及一些基本的工农生产的温度测量需要，也可以当做温度处理模块嵌入到其他系统中，作为其他主系统的扩展。51 单片机和 DS18B20 的结合实现了温度检测的最简单系统，该系统结构简单，抗干扰性强，具有广泛的应用前景。关键词关键词：单片机；温度检测；三位数码管；AT89C51；DS18B20。3一、绪论一、绪论课题的背景课题的背景在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色，都无时无刻不在与温度
5、打交道。自 18 世纪工业革命以来，工业发展与是否掌握温度有着紧密的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎%80 的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。1.11.1 传感器三个发展阶段：传感器三个发展阶段：一是模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等特点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，且外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有 A
6、D590、AD592、TMP17、LM135 等。二是模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有 LM56、AD22105 和 MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如 TC652/653)中还包含了 A/D 转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。三是智能温度传感器。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随 机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感
7、器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，当然，其智能化程度也取决于软件的开发水平。1.21.2 温度传感器的发展趋势温度传感器的发展趋势进入 21 世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。1.31.3 传感器在温控系统中的应用传感器在温控系统中的应用目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。
8、此种产品测温范围大都在-200800之间，分辨率 12 位，最小分4辨温度在 0.0010.01 之间。自带 LED 显示模块，显示 4 位到 16 位不等。有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。针对目前市场的现状，本设计提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。1.41.4 设计研究意义设计研究意义随着科学技术的不断进步与发展，温度控制在工业控制、电子测温计、家用电器等各种温度控制系统中被广泛应用，且由过去的单点测量向多点测量发
9、展。目前温度传感器有模拟和数字两类传感器两种，为克服模拟传感器与微处理器接口时所需的信号调理电路或AD 转换器的缺点，多点检测温度控制系统多采用智能数字温度传感器，是系统的设计更加方便。常用的智能数字温度传感器有 DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635 等等。在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟技术，这样就不可避免地遇到引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调整电路的误差等问题；而其中某一环节处理不当，就会导致系统性能的降低。随着现代科学技术的飞速发展，特别是大规模集成电路设计技术的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国 Dallas 半导
10、体公司推出的数字温度传感器 DS18B20，具有独特的单总线接口，仅需占用一个通用 I/0端口即可完成与微处理器间的通信；在-10+85 温度范围内具有05 精度；用户可编程设定 912 位的分辨率。这些特性使得 DS18B20 非常适用于高精度、多点温度测量系统的设计。1.51.5 设计的任务设计的任务目标目标本设计主要是实现对温度进行测量并准确显示。整个系统由 MCU(单片机)控制，用于接收传感器采集的温度数据并加以显示出来。5二、二、硬件设计硬件设计2.12.1 引言引言本课程设计的多点测温系统是以单片机和单总线数字温度传感器 DS18B20 为核心，充分利用单片机优越的内部和外部资源及
11、智能温度传感器 DS18B20 的优越性能构成一个完备的测温系统，实现对温度的多点测量。整个系统由单片机控制，能够接收传感器的温度数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令，选择对应的温度传感器，并由驱动电路驱动温度显示。本课程设计了一种合理、可行的单片机监控软件，完成测量和显示的任务。由于单片机具有强大的运算和控制功能，使得整个系统具有模块化、硬件电路简单以及操作方便等优点。2.1.12.1.1 AT89S51AT89S51 单片机的功能结构单片机的功能结构AT89S51 有 40 个引脚，4 个 8 位并行 I/O 口，1 个全双工异步串行口，同时内含 5 个中断源，2 个优先级，2
12、 个 16 位定时/计数器。AT89S51 的存储器系统由 4K 的程序存储器(掩膜 ROM)，和 128B 的数据存储器(RAM)组成。其基本组成结构框图如：图 3-1。XTAL2XTAL1P0 P1 P2 P3PSENRSTEAALE总线控制CPURAM128B SFR 21 个定时器/计数器时钟电路中断系统 5 个中断源 2 个优先级串行口4 个并行口ROM/EPROM/Flash 4KB6AT89S51 单片机为 40 引脚双列直插式封装。其引脚排列和逻辑符号如图 3-2 所示。各引脚功能简单介绍如下：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O
13、 口，每个管脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部电位必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2 口的管脚电位被外部拉低，将
