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1、湖南铁路科技职业技术学院单片机课程设计说明书 湖南铁路科技职业技术学院单片机课程设计选题名称： 基于单片机的数字温度计设计 系 （院）： 机械工程系（东院） 专 业： 机电一体化 班 级： 3092班 姓 名： 指导老师： 录目1 项目设计综述2 1.1项目设计概述.2 1.2项目设计要求.2 1.3项目程设计方案.22 系统设计.4 2.1 图框设计方案.4 2.2DS18B20简介.4 2.2.1单片机AT89S52简介.43硬件设计.6 3.1电路图原理.6 3.2DS18B20与单片机接口的设计.6 3.3显示电路图接口.7 3.4其他外围电路.84 软件设计.11 4.1 程序设计流
2、程图.11 4.2程序清单.12 5 系统仿真及调试.17 5.1.硬件调试.17 5.2软件调试 .17总结.18参考文献.191项目设计综述1.1项目设计概述在生活和生产中，经常要用到一些测温设备。但是传统的测温设备具有制作成本高、硬件电路和软件设计复杂等缺点。基于AT89S52单片机的数字温度计具有制作简单、成本低、读数方便、测温范围广和测温准确等优点，应用前景广阔。1.2项目设计要求基于AT89S52单片机的数字温度计设计要求如下： 温度值用4位LED数码管显示 测温范围为30100，且测量误差不得大于0.5 成品的体积、质量尽可能小。1.3项目设计方案大多单片机接口输入的信号是数字信
3、号，或有带AD转换的高端单片机也可以输入模拟信号。由单片机获取非电信号的温度信息，必须通过温度传感器。传统的温度测量虽多以热敏电阻作为温度传感器。但是，热敏电阻的可靠性较差、测量温度精度较低，而且还需经AD转换成数字信号后才能由单片机进行处理。因此，使用数字温度传感器DS18B20了简化硬件设计、方便单片机读取数据、节约成本。 2 系统设计2.1 图框设计根据设计要求分析，基于AT89S52单片机的数字温度计由AT89S52单片机控制器、电源、显示电路、温度传感器、复位电路和时钟电路组成，系统图框如图21所示。电源给整个电路供电，显示电路显示温度值，时钟电路为AT89S52提供时钟频率。传感器
4、采用美国DALLAS半导体公司生产的一种智能温度传感器DS18B20，其测温范围为-50125，最高分辨率可达0.0625，可完全符合设计要求。2.2DS18B20简介本公司最新推出TS-18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 1: 技术性能描述 1.1 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 1.2 测温范围 55+125，固有测温分辨率0.5。 1.3 支持多
5、点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 1.4 工作电源: 35V/DC 1.5 在使用中不需要任何外围元件 1.6 测量结果以912位数字量方式串行传送 1.7 不锈钢保护管直径 6 1.8 适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 1.9 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选 1.10 PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 2：应用范围 2.1 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，
6、电缆线槽等测温和控制领域 2.2 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。 2.3 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。 2.5 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制 2.3单片机AT89S52简介AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash 片内程序储存器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入输出（I0）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为并通过软件设置省电模
7、式。空闲模式，暂停工作，而定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电式冻结振荡器而保存的数据，停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有、和等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性：兼容Mcs51指令系统 可反复擦写（1000次）ISP Flash ROM32个双向IO口 4.55.5v工作电压3个16位可编程定时计数器 时钟频率033MHz全双工作UART穿行中断口线256bit内部RAM2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针3硬件设计3.2 DS
8、18B20与单片机接口的设计DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据IO均由同条线来完成。DS18B20的电源供电方式有2种：外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时，VDD和GND均接地，他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用，原理是当1W ire总线的信号线DQ为高电平，窃取电信号能量给DS18B20供电，同时一部分能量虽给内部电容充电，当DQ为低电平时释放能量为DS18B20供电。但寄生电源方式需要强上拉电路，软件控制变得复杂（特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROM时），同时芯片的性能也有所降低。外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式
9、，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。因此本设计采用外部供电方式。如下图所示：3.3显示电路接口本设计显示电路采用4位共阴极LED数码管来显示测量得到的温度值。LED数码管能在低电压工作，而且体积小、重量轻、使用寿命长，因此本次设计选用此数码管作为显示器件。一个LED数码管只能显示一位的字符，如果字符位数不止一位，可以用几个数码管组成，但要控制多位的显示电路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要显示的字符是什么，控制电路应将字符的七段码通过输出口连接到LED的ag的引脚，是某些段点亮，某些段处于熄灭状态。字位控制是指控制在多位显示器中，
10、哪几位发光或那几位不发光，字位控制则需要通过字位码作用于LED数码管的公共引脚，是某一位或某几位的数码管可以发光。数码光显示电路分为动态显示和静态显示。 静态显示方式时指每一个数码管的字段控制是独立的，每一个数码管都需要配置一个8位输出口来输出该字位的七段码。应此需要显示多位时需要多个输出口，通常片内并口不够用，需要在片外扩展。动态显示又称为扫描显示方式，也就是在某一时刻只能让一个字位处于选通状态，其他字位一律断开，同时在字段线上发出该位要显示的字段码，这样在某一时刻某一位数码管就会被点亮，并显示出相应的字符。下一刻该改变所显示的字位和字段码，点亮另一个数码管，显示另一个字符。绕后一次扫描轮流
11、点亮其他数码管，只要扫描速度快，利用人眼的视觉残留效应，会使人感觉到几位数码管都在稳定的显示。本次试验用74LSO4非门作驱动。如图所示3.4其他外围电路复位电路：在单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作。实际应用中，复位操作有两种形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上点瞬间RST引脚获得高电平，随着电容的充电，RST引脚的高电平逐渐下降。只要RST引脚保持两个机器周期的高电平单片机就可以进行复位操作。本设计用的上电与接键均有效的复位。电路图如下：时钟电路：单片机的时钟信号通常有两种方式生产：
12、一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自己震荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容器的作用是稳定频率和快速起振，电容值在530pF，典型值为30pF.j晶振CYS的振荡频率范围在1.212MHz和6MHz.本设计采用12MHz晶振，电容值为30pF。在电路总体设计中，先从片内程序储存器取指还是从内部程序储存器取指的选择信号。当EAVpp接高电平时，先从片内程序存储器读取指令，读完4KB后，自动改为片外取指。 若EAVpp接低电平，则所有指令均从片外程序存储器读取。ALE脚用于输出允许地址所存信号。PSEN脚用于外部程序存储器选通信号，在对外部程序存储器取指操作时此引脚置低电平有效。在执行片内程序存
