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1、 2008 届毕业设计（说明书）题目： 数字温度计的设计 班 级：08高职机电二班 学 号：012243552274 姓 名： 1235 指导教师： 55464 2011年4月数字温度计的设计学生姓名： 4 学 号：4 专 业：机电一体化技术 班 级：4 指导教师： 4 完成日期： 4 摘 要在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成AD转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行AD转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机结合DS18B20温度控制
2、系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和AD转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。关键词：单片机，AT89S51，MAX232，传感器DS18B20目 录摘 要I第一章 绪论1 1.1 单片机概述1 1.2 选题背景及设计意义2 1.3设计方案论证3第二章 硬件设计5 2.1硬件电路的设计5 2.2各元器件介绍12第三章 系统软件设计17 3.1设计流程图17 3.2汇编语言程序21第四章 调 试34 4.1终合调试34致 谢36参考文献37附录38第一章 绪论1.1 单片机概述单片机的结构
3、特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一台功能独特的单片微型计算机。一台典型的单片机的基本组成结构包括中央处理器（CPU），存储器（ROM和RAM），并行I/O口，串行I/O口，定时器/计数器，定时电路及元件。由此可见，单片机在结构上突破了常规的按逻辑功能划分芯片。由多片构成了微型计算机的设计思想，将构成计算机的许多功能集成在一块晶体芯片上。单片机的特点：1 单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固
4、化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。可靠性良好：单片机是按照工业控制要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般的 CPU，程序指令及常数数据都烧在ROM内，其许多信号通道均在同一芯片内，因此可靠性较高。2 采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，持别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。3 单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数有限，了解决实际引脚数和
5、需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。4 系列齐全，功能扩展性强。单片机有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM等形式，并可方便地扩展外部的ROM、RAM及I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。5 单片机的功能是通用的。单片机虽然主要作控制器用，但是功能上还是通用的，可 以象一般微处理器那样广泛应用在各个方面。单片机的应用领域如下：1 家用电器领域：目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，做成单片机控制系统。2 办公自动化领域：现代办公室所使用的大量通信，信息产品多数
6、采用了单片机。3 在商业营销系统已广泛使用的电子秤，收款机，条形码阅读器，仓库安全监控系统，商场保安系统，空气调节系统等，目前已纷纷采用单片机构成专用系统。4 工业自动化：如工业过程控制，过程监测，工业控制器及机电一体化系统等，这些系统除一些小型工控机之外，许多都是以单片机为核心的单机或多机网络系统。5 智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路：目前各种变送器，电气测量仪表普遍采用单片机应用系统替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能。将单片机和传感器相结合可以构成新一代的智能传感器。他将传感器初级变换后的电量做进一步的变换，处理，输出能满足远距离传送，能与微机接口的数字信号。6 汽车电
7、子与航空航天电子系统：通常在这些电子系统中的集中显示系统，动力监测控制系统，自动驾驭系统，通信系统，以及运行监视器（黑匣子）等，都要都成冗余的网络系统。1.2 选题背景及设计意义一、选题背景最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度
8、计。把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0，把纯水凝固时的温度定为32，把标准大气压下水沸腾的温度定为212，用代表华氏温度，这就是华氏温度计。 二、设计意义本设计所介绍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，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。它具有结构简单,不需外接元件,采用一根I/ O 数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点,可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。该设计控制器使用单片机AT 89S51，测温传感器使用DS18B20,，实现温度显示，能准确达到以下要求:测温范围-55125 精度误
9、差小于0.5。LED数码管直读显示 可以任意设置温度的上下限报警功能。1.3设计方案论证方案一：本电路是温度计的设计，在测温电路中利用热敏电阻器件的感温效应，将随被测温变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，用单片机进行数据处理，经显示电路就可以显示出来。方案二：在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。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，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。方案三：基于单片机的温度传感器设计的数字温度计已经很成熟，各种精度很高的温度计不断推出。数字温度计要求检测的精度必须高于控制的
10、精确度，否则无从实现控制的精度要求。所以精度已经成为数字温度计的一项重要的性能参数。因此追求高精度是数字温度计的一个目标。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量范围等，在很大程度上决定了科学技术的发展水平。同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的前提手段。目前市场上出现了很多传感器，很多精度高的传感器已经出现，而且精度越来越高。数字温度计未来将会更精确、更人性化，为我们做出更多贡献。为此我们选择方案三的设计，框图如下：图1-1 时钟结构图
11、LED显示主控制器温 度传感单片机复位报警点按键时钟振荡 温度计电路设计总体设计方框图如图所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用四位LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。第二章 硬件设计2.1硬件电路的设计图2-1 硬件电路设计图本设计系统共由四部分组成： AT89S51为控制装置，负责各部分的控制和数据采集。 DB9和MAX232组成了通讯系统，负责和上位机通讯的TTL/RS232电平转换。 DS18B20为温度测量装置，负责对温度进行采集并转换为数字信号送AT89S51进行处理。 共阳极数码管为显示装置，负责显示工作状态和DS18B20 采集到的数据。注
12、：LED数码管驱动电路中采用P0 口加上拉电阻的形式，为方便焊接，本设计中电阻使用了排阻的方式，三极管使用的是S9012.1、时钟电路时钟电路可以简单定义如下：1.就是产生象时钟一样准确的振荡电路。 2.任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。在AT89S51单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件(晶体振荡器和电容)，即可构成一个稳
13、定的自激振荡器。在AT89s51芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。在单片机的XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一个晶体振荡器就构成了内部振荡方式。AT89S51单片机内部有一个高增益的反相放大器，XTAL1为内部反相放大器的输入端，XTAL2为内部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。在实际应用中通常还需要在晶振的两端和地之间各并上一个小电容。AT89S51的时钟电路如图2.2所示:图中，电容器C1、C2常称为微调电容，其作用有三个：图2-2
14、 AT89S51的时钟电路快速起振、稳定振荡频率、微调振荡频率。AT89S51单片机允许外接033M Hz的晶振，电容器C1、C2可取5pF33pF。一般情况下，使用频率较低的晶振时，C1、C2的容量可选大一点。为了更好地保证振荡器稳定可靠地工作，在实际装配电路时，晶振X和电容C1、C2应尽可能地安装在XTAL1、XTAL2引脚附近。内部振荡方式所得到时钟信号比较稳定，在实际电路中，一般是选用内部振荡方式。用晶振和电容构成谐振电路。电容大小与晶振频率和工作电压有关。但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用30pF的电容作为微调电容。在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。2、复位电路复位的功能:复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU和系统中各部分处于一个确定的状态，并从这一状态开始工作。系统上电路或死机后都要进行复位操作。单片机复位时，将程序计数器PC初始化为0000H，表明复位后程序从0000H地址单元开始执行，同时复位时输出控制信号ALE，PSEN均为高电平。复位后，P0P3口输出高电平，且使准双向口均处于输入状态。复位不改变片内RAM单元的内容，但使各特殊功能寄存器SFR回复到初始状态，复位后各特殊功能寄存器值如表26所示：
