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1、重庆文理学院 单片机课程综合设计设计题目:数字温度计学 号 ： 姓 名 ： 杨洋 班 级 ： 2023级电气S2班提交日期 ： 2023.01.14 电子电气工程学院 目录一.引言二. 设计务任和规定三. 系统总体方案及硬件设计四. 系统软件算法分析五. 电路仿真六. 电路板制作过程七. 电路调试过程八. 总结与体会九. 参考文献十. 源程序一 引言随着电子技术的不断发展，我们能应用到的电子产品也越来越多。而生活中我们用的很多电子产品都越来越轻巧，价格也越来越便宜运用电子芯片实现的东西也越来越来越多，比如数字温度计。当然，非电子产品的常用温度计也很便宜。本次课设论文所介绍的是自己动手制作的一个
2、高精度数字温度计。本次课设不仅丰富了课余生活，还从实践中学到并了很多新知识，并从中巩固了以前的知识。用Protel 99软件来设计制作电路板PCB(Printed circuit Bound)。在PCB上，布置一系列的芯片、电阻、电容等元件，通过PCB上的导线相连，构成电路，一起实现一定的功能。电路通过连接器或者插槽进行输入/输出，有时尚有显示部分（如发光二极管LED、.数码显示器等）。可以说，PCB是一块连接板，它的重要目的是为元件提供连接，为整个电路提供输入输出端口和显示，电气连接通性是PCB最重要的特性之一。PCB在各种电子设备中有如下功能：（1）提供集成电路等各种电子元件固定、装配的机
3、械支撑。（2）实现集成电路等各种电子元件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供所要的电气特性。（3）为电动装配提供阻焊徒刑，为元器件插装、检查、维修提供辨认符和图形。做本课题的所用到的知识是我们学过的模拟电子电路以及数字逻辑电路等，当然还用到了刚刚学过不久的单片机知识。本次课设是把理论和实践结合起来，这不仅可以锻炼自己的动手能力，并且还可以加深对数字逻辑电路和模拟电子电路的学习和理解。同时也激起了我学好单片机的斗志。为了全面清楚的表达，本论文用图文并茂的方式，尽也许具体的地介绍本次设计的全过程。二 设计务任和规定2.1、基本范围-201002.2、精度误差小于0.52.3、LED 数码直读显示2.
4、4、可以任意设定温度的上下限报警功能三 系统总体方案及硬件设计3.1数字温度计设计方案论证3.1.1方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件运用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的解决，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D 转换电路，其中还涉及到电阻与温度的相应值的计算，感温电路比较麻烦。并且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响从而出现较大的偏差。3.1.2 方案二考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此
5、传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简朴，精度高，软硬件都以实现，并且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计规定。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简朴，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简朴，故采用了方案二。3.2系统总体设计温度计电路设计总体设计方框图如图3.1所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。图3.1有了总体设计方案后，下面就是原理图的制作了。原理图如下图2.2及图2.3示。为了减少绘制PCB是的麻烦度，特意将数码管电路与主控制电路分开画，最后两者是用导线连接。数码管位选
6、接P20P23，段选接P0口。图3.2数码管电路图3.3单片机控制电路3.3模块简介系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。3.3.1 主控制器单片机STC89C52 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。 图3.4晶振电路 图3.5复位电路3.3.2 显示电路显示电路采用4 位共阴极LED 数码管，P0 口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2 口的低四位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。3.3.3温度传感
7、器DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改善型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际规定通过简朴的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下：1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2、多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能3、无须外部器件；4、可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；5、零待机功耗；6、温度以或位数字；7、用户可定义报警设立；8、报警搜索命令辨认并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9、负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正
8、常工作；DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20 的1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。为保证在有效的DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET 管来完毕对总线的上拉。当DS18B20 处在写存储器操作和温度A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉启动时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD 端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。图3.6温度传感器与单片机的连接3.3.4报警温度调整按键本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设立报警温度和当前温度，此外两个分别用于设立报警温度的加和减
9、。均采用软件消抖。图3.7按键电路四 系统软件算法分析系统程序重要涉及主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，按键扫描解决子程序等。4.1主程序流程图主程序的重要功能是负责温度的实时显示、读出并解决DS18B20 的测量的当前温度值，温度测量每1s 进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图4.1 所示。图4.1 主程序流程图4.2读出温度子程序读出温度子程序的重要功能是读出RAM 中的9 字节，在读出时需进行CRC 校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图4.2 示4.3温度转换命令子程序温度转换命令子程序重要是发温度转
10、换开始命令，当采用12 位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s 显示程序延时法等待转换的完毕。温度转换命令子程序流程图如图3.3 所示 图4.2读文读流程图 图4.3温度转换流程图4.4 计算温度子程序计算温度子程序将RAM 中读取值进行BCD 码的转换运算，并进行温度值正负的鉴定，其程序流程图如图4.4 所示。4.5 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序重要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。程序流程图如图4.5。图4.4 计算温度流程图 图4.5显示数据刷新流程图4.6按键扫描解决子程序按键采用扫描查询方式，设立标志位，当标志位为
11、1 时，显示设立温度，否则显示当前温度。如下图4.6 示。 图4.6按键扫描解决流程图五 电路仿真通过仿真软件验证该原理图的可行性。采用protues软件对电路仿真，可以得到预期效果。因protues软件中没有STC89C52故用AT89C52代替。仿真图如图5.1示 图5.1电路仿真图 右图5.2为温度传感器的仿真效果图，此图验证了传感器的温度与数码管显示的数字一致。 当按下SET 键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设立的温度报警上线，按ADD或DEC 分别对报警温度进行加一或减一。当再次按下SET 键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设立的温度报警下线，按ADD或DEC 分别
12、对报警温度进行加一或减一。当第三次按下SET 键时，退出温度报警线设立。显示当前温度。验证了电路图对的性后，下面就进入PCB的绘制了六 电路板制作过程随着计算机技术的发展，电路设计中的很多工作都可以交由计算机来完毕。Protel 99SE系统是一套建立在PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，不久就成为PC平台上最流行的电子设计自动化软件。在完毕本课程设计过程中，充足运用了Protel99SE的电路及PCB设计功能加快了设计进程，下面将就电路板的制作过程做具体阐述。Protel进行电路设计有两个环节如下图所示:图6.1 PROTEL设计环节6.1 原理图编辑原理图的设计
13、是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进展。原理图的设计过程可以按下图所示的设计流程进行。图6.2 设计流程图（1）图纸设立是绘制电路图的第一步，必须根据实际电路的大小来选择合的图纸设立图纸的大小涉及设立图纸尺寸、网络和光标的设立等等。（2）加载元器件库，在Protel 99 SE中，原理图中的元器件符号均存放在不同的原理图元件库中，在绘制电路原理图之前，必须将所需的原理图元件库装入原理图编辑器。（3）放置元器件，即将所需的元件符号从元件库中调入原理图中。（4）调整元器件布局，将各个元件用品有电气性能的导线连接起来并进一步调整元器件的位置、元器件标注的位置及连线等。（5）最后打印存盘。5.2
14、 PCB制作 在绘制好原理图的情况下要想得到一块电路板还需要绘制一张PCB版图，PCB做的好坏将直接影响电路板的美观和性能，所以要尽量把PCB做的合理。我们可以按以下流程来完毕PCB的绘制。 开始规划电路板设立参数装入元件网表及封装 保存及打印 手动调整 布线 元件布局 结束 图6.3 PCB设计流程图 整个过程中元器件的布局是关键，布局直接影响到最后做板的元件格局，所以在整个过程中要不断的调整直至最终合理。图6.4是本课程设计的最终PCB印刷电路,USB母座放在边上便于插拔电源线。 图6.4电路PCB图七 电路调试过程电路板的设计在通过了原理图的引用分析，元件的选取和电路原理的仿真验证后，通过PROTEL99便可以制作成相应的原理图，然后完毕PCB的版图设计，最后便制作成完整的电路板。接下来将进入比较棘手也是较为需要耐心和细心的电路调试环节。八 总结与体会本次课程设计,我感触甚是深刻。通过本次课程设计，使我对电子设计及制作产生了较为浓厚的爱好，加强了自
