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1、毕业论文封面 学号 姓名 班级 指导教师 论文题目 数字温度计设计与制作 数字温度计设计与制作摘 要本次设计主要介绍一种基于单片机控制的数字温度计，在硬件方面介绍单片机温度控制系统的设计，对硬件原理图做简洁的描述。系统程序主要包括程序、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。软硬件分别调试完成后，将程序下载入单片机中，电路板接上电源，电源指示灯亮，按下开关按钮，数码管显示当前温度。由于采用了智能温度传感器DS18B20，所以这次设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比的转换速率极快，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出。系统具有微型化、微功耗、测量密度高、功
2、能强大等特点，加上DS18B20内部的差错检验，所以它的抗干扰能力强，性能可靠，结构简单。本次设计产生的结果是能正常显示温度。充分印证了设计的可靠性、可行性。关键词：单片机控制 DS18B20 数码管目 录第一章 单片机的概述- 1 -1.1选题背景- 1 -1.2单片机的简介- 1 -1.3 温度计的运用- 1 -第二章 测温仪设计方案- 2 -2.1经过D/A转换后直接显示- 2 -2.2基于单片机和DS18B20的温度测量仪- 2 -2.3基于FPGA和热敏电阻pt100的温度测温仪- 3 -第三章 方案的分析与比较- 4 -3.1温度传感器的比较- 4 -3.2控制器的比较- 4 -第
3、四章 方案的实现- 4 -4.1方案实现的原理- 4 -4.1.1单片机系统- 5 -4.1.2 DS18B20工作原理- 7 -4.1.3数码管工作原理- 14 -4.2方案电路原理图- 16 -4.3仿真验证- 18 -心得体会- 21 -致谢- 22 -参考文献- 27 -第一章 单片机的概述1.1选题背景随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所介绍
4、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。1.2单片机的简介单片机，更确切的应称作微控制器，是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，其特点是功能强大、体积小、可靠性高、价格低廉。它应用的领域非常广泛包括：工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等；极大地提高了这些领域的技术水平和自动化程度。因此单片机的开发、应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它给人带来的方便也是无可质疑的，其中数字温度计就是一个典型的例子。随着人类对它的要求越来越高，要
5、为现代人的工作和生活提供更好、更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化控制、智能化控制方向发展。1.3 温度计的运用温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、粮食储存、酒类生产、医学等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。随着时代的进步和发展，单片机技术已经深入到各个领域，基于单片机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，其输出温度采用数字显示。温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教
6、学实验）中，有着特别重要的意义。目前温度计的发展也相当的迅猛，从原始的玻璃管温度计发展到了现在热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等。现在所使用的温度计通常是精度为1和0.1的水银、煤油或酒精温度计，这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数很难，而且它们的热容量还比较大，达到热平衡所需要时间长，因此很难读准，并且使用非常不方便。这次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、测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要供测温要求准确的场所和科研实验室使用。第二章 测温仪设计方案2.1经过D/A转换后直接显示方案一：由于本设计是测温电路，可以使用
7、热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，将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处理，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，感温电路。如图2-1所示。 显示器D/A传感器 图2-1 电路方框原理图2.2基于单片机和DS18B20的温度测量仪LED显示器显示正确的温度值，LED显示器实现显示功能。方案二与方案一大致相同，但是温度信号输入部分采用温度检测芯片DS18B20，这个芯片无需A/D转换，可直接将测得的温度值以2进制形式输出。单片机主要控能，其原理图如图2-2所示。 图2-2 电路方框原理图DS18B20芯片是单片结构，无需外加
8、A/D即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼做电源线，即具有寄生电源模式，它体积小、精度高，无需标定。适用于单片机合用构成智能温度检测及控制系统。2.3基于FPGA和热敏电阻pt100的温度测温仪方案三：该方案主要由输入输出、智能控制、显示、报警、通信5大模块组成。输入输出模块主要是根据温度传感器(采用热敏电阻Pt100)获得的电压信号，然后进行A/D转换，所得信号作为FPGA的输入；智能控制模块主要是根据设定值对被控对象进行控制，由FPGA来实现；显示模块是通过LCD显示屏显示出被测温度；报警模块，当温度达到报警条件时蜂鸣器产生蜂鸣，同时采用不同的LED灯显示高报状态或者低报状态
9、；通信模块，采用串口方式与上位机监控程序进行实时通信（RS232）,采用LABVIEW软件进行编程实现上位机的监控。其电路原理方框图如图2-3所示。图2-3 电路原理方框图第三章 方案的分析与比较3.1温度传感器的比较 三种方案进行比较，方案一中热敏电阻的性能决定了整个设计产品所能检测的温度范围。方案二的温度检测范围取决于DS18B20芯片，其范围较小，但足够满足般测量需要，大约为-50到150。由于方案二更为简洁，有效的利用了智能芯片DS18B20可以直接读出被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。方案三中，由于采用热敏电阻作为温度传感器，中间会经过一些滤波、信号放大、A/D转换等环节，造
10、成系统的抗干扰能力不理想，温线性度的非误差较大。因而最终采用方案二来完成本次设计。3.2控制器的比较方案二、三都采用了单片机作为控制，作为一种新型的微处理器，可以通过智能编程方式，可以进行扩展，而且能够具有超温报警和自动控制功能。而方案一没有采用控制，直接把温度显示出来，这样就只能完成对温度的显示。所以，此方案不可取。第四章 方案的实现4.1方案实现的原理按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路、显示电路。原理图如图4-1所示。图4-1 单片机最小系统4.1.1单片机系统实现方案中采用STC89C52单片机作为系统的微处理器，完成对温度传感器、数码管显示处理。1芯片引
11、脚介绍STC89C52芯片引脚图如图4-2所示。图4-2STC89C52芯片引脚图 2几个典型管脚电路说明关于/EA（/EA管脚已内部上拉到VCC） 如果外部不加上拉，或外部上拉到VCC，上电复位后单片机从内部开始执行程序； 如果外部下拉到地，上电复位后单片机从外部开始执行程序。关于RST：复位电路图如图5所示。阻容复位时，电容为10uF，电阻为10K。STC的RC/RD+系列单片机RESET引脚内部没有上拉电阻，必须使用10K电阻。其复位电路图如图4-3所示。RST图4-3 复位电路图关于晶振电路推荐采用11.0592MHz-22.1184MHz的晶振；为了方便起振，最好不在XTAL1晶振引
12、脚上接入并联电容，XTAL2引脚上的电容可接入4733pF(24MHZ)。晶振电路如图4-4所示。图4-4 晶振电路图 单片机在线编程电路，如图4-5所示。图4-5 通过RS232转换芯片实现单片机的在线编程4.1.2 DS18B20工作原理1DS18B20特性简介DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，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，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须
13、外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； 2DS18B20结构简介该芯片采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，外部结构如图4-6所示。图4-6 DS18B20的外部结构DS18B20内部主要包括寄生电源、温度传感器、64 位激光ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH 和TL 解发器存储与控制逻辑、8 位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分，内
14、部结构如图4-7所示。图4-7 DS18B20内部结构寄生电源由二极管VD1、VD2 和寄生电容C 组成，电源检测电路用于判定供电方式，寄生电源供电时，VDD 端接地，器件从单线总线上获取电源，在DQ 线呈低电平时，改由C上的电压Vc继续向器件供电。该寄生电源有两个优点：第一，检测远程温度时无需本地电源；第二，缺少正常电源时也能读ROM。若采用外部电源VDD，则通过VD2 向器件供电。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，如图10所示。开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。主机操作ROM 的命令有五种，如表4-1所示。图4-8 64位ROM的结构表4-1 DS18B20的ROM命令指令说明读ROM（33H）读DS1820的序列号匹配ROM（55H）继读完64位序列号的一个命令，用于多个DS1820时定位跳过ROM（CCH）此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820搜RO
