基于protues多点数字温度计毕业设计.docx

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基于protues多点数字温度计毕业设计

毕业设计（论文）说明书

多点数字温度计设计

摘要

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。

无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。

自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。

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。

随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。

这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。

本次多点数字温度计设计采用AT89C51单片机作为控制核心，使用闸刀开关设计控制电路，采用DS18B20温度传感器采集温度，结合LCD显示屏和74HC00芯片实现温度的数字显示。

硬件电路设计主要包括中央处理单元电路、闸刀开关电路以及温度收集电路。

软件程序设计则采用汇编语言实现。

本设计的测量温度范围为0°C到70°C、采集的温度分辨率为0.1°C以及能显示10个温度探测点的当前采集温度。

实现了采集和显示10个温度探测点的当前温度的功能，达到了设计的要求和目的,并在Proteus软件上进行了仿真和调试。

关键词：

数字温度计；AT89C51；74HC00

Abstract

Inhumanlifeenvironment,thetemperatureisplayinganextremelyimportantrole.Nomatterwhereyoulive,engagedinanywork,ever-presentandtemperaturedealtwith.Sincetheeighteenthcenturysincetheindustrialrevolution,industrialdevelopmenttowhethercanmasterhasabsolutetemperatureofcontact.Inmetallurgy,steel,petrochemical,cement,glass,medicineindustryandsoon,itcanbesaidthatalmost80%ofindustrialdepartmenthavetoconsiderthefactorsoftemperature.Withtherapiddevelopmentofmoderninformationtechnologyandtraditionalindustrialtransformationgraduallyrealize,abletoworkindependentlytemperaturedetectionanddisplaysystemappliedtomanyfields.Alongwiththerapiddevelopmentofmoderninformationtechnologyandtraditionalindustrialtransformationgraduallyrealize,abilitytoworkindependentlytemperaturedetectionanddisplaysystemappliedtomanyfields.Hereisthethermometerdesigneddigitalreadoutsconvenient,temperaturemeasuringrange,temperaturemeasurementprecision,digitaldisplay,wideapplicationscope,etc.

ThemoredigitalthermometerdesignusetheAT89C51microcontrollerascontrolcore,usetheknifeswitchdesignthecontrolcircuit,usethetemperaturesensorDS18B20collectiontemperature,combinedwithLCDscreenand74HC00chiprealizetemperatureofthedigitaldisplay.Hardwarecircuitdesignincludesthecentralprocessingunitcircuit,theknifeswitchcircuit,andthetemperaturecollectcircuit.Softwareprogramdesignisrealizedbyassemblylanguage.Thisdesignofmeasuringtemperaturerangeof0℃to70℃,acquisitionofthetemperatureresolutionforthe0.1°C,andcanindicatethat10ofthecurrentcollectiontemperaturedetectionpointtemperature.Realizetheacquisitionanddisplaytemperaturedetectionpointof10currentofthefunctionoftemperatureandmeetthedesignrequirementsandpurpose,andusetheProteussoftwaretosimulationandtest.

Keywords:

Digitalthermometer;AT89C51;74HC00

第一章绪论

1.1设计背景

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。

无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。

自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。

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。

传感器主要大体经过了三个发展阶段：

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，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，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AD590、AD592、TMP17、LM135等；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；智能温度传感器。

能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。

它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。

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，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

1.2数字温度计设计方案论证

1.2.1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利用其感温效应，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处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。

但是，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

1.2.2方案二

采用DS18B20温度传感器和AT89C51单片机电路设计设计硬件电路，通过汇编程序实现采集和显示当前温度。

这样，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

1.3方案二的总体设计框图

根据方案二的设计，多点数字温度计设计的电路设计总体方框图如图1.1所示。

使用AT89C51单片机作为控制核心,用LCD显示屏来实现温度的数字显示。

图1.1结构框图

第二章主要元器件介绍

2.1AT89C51的性能介绍

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.1.1AT89C51的主要特性

●与MCS-51兼容

●4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

●全静态工作：

0Hz-24Hz

●三级程序存储器锁定

●128*8位内部RAM

●32可编程I/O线

●两个16位定时器/计数器

●5个中断源

●可编程串行通道

●低功耗的闲置和掉电模式

●片内振荡器和时钟电路

2.1.2AT89C51的管脚说明

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口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写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FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

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，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。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

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，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表（表2-1）所示：

表2-1AT89C51的特殊功能口

口管脚

备选功能

P3.0RXD

串行输入口

P3.1TXD

串行输出口

P3.2/INT0

外部中断0

P3.3/INT1

外部中断1

P3.4T0

记时器0外部输入

P3.5T1

记时器1外部输入

P3.6/WR

外部数据存储器写选通

P3.7/RD

外部数据存储器读选通

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2.1.3振荡器特性

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

2.1.4芯片擦除

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

2.2DS18B20数字温度传感器概述

2.2.1DS18B20的基本情况

Dallas公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，具有以下基本特性：

●只要有一个I/O引脚即可实现温度的采集，实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温；

●测量温度范围为-55℃~+125℃；

●数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择，精度为±0.5℃；

●内部有E2PROM，用户可以进行温度上、下限报警设置。

2.2.2DS18B20的性能特点

●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

●DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温

●DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内

●适应电压范围更宽，电压范围：

3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电

●温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃

●零待机功耗

●可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温

●在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快

●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

●测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力

●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

以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图2-1所示，DQ为数据输入/输出引脚。

开漏单总线接口引脚。

当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。

当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

图2-1DS18B20外部封装形式

2.2.3DS18B20的内部结构

图2-2为DS18B20的内部框图，它主要包括寄生电源、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触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。

DS18B20采用3脚PR－35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2-2所示：

图2-2DS18B20的内部结构图

64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。

温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。

DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。

高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图2-3所示。

图2-364位闪速ROM的结构

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。

高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图2-4所示。

头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。

第5个字节，为配置寄存器（图2-5），它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。

DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。

该字节各位的定义如图2.3所示。

低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。

图2-4DS18B20温度传感器的内部存储器

图2-5配置寄存器

由表2-2可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。

因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

表2-2DS18B20温度转换时间表

分辨率/位

温度最大转换时间/ms

93.75

187.5

375

750

2.2.4DS18B20数据输出格式

DS18B20读出的温度结果的数据为两字节，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供。

因此，在系统中要将得到温度值数据进行格式转换，才能用于显示。

这两字节的数据格式如图2-6所示。

图2-6DS18B20的数据格式

高8位中的高5位是符号位，表示温度是零上还是零下。

高8位中的低3位D6、D5、D4和低8位中的高4位D3、D2、D1、D0构成温度的整数部分。

低8位中的D-1、D-2、D-3、D-4为温度的小数部分（为0.5+0.25+0.125+0.0625）。

表2-3是几个温度值的格式举例。

表2-3几个温度值的格式举例

温度

二进制表示

十六进制表示

+125

　0000011111010000

　07D0H

+85

　0000010101010000

　0550H

+25.0625

　0000000110010001

　0191H

+10.125

　0000000010100010

　00A2H

+0.5

　0000000000001000

　0008H

　0000000000000000

　0000H

-0.5

　1111111111111000

　FFF8H

-10.125

　1111111101011110

　FF5EH

-25.0625

　1111111001101111

　FE6FH

-55

　1111110010010000

　FC90H

DS18B20上电复位时的温度值固定为0550H（85℃）

2.2.5DS18B20的相关命令

首先要对DS18B20进行初始化，由主机发出的复位脉冲和跟在其后的由DS18B20发出的应答脉冲构成。

当DS18B20发出响应主机的应答脉冲时，即向主机表明DS18B20已处在总线上并且准备工作。

（1）ROM命令

ROM命令通过每个器件64位的ROM码，使主机指定某一特定器件（如果有多个器件挂在总线上）与之进行通信。