数字温度计课程设计报告综述.docx
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数字温度计课程设计报告综述
一．数字温度计的总体方案设计
根据系统设计的功能，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力来测量、显示温度数值。
初步确定设计系统由单片机主控模块、测温模块、显示模块共3个模块组成，电路系统框图如图1.1所示。
图1.1系统基本方框图
对于单片机的选择，如果用8051系列，由于它没有内部RAM，系统又需要一定的内存存储数据。
AT89S52是一个低功耗、高性能CMOS8位的单片机，片内含8kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，功能强大的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
而AT89S52与AT89C51相比，外型管脚完全相同，AT89C51的HEX程序无须任何转换可直接在AT89S52运行，且AT89S52比AT89C51新增了一些功能，相比较后，在本设计中选用AT89S52更能很好的实现温度计控制功能。
测温电路可以使用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数据处理。
但是这种感温电路比较复杂，且采用热敏电阻精度低，重复性、可靠性都比较差。
如果采用温度传感器DS18B20可以减少外部硬件电路，而且可以很容易直接读取被测温度值，进而转换，且成本低、易使用，可以很好的满足设计要求。
所以本文采用传感器DS18B20代替传统的测温电路。
温度的显示可以采用LED数码管来显示，LED亮度高、醒目，但是电路复杂，占用资源多且信息量小。
而采用液晶显示器有明显的优点：
工作电流比LED小几个数量级，功耗低；尺寸小，厚度约为LED的1/3；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长，使用方便，可得性强。
故本设计采用LCD来显示温度。
二、系统器件的具体选择
2.1单片机的选择
本次设计采用的是单片机AT89C52。
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
图2.1PDIP封装的AT89C52引脚图
AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
2.2温度传感器的选择
2.2.1DS18B20的简单介绍
DS18B20温度传感器是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9~12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3.0~5.5Ｖ；
⑤零待机功耗；
⑥温度以９或１２位数字；
⑦负电压特性，电极接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作。
2.2.2DS18B20的外形和内部结构
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2.3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2.2外部封装形式图2.3DS18B20的电路
DS18B20采用3脚PR－35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2-4所示。
图2-4DS18B20内部结构
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。
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9字节的存储器。
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，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。
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。
2.2.3DS18B20的测温原理
DS18B20的温度值的位数因分辨率不同而不同，温度转换时的最大延时为750ms。
DS18B20测温原理如图2.5所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
图2.5DS18B20测温原理
2.2.4DS18B2的外部电路图
根据设计要求，传感器的硬件电路图如图2.6所示。
图2.6DS18B20外部电路图
三．程序流程
图3.1DS18B20温度计主程序流程图图3.2读出温度子程序流程图
图3.3计算温度子程序图3.4显示数据刷新子程序流程图
4．Proteus仿真调试结果及分析
温度计电路设计原理图如图4.1所示,控制器使用单片机AT89C2052,温度计传感器使用DS18B20,用液晶实现温度显示。
本温度计大体分三个工作过程。
首先，由DS18820温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。
然后，通过89C2052单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，井将此结果送入液晶显示模块。
最后，SMC1602A芯片将送来的值显示于显示屏上。
由图4.1可看到，本电路主要由DSl8820温度传感器芯片、SMCl602A液晶显示模块芯片和89C2052单片机芯片组成。
其中，DSI8B20温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连，它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。
图3.1温度计电路设计仿真图
5．硬件调试结果及分析
5.1软件调试
根据流程图编写程序软件。
本次设计系统的调试以程序的调试为主。
程序的调试我们采用ＫeilC51．KeilC51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。
5.2系统调试
软硬件分别调试完成以后，将程序下载入单片机中，电路板接上电源，按刷新按钮LCD显示当前温度。
用手去碰触温度传感器，按刷新按钮，温度显示值出现变化，显示当前手的温度值。
完成了我们预期的要求。
6．设计感受与见解
本次综合实训是针对MCS-51系列的单片机芯片STC89C52来设计一个数字温度计，该设计充分利用了温度传感器DS18B20功能强大的优点，如DS18B20可以直接读出被测温度值，进行转换；而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，大大简化了硬件电路，也使得该数字温度计不仅具有结构简单、成本低廉、精确度较高、反应速度较快、数字化显示和不易损坏等特点，而且性能稳定，适用范围广，因此特别适用于对测温要求比较准确的场所。
在这次设计中，熟悉了制作一个产品的总体流程，能熟练使用一些必要的设计工具和仿真工具等。
通过选认元件，连线，调试检测等过程，锻炼自己的理论联系实际的能力和实际操作能力，从而综合性地巩固所学的知识，为将来的工作做一次实战演习。
经过将近2周的综合实训，终于完成了我的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次实训中的最大收获。
七．附件一：
元器件清单
STC89C511个
温度传感器DS18B201个
插针1排
LCD16021个
40脚插座1个
12MHZ晶振1个
电容30PF2个
22UF1个
电阻10K2个
4.7K1个
附件二：
源程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P3^7;//ds18b20与单片机连接口
sbitRS=P3^0;
sbitRW=P3^1;
sbitEN=P3^2;
unsignedcharcodestr1[]={"temperature:
"};
unsignedcharcodestr2[]={""};
uchardatadisdata[5];
uinttvalue;//温度值
uchartflag;//温度正负标志
/*************************lcd1602程序**************************/
voiddelay1ms（unsignedintms）//延时1毫秒（不够精确的）
{unsignedinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<100;j++）;
}
voidwr_com（unsignedcharcom）//写指令//
{delay1ms
（1）;
RS=0;
RW=0;
EN=0;
P2=com;
delay1ms
（1）;
EN=1;
delay1ms
（1）;
EN=0;
}
voidwr_dat（unsignedchardat）//写数据//
{delay1ms
（1）;;
RS=1;
RW=0;
EN=0;
P2=dat;
delay1ms
（1）;
EN=1;
delay1ms
（1）;
EN=0;
}
voidlcd_init（）//初始化设置//
{delay1ms（15）;
wr_com（0x38）;delay1ms（5）;
wr_com（0x08）;delay1ms（5）;
wr_com（0x01）;delay1ms（5）;
wr_com（0x06）;delay1ms（5）;
wr_com（0x0c）;delay1ms（5）;
}
voiddisplay（unsignedchar*p）//显示//
{
while（*p!
='\0'）
{
wr_dat（*p）;
p++;
delay1ms
（1）;
}
}
init_play（）//初始化显示
{lcd_init（）;
wr_com（0x80）;
display（str1）;
wr_com（0xc0）;
display（str2）;
}
/*****************ds1820程序*********************************/
voiddelay_18B20（unsignedinti）//延时1微秒
{
while（i--）;
}
voidds1820rst（）/*ds1820复位*/
{unsignedcharx=0;
DQ=1;//DQ复位
delay_18B20（4）;//延时
DQ=0;//DQ拉低
delay_18B20（100）;//精确延时大于480us
DQ=1;//拉高
delay_18B20（40）;
}
uchards1820rd（）/*读数据*/
{unsignedchari=0;
unsignedchardat=0;
for（i=8;i>0;i--）
{DQ=0;//给脉冲信号
dat>>=1;
DQ=1;//给脉冲信号
if（DQ）
dat|=0x80;
delay_18B20（10）;
}
return（dat）;
}
voidds1820wr（ucharwdata）/*写数据*/
{unsignedchari=0;
for（i=8;i>0;i--）
{DQ=0;
DQ=wdata&0x01;
delay_18B20（10）;
DQ=1;
wdata>>=1;
}
}
read_temp（）/*读取温度值并转换*/
{uchara,b;
ds1820rst（）;
ds1820wr（0xcc）;//*跳过读序列号*/
ds1820wr（0x44）;//*启动温度转换*/
ds1820rst（）;
ds1820wr（0xcc）;//*跳过读序列号*/
ds1820wr（0xbe）;//*读取温度*/
a=ds1820rd（）;
b=ds1820rd（）;
tvalue=b;
tvalue<<=8;
tvalue=tvalue|a;
if（tvalue<0x0fff）
tflag=0;
else
{tvalue=~tvalue+1;
tflag=1;
}
tvalue=tvalue*（0.625）;//温度值扩大10倍，精确到1位小数
return（tvalue）;
}
/*******************************************************************/
voidds1820disp（）//温度值显示
{ucharflagdat;
disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//百位数
disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位数
disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//个位数
disdata[3]=tvalue%10+0x30;//小数位
if（tflag==0）
flagdat=0x20;//正温度不显示符号
else
flagdat=0x2d;//负温度显示负号:
-
if（disdata[0]==0x30）
{disdata[0]=0x20;//如果百位为0，不显示
if（disdata[1]==0x30）
{disdata[1]=0x20;//如果百位为0，十位为0也不显示
}
}
wr_com（0xc0）;
wr_dat（flagdat）;//显示符号位
wr_com（0xc1）;
wr_dat（disdata[0]）;//显示百位
wr_com（0xc2）;
wr_dat（disdata[1]）;//显示十位
wr_com（0xc3）;
wr_dat（disdata[2]）;//显示个位
wr_com（0xc4）;
wr_dat（0x2e）;//显示小数点
wr_com（0xc5）;
wr_dat（disdata[3]）;//显示小数位
}
/********************主程序***********************************/
voidmain（）
{init_play（）;//初始化显示
while
（1）
{read_temp（）;//读取温度
ds1820disp（）;//显示
}
}
9．附录三：
实物图及使用说明
说明：
按键刷新温度
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