显示数字体温计.docx
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显示数字体温计
1.课程设计目的……………...................1
2.课程设计内容和要求……...................1
2.1.设计内容…………….....................1
2.2.设计要求…………….....................1
3.设计方案……….…......................1
3.1.设计思路…………......................1
3.2.总体设计框图………......................1
3.3.工作原理及程序流程图………...............8
3.4.硬件电路原理图………....................9
4.课程设计总结……………...................10
5.参考文献……………….....................11
附录（运行程序）………………………………………………12
1.课程设计目的
（1）掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；
（2）学习简单电路系统设计，掌握Protel99的使用方法；
（3）了解数字体温计电路的基本实现原理；
（4）掌握计数器、显示等中规模数字集成器件的逻辑功能和使用方法；
（5）学习掌握硬件电路设计的全过程。
2．设计内容和要求
数字体温计电路具体设计要求如下：
（1）查阅所用器件技术资料，详细说明设计的数显温度测量仪电路工作流程；
（2）温度测量范围：
28℃～45℃，测量精度为0.1℃，数字显示为数三位。
（3）响应时间小于5s;
（4）测量完成后，自动发出短促的鸣叫声，进行提示。
3.设计方案
3.1设计思路及方案比较
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，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
3.1.2方案二
进而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，此传感器，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。
3.2总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用LM016L液晶显示屏以P0口直接传送数据实现温度显示。
图1 总体设计方框图
3.2.1主控制器
单片机AT89S51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。
3.2.2显示电路
显示电路采用LM016L液晶显示屏，接受从P03口输出段码。
并采用译码器控制数码管的扫描和显示。
3.2.3温度传感器
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９～１２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；
●无须外部器件；
●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V；
●零待机功耗；
●温度以9或12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；
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所示。
图2DS18B20内部结
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。
3.3工作原理及程序流程图
3.3.1DS18B20的测温原理和温度转换
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器１；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器１、温度寄存器中，计数器１和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
减法计数器１对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器１的预置值减到０时，温度寄存器的值将加１，减法计数器１的预置将重新被装入，减法计数器１重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到０时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。
表1 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为：
初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
3.3.2系统软件算法分析
系统程序主要包括主程序，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等。
主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理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所示。
图４主程序流程图
读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出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5示。
图５读温度流程图
温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，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成。
温度转换命令子程序流程图如上图，图6所示。
图６温度转换流程图
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判定，其程序流程图如图7所示。
图７ 计算温度流程图
显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图8。
图８ 显示数据刷新流程图
3.4、硬件电路原理图
3.4.1DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
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。
另一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线。
当DS18B20处于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，上拉开启时间最大为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。
3.4.2系统整体硬件电路
系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，单片机主板电路等。
显示电路是使用的直接驱动显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，电路简单，只用P0口的发送和接收，显示比较清晰。
图9硬件电路仿真
3.4.3 PCB版图设计
图10 系统版图
4.课程设计总结
第一，查资料是做设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，在课程设计的过程中，较多的时间是用来查阅资料，因为还是第一次做电子课程设计，所以一般通过网上查阅和图书馆资料查阅，在此查阅期间，我学会了怎样使用超星阅读器和PDF阅读器。
第二，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。
第三，有了方向，就应该动手实现了。
其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。
本次课程设计，让我学到了很多东西。
从对protel运用的不熟到熟练掌握，从对数电的理论知识运用到实际当中，这一切都离不开我的不断努力，更加对硬件电路的设计、调试和分析有了一定的了解。
同时也认识到设计者必须有广泛的知识基础、缜密的思路以及认真地工作态度，这对我今后的学习和工作都将起到不可忽视的作用。
在实际操作中，我碰到很多困难，但在同学和老师的帮助下，实验得以顺利进行，非常感谢帮助我的老师、学长和同学们！
5.参考文献
（1）童诗白．模拟电子技术基础．北京：
高等教育出版社，2002
（2）张建华．数字电子技术．北京：
机械工业出版社，2004
（3）陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：
机械工业出版社，2005
（4）毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：
机械工业出版社，2005
（5）潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：
西安电子科技大学出版社，2002
（6）张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：
航空工业出版社，2004
附录.运行程序
#include//用AT89C51时就用这个头文件
//#include//用华邦W78E58B时必须用这个头文件
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"LCD1602.h"////液晶显示头文件
//sbitDQ=P3^4;//定义DQ引脚为P3.4
unsignedchart[2],*pt;//用来存放温度值,测温程序就是通过这个数组与
主函数通信的
unsignedcharTempBuffer1[9]={0x2b,0x31,0x32,0x32,0x2e,0x30,0x30,0x43,'\0'};
//显示实时温度,上电时显示
+125.00C
unsignedcharTempBuffer0[17]={0x54,0x48,0x3a,0x2b,0x31,0x32,0x35,0x20,
0x54,0x4c,0x3a,0x2b,0x31,0x32,0x34,0x43,'\0'};
//显示温度上下限,上电时显示
TH:
+125TL:
+124C
unsignedcharcodedotcode[4]={0,25,50,75};
/***因显示分辨率为0.25,但小数运算比较麻烦,故采用查表的方法*******
再将表值分离出十位和个位后送到十分位和百分位********************/
voidcovert0（unsignedcharTH,unsignedcharTL）//将温度上下限转换为LCD显示的数据
{
if（TH>0x7F）//判断正负,如果为负温,将其转化为其绝对值
{
TempBuffer0[3]=0x2d;//0x2d为"-"的ASCII码
TH=~TH;
TH++;
}
elseTempBuffer0[3]=0x2b;//0x2B为"+"的ASCII码
if（TL>0x7f）
{
TempBuffer0[11]=0x2d;//0x2d为"-"的ASCII码
TL=~TL+1;
}
elseTempBuffer0[11]=0x2b;//0x2B为"+"的ASCII码
TempBuffer0[4]=TH/100+0x30;//分离出TH的百十个位
if（TempBuffer0[4]==0x30）TempBuffer0[4]=0xfe;//百位数消隐
TempBuffer0[5]=（TH%100）/10+0x30;//分离出十位
TempBuffer0[6]=（TH%100）%10+0x30;//分离出个位
TempBuffer0[12]=TL/100+0x30;//分离出TL的百十个位
if（TempBuffer0[12]==0x30）TempBuffer0[12]=0xfe;//百位数消隐
TempBuffer0[13]=（TL%100）/10+0x30;//分离出十位
TempBuffer0[14]=（TL%100）%10+0x30;//分离出个位
}
voidcovert1（void）//将温度转换为LCD显示的数据
{
unsignedcharx=0x00,y=0x00;
t[0]=*pt;
pt++;
t[1]=*pt;
if（t[1]>0x07）//判断正负温度
{
TempBuffer1[0]=0x2d;//0x2d为"-"的ASCII码
t[1]=~t[1];/*下面几句把负数的补码*/
t[0]=~t[0];/*换算成绝对值*********/
x=t[0]+1;/***********************/
t[0]=x;/***********************/
if（x>255）/**********************/
t[1]++;/*********************/
}
elseTempBuffer1[0]=0x2b;//0xfe为变"+"的ASCII码
t[1]<<=4;//将高字节左移4位
t[1]=t[1]&0x70;//取出高字节的3个有效数字位
x=t[0];//将t[0]暂存到X,因为取小数部分还要用到它
x>>=4;//右移4位
x=x&0x0f;//和前面两句就是取出t[0]的高四位
t[1]=t[1]|x;//将高低字节的有效值的整数部分拼成一个字节
TempBuffer1[1]=t[1]/100+0x30;//+0x30为变0~9ASCII码
if（TempBuffer1[1]==0x30）TempBuffer1[1]=0xfe;//百位数消隐
TempBuffer1[2]=（t[1]%100）/10+0x30;//分离出十位
TempBuffer1[3]=（t[1]%100）%10+0x30;//分离出个位
t[0]=t[0]&0x0c;//取有效的两位小数
t[0]>>=2;//左移两位,
以便查表
x=t[0];
y=dotcode[x];//查表换算
成实际的小数
TempBuffer1[5]=y/10+0x30;//分离出十
分位
TempBuffer1[6]=y%10+0x30;//分离出百
分位
}
voiddelay（unsignedchari）
{
while（i--）;
}
main（）
{
unsignedcharTH=110,TL=-20;//下一步扩展时可能
通过这两个变量,调节上下限
//测温函数返回这个
数组的头地址
while
（1）
{
pt=ReadTemperature（TH,TL,0x3f）;//上限温度-22,下限-24,分辨率10位,也就是
0.25C
//读取温度
温度值存放在一个两个字节的数组中,
delay（100）;
covert1（）;
covert0（TH,TL）;
LCD_Initial（）;//第一个参数列号,第
二个为行号,为0表示第一行
//
为1表示第二行,第三个参数为显示数据的首地址
LCD_Print（0,0,TempBuffer0）;
LCD_Print（0,1,TempBuffer1）;
}
}
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