基于51单片机数字温度计设计报告本科论文.docx

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基于51单片机数字温度计设计报告本科论文

常州大学电子设计大赛

产品名称

数字温度计设计

专业组

自动化

参赛队员信息

自动化141

自动化141

作

品

简

介

数字温度计基本功能：

1、能数字显示被测温度，测量温度范围0℃~100℃；

2、分辨率不低于0.5℃

3、带有计时和时间显示功能；

4、至少有高、低两路限温控制输出接口控制外部电路，实际制作时可以发光二极管模拟显示其控制状态输出；

5、高、低两路限温控制点可在0℃~100℃范围内任意独立设置；

6、当温度达到高、低限温控制点发出声光报警。

扩展部分

1、提高温度测量精度，使分辨率不低于0.1℃；

2、自动顺时测量（测量间隔时间可调）并保存温度值和测量时间；

3、可以查询、回显存储器中自动测量的温度值和测量时刻；

4、多路温度巡检（至少两路）和多路温度、时间保存。

设

计

方

案

数字温度计框图

系统方案

一单片机的选择：

方案1：

采用传统的STC89C52RC作为电机的控制核心。

单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。

方案2：

采用STM32F103ZET6微控制器（ARMcortexM3内核），还带有非易失性512kFlash程序存储器。

它是一种高性能、低功耗的32位CMOS微处理芯片，市场应用最多。

其主要特点如下：

512KBFlashROM，72M的主频，片内集成AD、DA，以及具有DMA、SPI总线。

方案3：

采用MSP430单片机，MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。

这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

由于本系统对CPU运算速度要求不高，不需要执行很复杂的运算，加上成本上和队员各自的技术特点考虑，综合起来选STC89C52RC较适合本系统的要求。

二温度时间显示模块：

方案1：

使用液晶显示屏显示时间温度数字。

液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，但是液晶显示屏使用的温度范围很窄，正常工作温度范围为0℃~+55℃，存储温度范围-20℃~60℃。

方案2：

使用传统的LED数码管显示。

数码管具有：

低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。

但显示效果很差。

方案3：

使用彩屏（TFT）显示时间温度数字，彩屏显示屏幕较大，所需代码冗长，处理不方便。

根据以上论述，系统只需要显示时间和温度值，故采用传统的LED数码管显示。

三键盘模块：

方案1：

使用独立式键盘。

独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。

独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。

方案2：

使用矩阵式键盘。

矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。

其特点是简单且不增加成本，这种键盘适合按键数量较多的场合。

由于考虑到本系统所需的按键的不多，并且为了简化程序，选择独立式按键。

硬件原理

主控制器STC89C52RC

STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟、机器周期和6时钟、机器周期可以任意选择。

主要特性如下：

●增强型8051单片机，6时钟、机器周期和12时钟、机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051单片机。

●工作电压：

5.5V~3.3V

●工作频率范围：

0~44MHz。

●用户应用程序空间为8K字节

●片上集成512字节RAM

●通用I/O口32个，复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上位，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

●ISP（在系统可编程）/IAP（再应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。

●具有EEPROM功能

●具有看门狗功能

●共3个16位定时器/计数器。

及定时器T0、T1、T2

●外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

●通用异步串行口（UART）,还可用定时器实现多个UART

●工作温度范围:

-40℃~+85℃（工业级）/0℃~75℃（商业级）

●PDIP封装

主控制器STC89C52RC电路图

温度探测单元：

系统采用DALLAS公司的DS18B20，DS18B20适应电压范围广，温度范围-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃时精度为±0.5℃，测量精度高。

DS18B20温度传感器接线图

外部时钟电路：

系统采用DS1302时钟芯片，DS1302是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电功能的低功耗实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小；数字显示是采用的液晶显示屏来显示，可以同时显示年、月、日、星期、时、分、秒和温度等信息。

此外，该电子时钟还具有时间校准等功能。

DS1302的性能特性:

●实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行比较；

●用于高速数据暂存的31*8位RAM；

●最少引脚的串行I/O；

●2.5～5.5V电压工作范围；

●2.5V时耗小于300nA；

●用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；

●简单的三线接口。

外部DS1302时钟电路接线图

外部存储电路：

系统兼有时间温度显示功能，对工作数据要进行掉电保护，并需要再硬件上增加掉电检测电路，但存在电池不可靠及拓展存储芯片占用单片机过多口线的缺点。

采用具有I2C总线接口的串行EEPROM器件可很好的解决掉电数据保护问题。

系统采用AT24C01数据存储芯片。

AT24C01性能特征：

1、与400KHzI2C总线兼容；　　

2、1.8到6.0伏工作电压范围；　　

3、低功耗CMOS技术；　　

4、写保护功能当WP为高电平时进入写保护状态；　　

5、页写缓冲器；　　

6、自定时擦写周期；　　

7、1,000,000编程/擦除周期；　　

8、可保存数据100年；　

9、8脚DIPSOIC或TSSOP封装；　　

外部AT24C01存储电路接线图

显示电路

设计主要使用数码管功能实现，显示部分硬件用8只数码管为显示管。

前四个显示温度，后四个显示温度。

这些数码管的共阴相连在一起通过在数码管的阳极加+5V电压或0V电压数码管形成不同的数字。

数码管性能特征：

1、低功耗CMOS技术；

2、a~p数码管段选；

3、A~D数码管位选；

4、低功耗CMOS技术；

数码管接线图

声光报警电路接线图：

按键功能：

A：

温度，高温报警，低温报警切换。

B：

报警值加一；

C：

报警值减一；

D：

返回到当前温度；

E：

时分之间切换；

F：

时分加一；

G：

时分减一；

系统软件设计

数字温度计的测量温度程序主要包括5个方面的内容：

一是单片机从DS1302中读取数据进行计数，二是利用按键进行时间温度上下限的调整，三是单片机中读取DS1302，EEPROM中的和DS18B20采集的数据在数码管上显示时间温度。

时间调整程序流程图

温度超出报警程序流图

开始

报警

温度上限设置

温度超出

温度正常

温度下限设置

温度正常

温度超出

报警

作

品

完

成

情

况

数字温度温度计整个系统已全部完成，具有LCD时间显示，高精度温度测量，超出温度警戒线声光报警，数据掉电保护等功能。

在整个系统的设计中，肖磊同学负责系统总体设计和程序编写，蒋金林同学负责焊接，报告编写。

参

赛

感

想

1.团队合作精神。

队员们对各自任务的分配以及对时间的总体把握时很重要的。

因为，在比赛过程中，任何一点时间都是十分宝贵的。

但切记，不可完全将某一项任务都交给队友。

比如，要设计电路图，引脚的应用及分配应该与程序编写者细细商量。

以免发生冲突，徒费时间。

2.对仪器仪表的熟练操作能力。

在比赛过程中去熟悉某一件仪器实在是很浪费时间，很可耻的事情。

3.对发给的项目，不要急于动手，要先和队友仔细研究一个小时，切记，磨刀不误砍柴工！

4.对时间要有整体把握，一个小部分至多要多少时间要有明确指定，能舍弃的功能部分则舍弃。

5.最后测试时要小心，不可粗心大意。