毕业论文温度计的设计软件设计文档格式.docx
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2、测温范围为-55
至+125
，精度为±
0.01
。
3、系统具有数码显示功能，能实时显示测得的温度值。
4、温度超过一定的范围时系统具有报警功能。
五、设计成果要求
1、掌握温度计设计原理和设计方法；
2、掌握Proteus仿真软件的使用；
3、掌握Keil软件对程序进行编译；
毕业设计（论文）开题报告
2011年3月18日
学生姓名
学号
专业
题目名称
课题来源
自选
主
要
内
容
（一）毕业设计的背景介绍
随着现代工业的发展，人们的生活水平得到了前所未有的提高。
而现代的工业的发展水平的关键就是人类对工业控制当中的各种参数的准确的测量和控制，也就要依靠各种各样的传感器的发展水平。
传感器是信息采集的重要工具。
传感器技术与通信技术（信息传输）和计算机技术（信息处理），构成了现代信息技术的三大支柱。
它们分别在信息系统中起着感官神经和大脑的作用。
传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。
日常生活中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。
热电偶和热电阻测出的一般都是电压，然后转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂。
美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55
～125
，最大分辨率可达0.0625
DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，DS18B20具有独特的单线总线接口方式，使用起来更为的方便，其精度也是相当的高。
具有低成本和易使用的特点。
由于其以上的特点，因此其应用于多路温度监控与检测中能够使系统更加的简单，测量精度也更高，系统也就更可靠。
本文介绍了一种基于DS18B20的高精度的温度测量。
设计选用AT89C52型单片机作为主控制器件，DSl8B20作为测温传感器，通过DSl8B20直接读取被测温度值，进行数据转换，通过共阴极LED数码管串口传送数据，实现温度显示。
这个基于单片机的高精度温度系统有着反应迅速灵活，测温准确，越线报警，其最大特点，就是精度很高，误差低至±
，如此高精度的温度检测在现代化的生产和生活中应该会有很广阔的发挥空间
（二）整体设计思路
单片机的接口信号是数字信号。
要想用单片机获取温度这类非电信号的信息，必须使用温度传感器，将温度信息转换为电流或电压输出。
如果转换后的电流或电压输出是模拟信号，还必须进行A／D转换，以满足单片机接口的需要。
传统的温度检测大多以热敏电阻作为温度传感器。
但是，热敏电阻的可靠性较差、测量温度准确率低，而且还必须经专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理。
温度计由传感器输出与温度值相对应的电流值。
该电流值经过I／V转换电路得到电压值，最后经过A／D转换电路将模拟信号转换为数字信号送入单片机。
单片机对采样值进行数字处理后驱动显示电路显示出采集到的温度值。
对于传感器、I／V转换电路、A／D转换电路这三部分的功能可以用美国达拉斯（DALLAS）公司的单线数字温度传感器芯片DS18B20来实现。
本设计主要介绍了单片机控制下的温度检测系统，详细介绍了其硬件和软件设计，并对其各功能模块做了详细介绍，其主要功能和指标如下：
（1）利用温度传感器（DS18B20）测量某一点环境温度
（2）测量范围为-55
～＋125
（3）用LED数码管进行实际温度值显示
（4）超过报警温度范围报警
该系统利用AT89C52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。
（三）设计所用主要器件及相应电路
（1）单片机AT89C52（40引脚PDIP封装）
（2）显示电路
显示电路采用三个2位一体共阴LED数码管，从P0口串口输出段码，P2端口进行位选控制。
（3）温度检测电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用外部电源供电方式，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，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电源，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路简单，因此本文采用外部电源供电方式。
（四）硬件设计所需软件工具
本部分先介绍了硬件仿真所用的Proteus仿真软件的特点及仿真界面。
接着介绍了软件设计部分所用的C语言设计以及利用Keil软件生成可执行文件-----hex文件的过程。
接着是介绍设计过程中所遇问题及解决。
这部分中首先介绍了DS18B20的问题及解决。
（1）DS18B20从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的。
（2）在实际使用中发现，应使电源电压保持在5v左右。
（3）在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证读写时序，否
则将无法读取测温结果。
（4）在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。
采取的主要技术路线或方法
查阅相关的文献，确定主要设计思路，用C语言编程，Proteus完成软件仿真，采用该方法设计的高精度温度计具有高性能、高性价比，电路结构简单等特点。
预期的成果及形式
1.翻译不少于3000汉字的外文资料；
2.用充分的理论证据和分析向导师提交最优的设计方法。
3.提交正文在10000字以上毕业设计说明书，要求格式规范，文字叙述严谨流畅，图形图表清晰美观，正文中应包括目录、中英文摘要、序言、研究内容、存在问题、进一步改进的工作、参考文献等。
时间安排
第3~5周搜集资料，完成开题
第6~7周确定方案，展开编程
第8~9周阶段总结，调试编译
第10~11周后期仿真，得出结论
第12~14周撰写论文，完成答辩
指导教师意见
签名：
年月日
备注
摘要
近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测不断更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，不过仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
本设计主要是研究基于DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过三个二位一体数码管来显示实时温度的一种数字温度计。
该高精度温度系统与传统温度计相比有着反应迅速灵活，测温准确，越线报警等优点，其最大特点，就是精度很高，误差低至±
，如此高精度的温度检测在现代化的生产和生活中应该会有很广阔的发挥空间。
关键词：
高精度温度计；
温度控制；
DS18B20；
AT89C52
Abstract
Inrecentyears,withthecomputerpenetrationinthesocialfield,theapplicationofSCMistokeepatthesametime,traditionalcontroltestingupdateonCrescentbenefits.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolsystemofsingle-chipapplications,oftenasasingle-chipcorecomponenttouseonlysingle-chipisnotenoughknowledge,butalsothespecifichardwarestructureandthespecificfeaturesofapplicationsoftwareobjectscombinetomakeperfect.
ThedesignstudyonedigitaltemperaturewhatmainlythroughthedigitaltemperaturesensorDS18B20collectingambienttemperaturetosingle-chipmicrocomputerasthecorecontrolcomponents,andthroughthreeoftworeal-timedigitaldisplay.
Themonolithicmachine-basedhigh-accuracytemperaturesystemishadhavingaswiftresponsenimbly,ismeasurethetemperatureaccurate,whosemaximalcharacteristic,beaccuracyisveryhigh,so-calledhigh-accuracytemperaturecheckserrorlowtill±
oughttobeabletohaveveryvastlybringingspaceintoplayinchildbirthandlifebeingmodernized.
Keywords:
Highprecisionthermometer;
Thefeelingtemperatureismeasured;
DS18B20;
AT89C52
第一章概述
1.1课题开发背景
而现代工业的发展水平的关键就是人类对工业控制当中的各种参数的准确的测量和控制，也就要依靠各种各样的传感器的发展水平。
美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55～125
DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，DS18B20具有独特的单线总线接口方式，使用起来更为方便，其精度也相当高，具有低成本和易使用的特点。
1.2设计任务与要求
本设计主要研究由单片机作为主控制器的DS18B20数字温度计的设计制作。
系统主要由主控制器、测温电路和显示电路组成。
控制器使用单片机AT89C52，温度传感器使用DS18B20，用三个二位一体共阴极LED数码管实现温度显示。
主要任务：
（1）掌握单片机AT89C52的基本结构及工作原理
（2）了解温度传感器DS18B20的工作原理
（3）实现温度的测量，设置温度的上下限和报警功能
（4）掌握单片机系统的分析和设计方法
（5）掌握仿真软件与编译软件的使用方法
1.3设计的目的和意义
单片机应用系统具有体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高，结构灵活，易于开发和推广等优点，在自动化控制、仪器仪表和家用电器等领域中得到了广泛的应用。
因此，掌握单片机技术是通信工程专业学生必备的技能。
通过毕业设计，加深掌握理解单片机技术、熟练掌握硬件电路设计、软件编程，是一个自我提高，自我学习，提高专业素质，提高动手能力的过程；
同时运用单片机的基本原理和方法解决实际问题，掌握系统分析和设计也能为今后的工作打下基础。
第二章系统总体方案
2.1总体方案说明
该温度计由电源电路、晶振电路、复位电路、单片机、数字显示电路、温度测量电路、报警电路和控制电路组成。
可以实现基本范围-50
的测量和任意设置温度的上下限功能，当所设置的温度高于所设置的上限或低于所设置的下限时可通过蜂鸣器报警。
2.2器件选择
2.2.1单片机的选择
（1）方案一
采用凌阳单片机，凌阳单片机的优势是硬件性能、抗干扰能力强，但是凌阳单片机我们没有系统的学习，且其价格昂贵
（2）方案二
采用AT89C52单片机，其I/O口多，程序空间大，开发环境要求较低，软件
资源十分丰富，且价钱便宜。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，软件设计比较简单。
2.2.2温度传感器的选择
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。
（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。
2.2.3显示器的选择
采用液晶显示模块，本方案的优点是电路相对简单，显示字符内容较为丰富，考虑到本报警系统只需要显示测量的温度，不需要过多的复杂功能，实用液晶显示会增加系统的成本，此方案的缺点也在于此。
采用数码管显示，此方案的最大优点就是成本较低，缺点是电路相对复杂，需要驱动电路，在软件上也需要作出处理。
但是此方案完全可以满足本报警系统的功能和要求，软件处理上也不是特别的复杂，驱动电路也相对简单。
从以上两种方案，综合考虑，采用方案二，虽然电路相对复杂一点，但在成本上却占了很大的优势，并可以完全实现本系统的要求，选择方案二。
综上，本设计系统器件主要包括:
单片机AT89C52，传感器DS18B20、显示器LED数码管等。
其中单片机主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能,传感器完成信号的采样功能,LED完成字符、数字的显示功能。
2.3总体方框图
图2.1总体方框图
第三章硬件电路设计
3.1器件介绍
本设计所用到的硬件有单片机AT89C52，温度传感器DS18B20，共阴极数码管等。
下面分别对它们进行介绍。
3.1.1AT89C52芯片简介
AT89C52（图3.1）是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机．片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）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，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH由存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合[1]。
图3.1AT89C52芯片
AT89C52具有以下标准功能：
4k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
AT89C52各个管脚简介如下：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；
在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。
表3-1P1口的第二功能
引脚号
第二功能
P1.0
T2（定时器/计数器T2的外部计数输入，时钟输出）
P1.1
T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）
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。
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，此间为内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）[2]。
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。
3.1.2DS18B20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[3]。
DS18B20的性能特点如下：
1）采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（12位二进制数，含符号位）
2）测温范围为-55
-+125
，测量分辨率最小为0.0625
3）内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号；
4）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
5）适配各种单片机或系统机
6）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
7）用户可分别设定各路温度的上、下限
8）适应电压范围宽，3.0～5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电
9）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温度分辨力可编程。
DS18B20的数字温度输出只用9位二进制表示，分辨力固定为0.5摄氏度。
欲提高分辨力，只能依靠软件计算来实现。
而DS18B20的数字温度输出可进行9位～12位的编程。
通过便签式RAM中CONFIG寄存器的可编程温度分辨力为R0，R1进行编程，可设定不同的温度分辨力及最大转换时间，详见表3-2
表3-2利用R0，R1位来设定分辨力和最大转换时间
R0
R1
DS18B20的工作模式/位
温度分辨力
最大转换时间
9
0.5
93.75ms
1
10
0.25
187.5ms
11
0.125
375ms
12
0.0625
750ms
由表可见
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