数字温度计设计.docx
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数字温度计设计
《单片机技术》课程设计说明书
数字温度计
院、部：
学生姓名：
指导教师：
职称
专业：
班级：
完成时间：
《单片机技术》课程设计任务书
一、设计题目：
数字温度计
二、适用班级：
电子1201-1202，通信1201-1202
三、指导教师：
四、设计目的与任务：
学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
五、设计内容与要求
设计内容
1、数字电子钟
设计一个具有特定功能的电子钟。
该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。
2、数字频率计
设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。
该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。
按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。
3、数字电压表
设计一个能够测量直流电压的数字电压表。
测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。
该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。
4、交通灯
设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。
该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。
要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。
有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。
5、抢答器
设计一个具有特定功能的抢答器。
该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30S；10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无效；正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，显示器显示违规台号。
蜂鸣器发出音响；各台数字显示的消除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。
6、密码锁
设计一个具有特定功能的密码锁。
该密码锁上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
该密码锁具有系统原始密码888888，用户可以设定并存储用
户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。
7、波形发生器
设计一个具有特定功能的波形发生器。
该波形发生器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
该波形发生器可以分别产生幅值0～5V、频率100Hz～100KHz范围内的三角波、锯齿波、方波、梯形波和正弦波。
8、数字温度计
设计一个具有特定功能的数字温度计。
该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位，可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。
9、计算器
设计一个具有特定功能的计算器。
该计算器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
能实现
（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；
（2）三角函数运算；（3）十进制、十六进制转换运算；（4）其他功能。
10、数字式秒表
设计一个具有特定功能的数字式秒表。
该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。
设计要求
1、以上课题可以任选其一或多选，学生也可以自拟课题；
2、编程语言：
汇编或C51；
3、计算机打印《单片机技术》课程设计说明书一份；
4、设计时间：
一周；
5、实物制作；
6、人员分组：
一人一组一实物。
六、《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容
参照“《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容”文件。
七、《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式
参照“《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式”文件。
八、参考资料
1、马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典[M],北京：
北京航空航天大学出版社，2003.6；
2、李光飞,单片机C程序设计指导[M],北京:
北京航空航天大学出版社，2003.01；
3、李光飞,单片机课程设计实例指导[M],北京:
北京航空航天大学出版社，2004.9。
电气自动化教研室
2014年9月10日
摘要
随着时代的发展和进步，单片机技术已经普及到我们的生活、工作以及各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，本文主要介绍了一个基于AT89S52单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了分析，对各部分的电路也进行了介绍，该系统可以方便的实现温度采集和显示，它用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工作、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其它主系统的辅助扩展。
DS18B20与AT89S52结合实现最简单温度检测，该系统结构简单，抗干扰能力强，适用于恶劣环境，所以本设计具有一定的作用。
关键词：
单片机;AT89S52;DS18B20
目录
1设计任务、功能要求及总体方案1
1.1设计任务1
1.2功能要求1
1.3总体方案介绍及工作原理说明1
2数字温度计硬件系统设计3
2.1硬件系统各模块功能设计3
2.2电路原理图、PCB图、元件布局图4
2.3元器件清单4
3数字温度计软件系统设计5
3.1单片机资源使用情况5
3.2各模块功能简要介绍5
3.3程序流程图5
3.4程序清单9
4设计结论、实物结果、教学建议10
4.1设计结论及使用说明10
4.2实物结果10
4.3设计体会11
结束语12
致谢13
参考文献14
附录15
附录A15
附录B16
附录C17
附录D18
附录E19
1设计任务、功能要求及总体方案
1.1设计任务
设计一个具有特定功能的数字温度计。
1.2功能要求
1）数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”进入准备工作状态。
2）测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位。
3）可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。
1.3总体方案介绍及工作原理说明
（1）方案介绍
设计中主控芯片采用8位单片机芯片AT89S52，键盘采用独立式键盘，显示器采用四位一体共阳数码管显示，测温模块采用温度传感器DS18B20，其原理框图如图1所示。
图1原理框图
为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：
1）设计采用AT89S52单片机，它片内程序足够大。
2）在挑选芯片时应该首先考虑功能强大的单片机片，电路可以简单很多，因为功能强的芯片可以代替若干普通芯片。
3）在设计中应适当的留下扩展修改的空间，若无法修工，更加的耗时耗工。
4）芯片外扩展，当单片机本身的硬件系统资源不足，不能满足系统的需要，芯片的外扩展就十分重要了。
（2）工作原理说明：
数字温度计原理：
本数字温度计的测温范围为0~99℃的，且测温比较准确。
主要是利用温度传感器DS18B20的操作时序和控制命令字，通过单片机对其操作从单总线上将温度值一位一位的取出来，然后进行处理，将温度数据分为整数位和小数位，然后将相应的温度通过四位一体共阳数码管显示出来，通过独立式键盘S2实现对数字温度计的开启与关闭。
2数字温度计硬件系统设计
2.1硬件系统各模块功能设计
本数字温度计的设计可分为时钟电路的设计、复位电路的设计、键盘电路的设计、显示电路的设计、测温电路的设计、电源电路的设计和下载电路的设计等。
各模块的功能如下：
（1）单片机
单片机采用AT89S52,具有低电压和体积小等特点，其特性为：
指令集合芯片引脚与Intel公司的8052兼容,8KB片内在系统可编程FLASH程序存储器,时钟频率为0~33MHZ,128字节片内随机读写存储器（RAM）,6个中断源，2级优先级,3个16位定时，计数器,全双共串行通信接口。
（2）电源电路
电源是通过电源线外接电路给电路板供电的，此设计简单方便又实用。
（3）下载电路
下载电路是通过下载线实现下载功能的。
（4）时钟电路设计
晶振电路由两个电容与晶振相连，与单片机的18、19脚相连，另一端接地。
电容大小没有固定值，一般5~30pF，晶振是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机的工作速度。
一般用内部振荡方式，这种方式比较稳定，晶振频率12MHz,单片机的工作速度就是没秒12M。
单片机的工作频率是有范围的，不能太大，一般24M就上不去了，不然会不稳定。
（5）复位电路设计
单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。
在这个系统中的复位电路是采用上电加按钮来实现的。
因为MCS-51单片机的复位是靠外部电路实现的，MCS-51单片机工作之后，只要在他的RST引线上加载10ms以上的高点平，单片机就能有效地进行复位。
MCS-51单片机通常采用上电自动复位、按键复位、以及上电加按键复位等，我们采用的是上电加按键复位方式，这样做的优点是上电后可以直接进入复位状态，当程序出现错误时，可以随时使电路复位。
（6）键盘电路设计
在单片机的应用中，键盘的应用最广的主要有两种为独立式键盘和矩阵式键盘，本设计采用独立式键盘，用集成板上的S6，接单片机的P1.4口，并与上拉电阻排相连。
其作用是控制温度计的开启与关闭。
（7）显示电路设计
设计采用集成板上的LED1，是共阳的四位一体数码管。
LED显示多采用动态显示方式，全部数码管公用一套段码驱动电路，各位数码管的同段引脚短接后再接到对应段码的驱动线上。
由于各位数码管的段选线并联，段选码的输出对各位数码管来说都是相同的。
因此，同一时刻，如果各位的位选线都处于选通状态的话，四位LED将显示相同的字符,必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位数码管的位选线处于选通状态，而其它各位数码管的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应的位要显示字符的字型码。
这样，在同一时刻，四位LED中只有选通的那一位数码管显示出字符，而其它各位数码管则是熄灭的，如此循环下去，就可以使各位数码管显示出将要显示的字符。
（8）测温电路设计
本设计用到温度芯片是DS18B20。
DS18B20是DALLAS公司生产的“一线总线”的典型代表的数字温度传感器，DS18B20的温度测量范围为-55~+125℃，在-10~+85℃范围内，精度为±0.5℃。
具有3引脚TO－92小体积封装形式。
其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式。
CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，，可节省大量的引线和逻辑电路。
设计的系统采用一根端口线上挂18B20带上拉电阻接到单片机的P3.7口线上。
DS18B20芯片有以下特点：
1）独特的单口线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
2）多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；
3）无须外部件器；
4）可以通过数据线供电，范围为3.0~5.5℃；
5）零待机功耗；
6）温度一9或12位数字；
7）负压特性，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。
2.2电路原理图、PCB图、元件布局图
Protel原理图、元器件布局图、PCB图分别见附录A、B、C。
2.3元器件清单
元器件清单见附录D。
3数字温度计软件系统设计
3.1单片机资源使用情况
（1）P0.0—P0.7段控线,接数码管LED的显示段a，b，c，d，e，f，g，dp。
（2）P2.0—P2.3位控线,分别接数码管LED0—LED3。
（3P1.4接一个独立键盘S6，按键的结果存贮在单片机的内部数据存储器里面。
（4）P1.2接温度传感器DS18B20。
3.2各模块功能简要介绍
软件系统结构由系统初始化模块、按键模块、测温模块以及数码管显示模块四部分组成。
（1）按键模块
其中用到了key_data（取键值函数）、display（显示函数延时进行按键消抖）和key（判键函数）。
按键S1对电路进行操作，控制温度计的开启与关闭。
（2）测温模块
其中用到了delay（延时函数）、init_ds18b20（DS18B20初始化函数）、write-byte（写一字节函数）、read_byte（读一字节函数）和read_wendu（读温度函数），将温度数据取出来，经处理后温度分为整数部分和小数部分以便显示。
（3）数码显示模块
其中用到了display（数码管显示函数）、delay_1ms（延时1ms函数）和uint8codetable[]（共阳数码管0~9代码）。
温度计上电数码管显示“P.”，按S2键启动温度计，数码管显示当前温度，再次按S2键关闭温度计，数码管显示“P.”。
3.3程序流程图
在本设计中包括了：
主函数（main）、DS18B20初始化函数（init_ds18b20）、写一字节函数（write-byte）、读一字节函数（read_byte）读温度函数（read_wendu）和显示函数（display）等函数。
（1）主函数流程图如图2所示。
图2主函数流程图
主函数执行过程为：
1）先延时等待键的情况调键扫函数；
2）调判键函数后，检测是否有键按下，若无键按下，则显示P.；若有键按下，则显示当前温度值，退出判键函数。
（2）读温度函数流程图如图3所示
图3读温度函数流程图
读温度函数执行过程：
1）初始化DS18B20；
2）发送跳过ROM命令，因为总线上只有一个DS18B20；
3）再次初始化DS18B20，跳过ROM，启动温度转换，延时等待温度转换完成；
4）读出温度数据，并存储当前温度数据；
5）处理温度数据，以便单片机将温度数据显示,采完则结束退出函数。
（3）DS18B20初始化函数流程图如图4（a）所示，读一字节如图4（b）所示，写一字节如图4（c）所示。
（a）（b）（c）
图4DS18B20的初始化、读一字节、写一字节函数流程图
（4）取键值函数和判键函数流程图如图5（a）（b）所示
（a）取键值（b）判键值
图5取键值、判键函数流程图
（5）显示函数流程图如图6所示。
图6显示函数流程图
3.4程序清单
程序清单见附录E。
4设计结论、实物结果
4.1设计结论及使用说明
（1）设计结论：
本系统就是充分利用了AT89S52芯片的I/O引脚。
该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测温准备状态。
当按下S0键时，温度计开启，数码管显示当前温度值，并显示小数点后两位，当再次按下S0键时，关闭温度计数码管显示提示符“P.”。
通过测试和修改，该数字温度计完成了设计任务，符合设计要求。
（2）使用说明：
1）该数字温度计测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位，应用于对温度比较准确的场所，工业生产、医疗或科研实验室使用。
2）数字温度计上电或按键复位后自动显示系统提示符“P.”，进入测温准备状态。
当使用者按下S0键时启动温度测量，数码管显示当前温度。
3）使用者再次按下S0键时关闭温度测量，系统进入测温准备状态，数码管显示系统提示符“P.”。
4.2实物结果
将程序输入Keil中，在proteus软件中将电路原理图连好，在Keil中编译没有错误与警告后，生产hexs文件，然后导入proteus中。
（1）当温度计上电后，数字温度计进入准备状态，数码管显示系统提示符“P.”,如图5所示：
图5数字温度计进入准备状态
（2）当按下S6后，数字温度计进入测温状态，数码管显示当前温度值，如图6示：
图6数字温度计进入测温状态
（3）当再次按下S6是，数码管回复成图6所示。
4.3设计体会
通过本次课程设计，我体会到了想要真正的掌握书本上的知识并不是这么简单，想要举一反三更加的困难，在设计中遇到了许多的困难，有容易找出了的也有难找的，真正的自己动手才发现比想象的要困难的多，像封装看似很简单却也很容易出错，很容易把元器件的实际距离画小或画大，这对电路板的外观有很大的影响，也很容易造成电路短路。
结束语
本次课程设计的数字温度计与一般的数字温度计相比，测温后采用数字输出显示，这样使得读数更直观、方便，而且测温范围也相对较广等优点。
系统上电或按键复位后自动显示系统设置的提示符“P.”，进行测温准备。
当按下S2时，温度计开启，数码管显示当前温度值，当再次按下S2时，温度计关闭，数码管显示系统提示符“P.”。
虽然本课程设计达到了任务书的要求，但还是有不足之处。
如当温度超过温度计的测量范围，数字温度计无法提示警告，这会导致温度计的损坏，可以加蜂鸣电路来保护电路等。
致谢
在本次课程设计中首先要感谢凌云老师的指导与教诲，她丰富的教学经验和知识积累，让我们在课程设计中少走了许多弯路，她教的单片机生动而有趣，使我们对专业更加的感兴趣。
小凌老师的教学特点是不拘泥于课堂，把课堂内容带到实践中，更好的锻炼了我们的动手能力及兴趣爱好。
通过一学期对单片机基础的学习及本次的课程设计，让我对单片机世界有了更深的了解，这次的课程设计虽然时间很紧，许多的知识理解不够透彻，但是苦中有乐，在设计完成的时候心情非常的激动，让我感受到动手的乐趣。
在此，非常感谢同学的热心指点及帮助，以及老师的谆谆教诲。
参考文献
[1]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：
北京航天大学出版社,1998
LiChaoqing.Singlechipmicrocomputerprincipleandinterfacetechnology[M].Beijing:
Beijingaerospaceuniversitypress,1998
[2]倪继烈.单片机原理及应用教程[M].成都：
电子科技大学出版社，2004
NiJiLie.Singlechipmicrocomputerprincipleandapplicationtutorial[M].Chengdu:
universityofelectronicscienceandtechnologypress,2004
[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：
北京航天大学出版社,1993
Lihua.MCS-51seriesmicrocomputerpracticalinterfacetechnology[M].Beijingaerospaceuniversitypress,1993
[4]马忠梅.张凯，马岩等.单片机的C语言应用程序设计（第四版）.北京：
北京航天大学出版社,2007
MaZhongmei.Zhangkai,MaYanetc.MCUClanguageapplicationdesign（fourthedition）.Beijing:
Beijingaerospaceuniversitypress,2007
[5]李全力.单片机原理及应用（C51编程）.北京：
高等教育出版社，2012.
LiQuanli.Singlechipmicrocomputerprincipleandapplication（C51programming）.Beijing:
highereducationpress,2012
附录
附录A：
AD原理图
附录B：
PCB图
附录C：
元件清单
序号元器件名称
规格
数目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
AT89S52单片机
四位一体共阳数码管
四位一体共阳数码管插座
74HC573
74HC573芯片插座
晶振
发光二极管
单排插针
蜂鸣器
小按键
下载口座子
六脚按键电源开关
USB电源线
USB电源线插座
电阻
电阻
电阻
电解电容
瓷片电容
排阻
排阻
短路冒
杜邦线8P
PCB板子
固定螺钉螺帽
AVR转接板
AVRmega16单片机
USB下载线
STC89C52RC
STC单片机USB转串口下载线
温度传感器
40P
40P
20P
20P
12Mhz
40P
200
470
1K
22uf
33pf
10K
470
3mm
无需安装驱动
DS18B20
1
2
1
1
1
1
9
3
1
10
1
1
1
1
1
8
4
2
2
4
1
3
1
1
4
1
1
1
1
1
1
附录D：
程序清单
/*******************************************************************/
*标题：
数字温度计;
*本数字温度计实现了温度的显示，四位数码管显示
*显示格式为：
00.00
*温度的启、停选择键SET_KEY：
P1.2；
*P0口输出数码管段选信号，P2口输出数码管位选信号；晶振12MHz
*作者：
*日期：
2014-12-30
#include
typedefunsignedcharuint8;//定义可移植的无符号8位整数关键字
typedefunsignedintuint16;
typedefunsignedlonguint32;
uint32tvalue;
uint8keyflag=0;
uint8codetable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//012346789
sbitDQ=P3^6;
//sbitDQ=P3^0;
//sbitdule=P2^6;
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