基于51单片机数字温度计显示设计Word文档格式.docx
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温度传感器使用范围广，数量多，位居各种传感器之首，其发展大致经历了以下3个阶段：
1、传统的分立式温度传感器（含敏感元件）——热电偶传感器,主要是能够进行非电量和电量之间转换。
2、模拟集成温度传感器/控制器，集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。
3、智能温度传感器。
它是集微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）为一体的。
智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D转换器、信号数据处理器、存储器（或寄存器）和外接电路。
1.3设计目的
1、掌握单片机的工作原理
2、能够进行单片机简单系统进行设计，包括电源模块、复位模块、键盘模块、及相应的控制模块的设计
3、掌握单片机的指令系统，能够对具体的设计要求编写相应的控制程序
4、能够根据相应的控制要求选择相应的外围器件实现控制任务
5、利用protel绘制原理，利用Proteus进行仿真
第2章数字温度计具体设计内容
2.1数字温度计设计方案论证
2.1.1方案一
由于本文设计的是温度测量电路，所以可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将其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，温度感应电路，比较麻烦。
2.1.2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，所以采用了方案二。
方案二的总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，本系统采用单片机作为微控制器，控制器采用单片机STC89C51，温度传感器采用DS18B20，采用12MHZ晶振，电源电路采用+5V电路，用4位LED数码管以串口传送数据来实现温度的显示。
最终该电路经过设计分析、绘图、仿真、调试、制板、焊接、等工作后该数字温度计成形，并且要进行实际的调试与应用。
由于采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出的信号全为数字化，这样与传统的测温方法相比较，省去了很多外围电路，并且数字温度芯片的物理性质和化学性质都特别稳定，可用于工业作业中使用。
温度传感器DS18B20采用了单总线的数据传输的特点，由数字温度计DS18B20和微控制器STC89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。
这样一来,温度测量系统的结构就比较简单,体积也不会很大。
软件编程的空间比较大，可以通过编程来实现各种算法和逻辑控制，硬件安装也很方
图2.1总体设计框图
2.2所用主要元件清单
万用板7*9，3pin圆孔母座，2.2K电阻*4，stc89C51单片机，40脚IC座，DS18B20温度传感器，10K电阻*2，10uF电容，小按键，12MHz晶振，30pF瓷片电容*2，9012三极管*4，四位一体共阳数码管0.56，DC电源插座，USB电源线，自锁开关，导线若干，焊锡，电烙铁。
2.3主控制器STC89C51的特点及功能介绍
2.3.1STC89C51的特点及特性：
89C51单片机是一款基于8位单片机处理芯片STC89C52RC，其功能非常强大，可以实现单片机开发的多种要求。
具有报警、跑马灯、串行通信、段码液晶和字符液晶显示、电机控制、A\D转换、D\A转换、温度采集、数字信号合成、实时时钟电路、PWM输出、红外检测等多种功能，以供学习者开发使用。
以下为STC89C51系列单片机的具体特点和管脚功能说明：
（1）增强型1T流水线/精简指令集结构8051CPU
（2）工作电压：
3.4V-5.5V（5V单片机）/2.0V-3.8V（3V单片机）
（3）工作频率范围：
0-35MHz，相当于普通8051的0～420MHz.实际工作频率可达48MHz.
（4）用户应用程序空间12K/10K/8K/6K/4K/2K字节
（5）片上集成512字节RAM
（6）通用I/O口（27/23个），复位后为：
准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：
准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA
（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
（8）EEPROM功能
（9）看门狗
（10）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省外部复位电路）
（11）时钟源：
外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器。
用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。
常温下内部R/C振荡器频率为：
5.2MHz～6.8MHz。
精度要求不高时，可选择使用内部时钟，因为有温漂，请选4MHz～8MHz
（12）有2个16位定时器/计数器
（13）外部中断2路,下降沿中断或低电平触发中断,PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
（14）PWM（4路）/PCA（可编程计数器阵列），也可用来再实现4个定时器或4个外部中断（上升沿中断/下降沿中断均可支持）
（15）STC89Cc516AD具有ADC功能。
10位精度ADC，共8路
（16）通用异步串行口（UART）
（17）SPI同步通信口，主模式/从模式
（18）工作温度范围：
0-75℃/-40-+85℃
（19）封装：
PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20（超小封状，定货）
STC89C52RC系列单片机为真正的看门狗，缺省为关闭（冷启动），启动后无法关闭，可省去外部看门狗。
此系列单片机P4口地址为E8H，并有2个附加外部中断，
P4.2/INT3,P4.3/INT2。
晶振电路部分，使用11.0592M晶体，和20PF的电容。
在复位电路中，采用阻容复位时，电容为10uF，电阻为10k。
因为STC89C52RC系列单片机RESET脚内部没有下拉电阻，必须接10k电阻
2.3.2电源电路：
电源电路采用外部供电的方式，通过变压器将220V交流电转变为12V，再通过接口J0向实验板供电，为保护系统的安全性，增加了开关k0,防止因电源不当引起硬件的烧坏，电源经过k0后，经过整流桥，再通过电源芯片7805和7809得到+5V和+9V，为系统及周围芯片提供电源。
电源供电原理图如图2.2
图2.2电源供电原理图
2.4温度采集部分的设计
温度采集部分采用的是DS18B20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。
温度传感器DS18B20将被测环境温度转化成带符号的数字信号（以十六位补码形式，占两个字节）在通过单片机发出命令送给显示器。
它的输出脚I/O直接与单片机相连，并接一个上拉电阻，传感器采用外部电源供电。
传感器控制程序是按照DS18B20的通信协议编制。
系统的工作是在程序控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示。
DS18B20特点：
（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（9位二进制数，含符号位）；
（2）测温范围为-55℃～+125℃，测量分辨率为0.0625℃；
（3）内含64位经过激光修正的只读存储器ROM；
（4）适配各种单片机或系统机；
（5）用户可分别设定各路温度的上、下限；
（6）内含寄生电源。
其管脚图如图2.4.1-1
图2.4.1-1
图2.4.1-2DS18B20实物图
图2.4.1-3DS18B20底视图
表2-1 DS18B20详细引脚功能描述
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
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。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
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2-3所示。
图2-3DS18B20结构框图
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
支持3V~5.5V的电压范围，电源输入端。
2.5显示部分电路设计
2.5.1LED显示电路
通过排阻与LED显示器相连组成，电路图如图2.5.1
图2.5.1
2.5.2整机电路
当接通电源以后，温度传感器正常工作，温度传感器将根据被测温度的不同来采集不同的数据，然后将所采集到的数据传送到比较器到中，然后由比较器将采集到的数据转变成高低电平，在送入单片机，单片机通过控制各个引脚电平的高低来来控制温度的显示输出。
整机电路图如图2.5.2
图2.5.2整机电路
总结
在本次设计中，我查阅了大量的设计资料，因为有实际的产品设计，需要我们自己亲手做出一个实物出来，所以为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的实际资料是十分必要的，也是必不可少的。
并且将本次设计的完整内容整理写出设计报告，但是这段时间经过自身的不懈努力，不但加深了对单片机与传感器的进一步的认识和理解，在这次课程设计中，全面实践一个基于单片机的应用系统的开发过程，我们运用了以前学过的专业课知识，如：
C语言、单片机知识等是一个综合性很高的实践。
并将以前所学理论知识充分应用到了实践中。
通过毕业设计，受益匪浅，使我深刻认识到理论联系实际的重要性，并且在实践中扩展了知识面，这主要得益于认真负责的工作态度、严谨活泼的治学精神和深厚专业的理论水平，不但掌握了本专业的相关知识，而且对其他专业的知识也有所了解，从各方面提高了自身的综合素质。
经过这次一个较完整的产品设计和制作过程，对于将来学习和工作也是有所裨益的。
在本系统的设计过程和论文编写过程中，得到了老师的悉心指导与帮助，在我做毕业设计的过程中给我提出了很多指导性的意见，使我很是受用。
同时很多同学和朋友给予了我许多无私的帮助，给我的设计和论文提出了很多宝贵的修改意见，在这里，我向这些无私帮助我的人表示衷心的感谢和良好的祝愿。
至此，衷心感谢各位老师及同学多年来的辛勤培育和教导！
附录A主电路原理图
附录B实物图
附录C程序
#include<
reg52.h>
#defineuiunsignedint
#defineucunsignedchar//宏定义
sbitDQ=P3^7;
//定义DS18B20总线I/O
bitbdatafuhao;
ucqian,bai,shi,ge;
uccodeled[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7};
uccodeled_dian[]={0x7f,0x64,0xbd,0xf5,0xe6,0xf3,0xfb,0x67,0xff,0xf7};
//============================================================================================
//====================================DS18B20=================================================
/*****延时子程序*****/
voidDelay（intnum）
{
while（num--）;
}
/*****初始化DS18B20*****/
voidInit_DS18B20（）
DQ=1;
//DQ复位
Delay（8）;
//稍做延时
DQ=0;
//单片机将DQ拉低
Delay（80）;
//精确延时，大于480us
//拉高总线
Delay（40）;
/*****读一个字节*****/
ucReadOneChar（）
uci=0;
ucdat=0;
for（i=8;
i>
0;
i--）
{
DQ=0;
//给脉冲信号
dat>
>
=1;
DQ=1;
if（DQ）
dat|=0x80;
Delay（4）;
}
return（dat）;
/*****写一个字节*****/
voidWriteOneChar（ucdat）
i>
i--）
DQ=dat&
0x01;
Delay（5）;
/*****读取温度*****/
uiReadTemperature（）
uia=0,b=0,t=0;
floattt=0;
Init_DS18B20（）;
WriteOneChar（0xCC）;
//跳过读序号列号的操作
WriteOneChar（0x44）;
//启动温度转换
WriteOneChar（0xBE）;
//读取温度寄存器
a=ReadOneChar（）;
//读低8位
b=ReadOneChar（）;
//读高8位
t=b;
t<
<
=8;
t=t|a;
if（t&
0xf800）
t=~t+1;
fuhao=1;
else
fuhao=0;
tt=t*0.0625;
t=tt*10+0.5;
//放大10倍输出并四舍五入
return（t）;
voidcheck_wendu（）
uif;
f=ReadTemperature（）;
//获取温度值并减去DS18B20的温漂误差
qian=f/1000;
bai=（f%1000）/100;
//计算得到十位数字
shi=（（f%1000）%100）/10;
//计算得到个位数字
ge=（（f%1000）%100）%10;
//计算得到小数位
/*****显示开机初始化等待画面*****/
voidDisp_init（）
P0=0x7f;
//显示----
P2=0x7f;
Delay（100）;
P2=0xdf;
P2=0xf7;
P2=0xfd;
P2=0xff;
//关闭显示
/*****显示温度子程序*****/
voidDisp_Temperature（）//显示温度
if（qian==0）
if（fuhao==1）
P0=0x7f;
//10111111
else
P0=0xff;
P2=0xfd;
Delay（100）;
P2=0xff;
elseif（qian!
=0）
P0=~led[qian];
P2=0xfd;
if（（bai==0）&
&
（qian==0））
//
P2=0xf7;
P2=0xff;
elseif（（bai==0）&
（qian!
=0））
P0=~led[bai];
elseif（bai!
P0=~led_dian[shi];
P2=0xdf;
P2=0xff;
P0=~led[ge];
//显示符号
P2=0x7f;
/*****主函数*****/
voidmain（）
ucz;
for（z=0;
z<
100;
z++）
Disp_init（）;
check_wendu（）;
while
（1）
for（z=0;
10;
Disp_Temperature（）;
参考文献
[1]李朝青.单片机原理及接口技术[M].杭州：
北京航空航天大学出版社，1998，42-48.
[2]李广弟.单片机基础[M].北京：
北京航空航天大学出版社，1994.12-18.
[3]阎石.数字电子技术基础（第三版）[M].北京：
高等教育出版社，1989，5-9.
[4]刘高潮.一种实用的多功能数字温度计设计[J].电子测量技术,2007，8-10.
[5]白泽生.用MCS-51单片机实现温度的检测[J].现代电子技术,2005，12-15.
[6]何立民.单片机应用技术选编[M].北京：
北京航空航天大学出版社,2004，56-60.
[7]杨刚,周群.电子系统设计与实践[M].北京：
电子工业出版社,2004，24-26.
[8]张洪润.电子线路与电子技术[M]，北京：
清华大学出版社，2005，20-24.
[9]王松武.电子创新设计与实践[M]北京：
国防工业出版社，2005，14-19.
[10]李建忠.单片机原理及应用[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2002，30-34.
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