数字温度计Word文件下载.docx

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概述1

设计目的1

设计原理2

设计难点2

1系统的总体设计方案2

1.1总体方案设计2

1.2总体设计框图3

2开发工具AltiumDesigner与Keil3

2.1Keil软件3

2.1.1Keil软件简介3

2.1.2Keil软件功能4

2.2AltiumDesigner5

2.2.1AltiumDesigner简介5

2.1.2AltiumDesigner功能模块5

2.3本节小结7

3硬件电路设计7

3.1单片机控制模块7

3.1.1单片机简介7

3.1.2单片机最小系统电路13

3.2MAX7219控制的显示电路14

3.2.1MAX7219简介14

3.2.2MAX7219引脚功能14

3.2.3MAX7219驱动数码管电路图16

3.3温度监测模块16

3.3.1DS18B20简介16

3.3.2DS18B20引脚说明17

3.3.3DS18B20电路图18

3.4温度显示电路18

3.5电源模块19

4软件设计19

4.1主程序19

4.2读出温度子程序20

4.3温度转换命令子程序21

4.4计算温度子程序22

4．5温度数据刷新子程序23

5系统的功能24

6设计总结24

附录1：

系统电路图25

附录2：

系统PCB图26

附录3：

系统源程序27

参考文献：

34

前言

随着时代的进步，数字化无疑是人们追求的目标之一，它给人们带来了很多方便，其中数字温度计就是一个很好的例子，一切朝着数字化，智能化控制方向发展。

数字温度计与传统的指针式温度计相比，具有精度高，使用方便，测量范围广，直观的显示温度等特点，其主要用于科研实验室以及对测温比较准确的场所。

温度计是常用的测量仪器，常用于工业过程中温度的测量。

在工业生产中，人们不仅要了解当前的温度，还希望能了解工作过程中温度的变化情况。

随着工业的发展，对温度测量仪的要求是越来越高的，但数字温度计具有抗干扰能力强，功耗小，可靠性高，简单的结构等特点，因此其更加适合于工业中对温度在线测量的要求。

本文采用单片机STC89C52为主控制芯片设计了温度实时测量及控制系统。

单片机STC89C52能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度在数码管上实时显示，通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。

概述

设计目的

随着人们生活水平的提高，单片机的应用也越来越广，单片机的控制也是人们追求目标之一，它给人们带来很多方便，数字温度计就是一个很好的例子。

本设计介绍了数字温度计与传统的指针式温度计相比，具有很多特点，并且应用也非常广泛。

在生活中人们可以随处看到数字温度计的踪影。

目前，数字温度计在温控系统中也得到广泛的应用。

设计原理

本设计是基于单片机AT89S52设计的数字温度计，用来测量环境温度，以及检测环境温度的变化情况。

它的测量范围在-55℃～125℃。

整个系统分为四部分：

温度传感器，单片机控制器，LED数码显示器以及扫描驱动。

整个设计的核心是AT89S52，通过数字温度传感器DS18B20来实现温度的测量，并进行A/D转换，因此其输出为数字形式，这就为单片机处理提供了方便，但也同时对编程提高了要求。

单片机把测量到的温度进行相应的计算，使其能在数码管上输出对应的温度。

LED数码管采用四位一体共阳极的数码管。

设计难点

此设计重要部分在与编程，程序要实现对温度的采集，转换，BCD值的计算，温度的显示，以及温度的刷新，其外围电路较简单，所以运用的器件相对较少，实现起来也相对容易。

1系统的总体设计方案

1.1总体方案设计

因为本设计是测量温度，因此可以利用热敏电偶之类的元件的感温效应来测量温度，并将温度的引起的电压变化采集出来，并将其进行A/D转换，就可以利用单片机对数据进行处理，并经过电路在数码管上显示出来。

但是此感温电路比较麻烦，所以我们直接采用温度传感器DS18B20，其可以很容易的读取被测温度值，进行转换就可以实现设计要求，所以给我们的设计带来了很多的方便。

实现温度的测量，我们要考虑的主要是以下三个方面的内容：

◆温度随时都在变化，要做到对温度的时时监控。

◆温度的精度很重要，要做到高精度。

◆测量温度时系统的稳定性要好才行。

于是本设计就是以这三个部分为核心内容展开。

1.2总体设计框图

数字温度计的总体设计方框图如图所示，温度传感器采用的是DS18B20，控制器采用的是单片机AT89C52，用四位共阳极LED数码管以串口传送数据的方式来实现温度的显示。

图1.2-1总体设计框图

2开发工具AltiumDesigner与Keil

2.1Keil软件

2.1.1Keil软件简介

KeilC51软件开发系统是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。

C语言与汇编相比，在功能上、可读性、结构性、可维护性上有很大的优势，因而易学易用。

KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

KeilC51软件是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为μVision（通常称为μV2）。

Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：

μVisionIDE集成开发环境C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及Monitor-51、RTX51实时操作系统。

2.1.2Keil软件功能

Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：

编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译、连接，产生目标文件—程序调试。

Keil使用“工程”（Project）的概念，对工程进行编译、连接等操作。

工程的建立、设置、编译及连接产生目标文件的方法非常方便，易于掌握。

首先选择菜单Project-NewProject…，建立新工程并保存；

工程保存后会弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。

然后建立源程序文件，然后打开“Target1”，选择SourceGroup1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件。

加入源程序文件后点close返回主界面，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。

紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-OptionforTarget‘Target1’（或点右键弹出快捷菜单再选择该选项），打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在Output选项卡中选中“CreatHexFi”；

其它选项卡内容一般可取默认值。

工程设置后按F7键（或点击编译工具栏上相应图标）进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。

成功编译、连接后，选择菜单Debug-Start/StopDebugSession（或按Ctrl+F5键）进入程序调试状态，Keil提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。

Keil能以单步执行（按F11或选择Debug-Step）、过程单步执行（按F10或选择Debug-StepOver）、全速执行等多种运行方式进行程序调试。

如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改（Debug-InlineAssambly…），不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。

对于一些必须满足一定条件（如按键被按下等）才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理（Debug-Insert/RemoveBreakpoint或Debug-Breakpoints…等）。

在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察开发板的运行状况。

2.2AltiumDesigner

2.2.1AltiumDesigner简介

1987-1988年由美国ACCELTechnologiesInc公司推出了第一个应用于电子线路设计的软件包TANGO，这个软件包开创了电子设计自动化（EDA）的先河。

随着电子行业的发展，TANGO日益不满足行业的需要。

为了满足时代的需要，ProtelTechnology公司推出了ProtelForDOS作为TANGO的升级版，从此Protel的名字在行业类日益响亮。

20世纪80年代末期，Protel推出了ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。

20世纪90年代中期Protel推出了Protel3.x版本。

1998年Protel推出了Protel98，这个版本获得了业界的一致好评。

1999年Protel有推出了Protel99版本。

2005年Protel软件的原厂商Altium推出了Protel系列的最高端版本AltiumDesigner。

AltiumDesigner是业界首例将流程、集成化PCB设计、可编程器件设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品。

2.1.2AltiumDesigner功能模块

库管理：

基于单一数据库的一体化的库管理支持所有元件模式，并和三维模型，数据页以及元件供应商相链接。

版本控制和外部项目管理系统的单点控制。

仿真-混合信号：

SPICE3F5/XSPICE混合信号电路仿真（同时兼容于PSpice®

）。

信号完整性-原理图级别：

布线前的信号完整性分析，并包含全功能的，使用缺省PCB参数的分析引擎。

PCB-板卡定义&

规则：

在机械层上放置/编辑对象，用于高速设计的设计规则，用户自定义的层堆栈，自原理图转换设计，放置元件，实时制造规则检查。

PCB-三维可视化技术：

三维可视化技术提供了电路板逼真并且实时渲染的视图，包括MCAD-ECAD支持技术：

支持STEP模型的直接连接、实时的间隙。

设计环境：

检查、检查二维和三维模式下的配置情况，直角投影，和二维和三维PCB模型的纹理映射。

PCB版图：

图片剪贴板支持，在电器层上放置/编辑对象，创建封装，从库放置，导入向导。

PCB-交互式布线：

交互式布线（推挤、套锁和自动完成模式），差分对，交互式/自动放置，动态管脚/部件互换，拖拽操作中的障碍规避。

拓扑自动布线技术：

拓扑自动布线技术，具有全面的层、对象和设计规则支持，自动布线PCB文件。

信号完整性-版图级：

布局后信号完整性分析、支持PCB布线分析的完整分析引擎。

PCB-制造文件输出：

多项输出发布功能允许将多个输出文件整合进一个单一的格式类型文件，以更好地管理数据；

项目历史和支持文件检查受控，并支持PDF发布，打印或者Web格式；

生成Gerber、NCDrill、ODB++文件和STEP。

DXP平台：

软件集成平台，为所有编辑器和浏览器提供GUI支持，用于设计文档预览的设计洞察功能，设计编译器，文件管理，版本控制接口和脚本引擎。

原理图-浏览器：

打开、查看及打印原理图文档和器件库。

PCB-浏览器：

打开、查看及打印PCB文档，增加了查看和三维PCB文档导航的功能

CAM文件-浏览器：

打开并导入CAM和机械文件。

原理图-SoftDesign编辑：

所有原理图文档和库文件编辑功能（不包括PCB项目和免费文件）,网表生成。

仿真-VHDL：

VHDL仿真引擎，集成调试器和波形观察器。

支持第三方ModelSim和Active-HDL功能.

NanoBoard支持：

支持一系列自动配置的、可互换的目标FPGA子板（来自所有芯片商）以及插入式外设板，提升整个系统架构的灵活性。

为FPGA设计提供电源监控器。

FPGA设计:

C语言定制FPGA逻辑开发、OpenBus、原理图、VHDL和Verilog设计综合，定制Wishbone接口元件.

FPGA处理器内核:

支持一系列用于FPGA的32-bit软处理器包括：

TSK3000A,XilinxMicroBlaze®

AlteraNiosII®

ActelCoreMP7®

。

同时支持PowerPC（PPC405A）分离处理器,XilinxVirtexIIPro®

和一些老的版本例如,8-bit微处理器（TSK51,TSK52,TSK80andTSK165）。

处理器内核嵌入式工具：

全系列软件开发工具－支持32－bit处理器的C编译器/组装器/源代码调试器/仿真器即插即用的软件平台搭建器支持硬件更容易。

FPGA可编程仪器：

可用于远程接入的预综合FPGA即用仪器，包括定制仪器，终端模拟器，数字I/O，交点转化，逻辑分析仪，频率发生器，计数器和应用控制面板。

JTAG软器件支持：

实时连接到软器件，如虚拟仪器和运行在FPGA内的处理器。

JTAG硬件器件支持：

对任意JTAG器件进行交互式引脚状态监控。

IP核心设计的复用：

支持对第三方FPGA的IP核心和开发以及对IP库的复用。

导入/导出：

支持对OrCAD，Allegro，PADS，DxDesigner，Cadstar，P-CAD，CircuitMaker，Protel以及更多的软件生成的设计和库数据的导入和导出。

原理图-编辑：

所有原理图文档和库文件编辑功能，网表生成。

2.3本节小结

本节主要简单介绍了设计此系统需要用到AltiumDesigner和编译软件Keil，了解这两种软件发展，功能和初步用法，了解AltiumDesigner的功能模块，以及keil的调试功能等，为以后设计打好基础。

相信通过后面的学习会有更深体会。

3硬件电路设计

3.1单片机控制模块

3.1.1单片机简介

单片机是是微型计算机的一种，它是将计算机的CPU,I/O接口，内存集成在一块硅片上的微型计算机，又称微控制器。

它是典型的嵌入式微控制器，不仅是完成一个逻辑功能的芯片，而是把计算机系统集成到一块小小的芯片上。

它是由存储器，控制器，输入输出设备，运算器构成。

单片机是一种集成电路芯片，它采用了超大规模的集成电路技术把中央处理器CPU,只读存储器ROM，随机存储器RAM，多种I/O口，中断系统和定时器/计数器，系统时钟，系统总线，脉宽调制电路，模拟电路转换器，A/D转换器等功能，集成在一块小的硅片上，构成一个小而完整的微型计算机系统，在工业和生活中应用非常广泛。

单片机有很多中型号的产品，例如普通型（51系列）有8031，8051，89C51，89S51等，增强型（52系列）有8032，8052，89C52，89S52等。

它们的结构，引脚和封装基本相同，主要差别在存储器的配置上。

本设计采用的是89C52作为主控制器。

下面将介绍89C52。

单片机89C52的引脚如图3.1.1-1。

图3.1.1-189C52单片机的引脚

Vss：

接地端。

Vcc：

电源端，接+5V。

XTAL1：

接外部晶体的引脚，CHMOS单片机采用外部时钟信号时由次引脚输入。

接外部晶体的引脚，HMOS单片机采用外部时钟信号时由次引脚输入。

RST/Vpd：

复位信号输入。

VCC掉电后，该引脚可接备用电源，低功耗条件下保持内部RAM中的数据不丢失。

ALE/

：

地址锁存允许。

当单片机访问外部存储器时，该管脚的输出信号ALE用于锁存P0的低8位地址。

ALE输出的频率为时钟振荡频率的1/6。

对单片机8751内EPROM编程时，编程脉冲由该管脚接入。

程序存储器允许，输出读外部程序存储器的选通信号，指令操作期间，

的频率为晶体振荡频率的1/6，若次过程中有访问外部存储器的操作，就会有一个机器周期中的

信号将不会出现。

/Vpp：

当

=0，单片机只访问外部程序存储器。

=1，单片机访问内部程序存储器，若地址超过内部存储器的范围时，单片机将自动访问外部程序存器。

P0口：

P0口可作为输出/输入端口，但在应用中常作为数据总线/地址口用，其低8位地址与数据线分时使用P0端口。

低8位地址由ALE信号的下降沿锁存到外部地址锁存器中。

而高8位则由P2口输出。

P1口：

P1口的每一个端口都可以作为可编程的输入输出口线。

P2口：

P2口可以作为输入输出端口使用。

外接I/O口与存储器时，又作为系统的地址总线扩展，输出高8位地址，与P0口一起组成16位地址总线。

P3口：

P3口为双功能口。

其第一功能与P1口功能相同，但是作为第二功能使用时，其每一位功能如下表。

表3.2.1-1P3口的第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入线）

P3.1

TXD（串行输出线）

P3.2

（外部中断0输入线）

P3.3

（外部中断1输入线）

P3.4

T0（定时器0外部计数脉冲输入）