數(shù)字溫度計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、一數(shù)字溫度計(jì)的總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能，本時(shí)鐘溫度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須采用單片機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的自動(dòng)控制能力來(lái)測(cè)量、顯示溫度數(shù)值。初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、測(cè)溫模塊、顯示模塊共3個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。 圖1.1 系統(tǒng)基本方框圖對(duì)于單片機(jī)的選擇，如果用8051系列，由于它沒(méi)有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要一定的內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。AT89S52是一個(gè)低功耗、高性能CMOS 8位的單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比

2、的解決方案。而AT89S52與AT89C51相比，外型管腳完全相同，AT89C51的HEX程序無(wú)須任何轉(zhuǎn)換可直接在AT89S52運(yùn)行，且AT89S52比AT89C51新增了一些功能，相比較后，在本設(shè)計(jì)中選用AT89S52更能很好的實(shí)現(xiàn)溫度計(jì)控制功能。 測(cè)溫電路可以使用熱敏電阻之類的器件，利用其感溫效應(yīng)，將被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。但是這種感溫電路比較復(fù)雜，且采用熱敏電阻精度低，重復(fù)性、可靠性都比較差。如果采用溫度傳感器DS18B20可以減少外部硬件電路，而且可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)而轉(zhuǎn)換，且成本低、易使用，可以很好的滿足設(shè)計(jì)要求。所

3、以本文采用傳感器DS18B20代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)溫電路。溫度的顯示可以采用LED數(shù)碼管來(lái)顯示，LED亮度高、醒目，但是電路復(fù)雜，占用資源多且信息量小。而采用液晶顯示器有明顯的優(yōu)點(diǎn)：工作電流比LED小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，功耗低；尺寸小，厚度約為L(zhǎng)ED的1/3；字跡清晰、美觀、使人舒服；壽命長(zhǎng)，使用方便，可得性強(qiáng)。故本設(shè)計(jì)采用LCD來(lái)顯示溫度。二、系統(tǒng)器件的具體選擇 2.1單片機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)采用的是單片機(jī)AT89C52。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的

4、高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。 圖2.1 PDIP封裝的AT89C52 引腳圖AT89C52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。R

5、ST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。2.2 溫度傳感器的選擇2.2.1 DS18B2

6、0的簡(jiǎn)單介紹DS18B20溫度傳感器是一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； 無(wú)須外部器件； 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5； 零待機(jī)功耗； 溫度以或位數(shù)字； 負(fù)電壓特性，電極接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。2.2.2 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度

7、報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖 2.3 所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開(kāi)漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號(hào)；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 圖2.2 外部封裝形式 圖2.3 DS18B20的電路DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-4所示。I/OC64 位ROM和單線接口高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器8位CRC發(fā)生器Vdd圖2-4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位ROM的結(jié)構(gòu)開(kāi)始8位是產(chǎn)品類型的

8、編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為9字節(jié)的存儲(chǔ)器。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被

9、設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。2.2.3 DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的最大延時(shí)為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖2.5所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系

10、數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。圖2.5 DS18B20測(cè)溫原理2.2.4 DS18B2的外部電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，傳感器的硬件電路圖如圖2.6所示。圖2.6 DS18B20外部電路圖三程序流程圖3.1 DS18B20溫度計(jì)主程序流程圖 圖3.2 讀出溫度子程序流程圖 圖3.3計(jì)算溫度子程序 圖3.4顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖4 Proteus仿真調(diào)試結(jié)果及分析溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖4.1所示,控制器使用單片機(jī)AT89C205

11、2,溫度計(jì)傳感器使用DS18B20,用液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先，由DS18820溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過(guò)89C2052單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，SMC1602A芯片將送來(lái)的值顯示于顯示屏上。由圖4.1可看到，本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片、SMCl602A液晶顯示模塊芯片和89C2052單片機(jī)芯片組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測(cè)量以及將溫度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。 圖3.1 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)仿真圖5 硬件調(diào)試結(jié)果及分

12、析 5.1軟件調(diào)試根據(jù)流程圖編寫(xiě)程序軟件。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試以程序的調(diào)試為主。程序的調(diào)試我們采用eil C51Keil C51 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編,PLM 語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。5.2系統(tǒng)調(diào)試軟硬件分別調(diào)試完成以后，將程序下載入單片機(jī)中，電路板接上電源，按刷新按鈕LCD顯示當(dāng)前溫度。用手去碰觸溫度傳感器，按刷新按鈕，溫度顯示值出現(xiàn)變化，顯示當(dāng)前手的溫度值。完成了我們預(yù)期的要求。6 設(shè)計(jì)感受與見(jiàn)解 本次綜合實(shí)訓(xùn)是針對(duì)MCS-51系列的單片機(jī)芯片STC89C52來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，該設(shè)計(jì)充分利用了溫度傳感器DS1

13、8B20功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，如DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換；而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了硬件電路，也使得該數(shù)字溫度計(jì)不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、精確度較高、反應(yīng)速度較快、數(shù)字化顯示和不易損壞等特點(diǎn)，而且性能穩(wěn)定，適用范圍廣，因此特別適用于對(duì)測(cè)溫要求比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所。 在這次設(shè)計(jì)中，熟悉了制作一個(gè)產(chǎn)品的總體流程，能熟練使用一些必要的設(shè)計(jì)工具和仿真工具等。通過(guò)選認(rèn)元件，連線，調(diào)試檢測(cè)等過(guò)程，鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際操作能力，從而綜合性地鞏固所學(xué)的知識(shí)，為將來(lái)的工作做一次實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。經(jīng)過(guò)將近2周的綜合實(shí)訓(xùn)，終于完成了我的數(shù)

14、字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說(shuō)，還是高興的，從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫(xiě)與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次實(shí)訓(xùn)中的最大收獲。七附件一：元器件清單STC89C51 1個(gè)溫度傳感器DS18B20 1個(gè)插針 1排LCD1602 1個(gè)40腳插座 1個(gè)12MHZ晶振 1個(gè)電容 30PF 2個(gè) 22UF 1個(gè)電阻 10K 2個(gè) 4.7K 1個(gè)附件二：源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigne

15、d intsbit DQ=P37;/ds18b20與單片機(jī)連接口sbit RS=P30;sbit RW=P31;sbit EN=P32;unsigned char code str1=temperature: ;unsigned char code str2= ;uchar data disdata5;uint tvalue;/溫度值uchar tflag;/溫度正負(fù)標(biāo)志/*lcd1602程序*/void delay1ms(unsigned int ms)/延時(shí)1毫秒（不夠精確的）unsigned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j0;i-) DQ = 0;

16、/給脈沖信號(hào) dat=1; DQ = 1; /給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*寫(xiě)數(shù)據(jù)*/unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata=1; read_temp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/uchar a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ds1820wr(0x44);/*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*

17、/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ ds1820wr(0xbe);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue0x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴(kuò)大10倍，精確到1位小數(shù)return(tvalue);/*/ void ds1820disp()/溫度值顯示 uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0

18、x30;/百位數(shù) disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位數(shù) disdata2=tvalue%100/10+0x30;/個(gè)位數(shù) disdata3=tvalue%10+0x30;/小數(shù)位 if(tflag=0) flagdat=0x20;/正溫度不顯示符號(hào) else flagdat=0x2d;/負(fù)溫度顯示負(fù)號(hào):- if(disdata0=0x30) disdata0=0x20;/如果百位為0，不顯示 if(disdata1=0x30) disdata1=0x20;/如果百位為0，十位為0也不顯示 wr_com(0xc0); wr_dat(flagdat);/顯示符號(hào)位 wr_c