基于單片機數(shù)字溫度計設計報告

1、 中國礦業(yè)大學成人教育學院專業(yè)課程設計 學 號： _ 姓 名： _ _ 學 院： 中國礦業(yè)大學專業(yè)年級： 礦山機電14級3班_ 指導老師： 2016年5月10日目錄總體設計思想1一、系統(tǒng)設計原理1 （一）主控制器1 （二）溫度傳感器1 （三）顯示電路1二、系統(tǒng)框圖1三、具體設計2 （一）數(shù)字溫度計原理圖2 （二）時鐘電路的設計2 （三）復位電路的設計3 （四）接口電路的設計3 （五）顯示電路的設計3 （六）報警電路的設計6四、調(diào)試6五、設計總結(jié)9附錄：設計電路總圖10數(shù)字溫度計設計主要內(nèi)容：設計一個數(shù)字溫度計，測量范圍：0100 OC。溫度的實時LED數(shù)字顯示。測量溫度信號為模擬量?；疽螅?/p>

2、1.畫出數(shù)字溫度計的結(jié)構(gòu)框圖。2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。3.用MULTISIM進行仿真實驗。4.按要求完成課程設計報告，交激光打印報告和電子文檔。主要參考資料：1 閻石.數(shù)字電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2001.2 彭介華.電子技術課程設計指導M.北京：高等教育出版社，1997.3 孫梅生.電子技術基礎課程設計M.北京：高等教育出版社，1998.4 高吉祥. 電子技術基礎實驗與課程設計M.北京：電子工業(yè)出版社，2002.總體設計思想一、系統(tǒng)設計原理本課題以是AT89C52單片機為核心設計的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，

3、單片機主板電路等組成12。利用溫度傳感器DS18B20可以直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫度值經(jīng)過DS18B20處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理，并與設置的溫度報警限比較，超過限度后通過揚聲器報警13。同時處理后的數(shù)據(jù)送到LCD中顯示。（一）主控制器單片機AT89C52具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。（二）溫度傳感器溫度傳感器采用美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器。DS18B20輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，在0100，時，最大線形偏差小于

4、1，采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸，可直接與計算機連接。用單片機AT89C52芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度。獲得的數(shù)據(jù)可以通過芯片與計算機的接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。（三）顯示電路顯示電路采用LCD液晶顯示數(shù)碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼14。顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用資源比較少，只用P3口的RXD和TXD串口發(fā)送和接收，顯示比較清晰。二、系統(tǒng)框圖圖1 數(shù)字溫度計設計框圖三、具體設計（一） 數(shù)字溫度計原理圖溫度計電路設計原理圖如圖2所示，控制器使用單片機AT89

5、C52，溫度計傳感器使用DS18B20，用液晶實現(xiàn)溫度顯示。本溫度計大體分三個工作過程。首先，由DS18B20溫度傳感器芯片測量當前的溫度，并將結(jié)果送入單片機。然后，通過AT89C52單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，SMC1602A芯片將送來的值顯示于顯示屏上。其中，DS18B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機相連，它獨立地完成溫度測量以及將溫度測量結(jié)果送到單片機的工作。圖2 溫度計電路設計原理圖（二） 時鐘電路的設計圖3是時鐘電路的設計電路圖。圖3 時鐘電路單片機允許的振蕩晶體可在1.224MHz之間選擇，一般為11.0592MHz。電容

6、C2，C3的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振有一定的影響，可在20100pF之間選擇，典型值為30pF。（三） 復位電路的設計計算機每次開始工作，CPU和系統(tǒng)中的其他部件都必須要有一個確定的初值，即復位狀態(tài)。圖4是單片機復位電路圖。圖4 復位電路單片機RST引腳是高電平有效。單片機在上電瞬間C3充電，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持兩個機械周期（大約10ms）以上的高電平，單片機就能復位。在單片機工作后，如果還想再次復位，只需按下開關，單片機就能重新變成復位狀態(tài)。當晶體振蕩頻率為12MHz時，RC的典型值為C=10F，R=8.2K。（四）接口電路的設計DS18B20可以采用兩

7、種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖5所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖5 DS18B20與單片機的接口電路（五） 顯示電路的設計1. 1602LCD液晶簡介1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的

8、點陣型液晶模塊，它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此，所以它不能顯示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16×2，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。1602LCD引腳與功能如下表6所示。表6 液晶1602引腳表引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整段4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操

9、作。6EE端為始能端，下降沿使用7DB0低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位（最低位）8DB1低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9DB2低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10DB3低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11DB4低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12DB5低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13DB6低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14DB7低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位（最高位）15BLA背光電源正極16BLK背光電源負極1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如下表7所示。1602LCD的特性如下：(1) +5V電壓，對比度可調(diào)。(2) 內(nèi)含復位電路。(3) 提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位

10、等多種功能。(4) 有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM。(5) 內(nèi)建有160個5×7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。(6) 8個可由用戶自定義的5×7的字符發(fā)生器CGROM。表7 1602的控制指令序號指令RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D01清零顯示00000000012光標返回0000000013置輸入模式00000001I/DS4先是開/關控制0000001DCB5光標或字符移動000001S/CR/L6預置功能00001DLNF7字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGR

11、AM10讀寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM度數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容指令1：清零顯示，光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置。I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移，S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制。D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開，低電平表示關；C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標；B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位。S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。R/L，高向左，低向右。指令6：功能設置命令。DL：高電平

12、時為8位總線，低電平時為4位總線。N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示。F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置，地址：字符地址*8+字符行數(shù)(將一個字符分成5*8點陣，一次寫入一行，8行就組成一個字符)。指令8：顯示地址，第一行為：80H8FH,第二行為：C0HCFH。指令9：讀忙信號和光標地址。BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。（六）報警電路的設計本設計采用軟件處理報警，利用發(fā)光二級管報警電路，當溫度超過設定范圍時，則二極管發(fā)光報警。報警電路

13、硬件連接如圖7。圖7 報警電路連接圖四、調(diào)試我們要通過調(diào)試電路來發(fā)現(xiàn)設計電路的相關內(nèi)容。（一）按照電路圖對相關元件進行連接，其中注意芯片各管腳的作用以及該如何進行接線。（二）當上步驟完成后，接通電源，觀察數(shù)碼管和二極管是否亮，若不亮時，要對電路電源進行檢測，看是否線路接觸不良或者電路短路。（三）完成之后，觀察數(shù)碼管是否顯示數(shù)值，然后改變LM35的溫度值，觀察數(shù)碼管是否隨著溫度變化而變化。（四）若數(shù)碼管數(shù)值與溫度值相差太大，則要檢查信號采集電路中各元件值是否對。為了驗證設計電路的正確性以及它的實驗數(shù)據(jù)，我們對實物進行驗證。用帶有溫度測量的數(shù)字萬用表和本次設計的電路對相同溫度下物體進行相應的測量并繪成表格進行比較。五、設計總結(jié)本溫度計，通過單片機實時檢測溫度傳感器DS18B20的狀態(tài)，并將DS18820得到的數(shù)據(jù)進行處理。上電后數(shù)碼管顯示當前的環(huán)境溫度。由于采用了3節(jié)干電池供電使系統(tǒng)的抗干擾性得到加強。在軟件上，充分利用了STC89C52的系統(tǒng)資源，系統(tǒng)運行流暢。本設計結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，