單片機(jī)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)（精編版）

1、單 片 機(jī) 課程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)號(hào):題目：溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)系部：專業(yè)：班級(jí)： 學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:2015 年 12月 14日目錄設(shè)計(jì)思路 .1011222334501 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)利用電阻、瓷片電容、電解電容、12MHz晶振、STC89C52單片機(jī)、 DS18B20溫度傳感器、液晶顯示器、1P 杜邦線彩色、排針、最小系統(tǒng)板、電位器、洞洞板等，完成一個(gè)溫度檢測系統(tǒng)。1 、采用單片機(jī)及溫度傳感器設(shè)計(jì)溫度檢測系統(tǒng)；2 、溫度檢測結(jié)果采用液晶顯示器輸出；3、必須具有上電自檢功能及外接電源，公共地線接口。1. 2設(shè)計(jì)思路1、熟悉此電路工作原理。2 、掌握組裝與調(diào)試方法。3 、畫

2、出 Proteus 原理圖， PCB圖。4 、用 Proteus 仿真。5 、測量范圍 099 攝氏度，精度誤差小于1 攝氏度。6 、一份設(shè)計(jì)說明書。7、做出所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的實(shí)物。2設(shè)計(jì)方案2. 1設(shè)計(jì)方案由于本設(shè)計(jì)是測溫電路， 可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上， 就可以將被測溫度顯示出來， 這種設(shè)計(jì)需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路， 感溫電路比較麻煩。 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器， 在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中， 大多都是使用傳感器，所以可以采用溫度傳感器DS18B2，0度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要

3、求。此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫故針對上述現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)控制的溫度采集與顯示系統(tǒng)，它以STC89C52單片機(jī)為核心，采用溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)對溫度信號(hào)的采集以及運(yùn)用LCD1602液晶顯示器來顯示數(shù)據(jù)。在溫度信號(hào)的采集方面，采用DS18B20型溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比， 它能夠直接讀出被測溫度，并可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編碼實(shí)現(xiàn)912 位的數(shù)字式讀數(shù)方式，可在-50 300范圍內(nèi)顯示數(shù)據(jù)，在-10 +85時(shí)精度為±。單片機(jī) STC89C52RC單片機(jī) STC89C52R功C 能介紹STC89C52RC 是 STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘 / 機(jī)器周期 (1T)

4、的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快 8-12 倍。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié) Flash ， 512 字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPRO，MMAX810復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51 的 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù) 方式下，

5、 RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz， 6T/12T 可選。STC89C52RC管腳介紹STC89C52R單C 片機(jī)，選用 PDIP封裝。管腳如圖3-1 所示:圖 2-1 PDIP 封裝的 STC89C52單片機(jī)的引腳功能說明：1 、電源引腳VCC （ 40 腳）：電源端，工作電壓為5V。GND （ 20 腳）：接地端。2 、時(shí)鐘電路引腳XTAL1（19 腳）和 XTAL2（18 腳）。3 、復(fù)位 RST（9 腳）。4 、輸入輸出 (I/O)引腳（ 39 腳-32 腳）：輸入輸出腳， 稱為 P0 口，是一個(gè) 8 位漏極開路型

6、雙向I/O口， 內(nèi)部不帶上拉電阻。（ 1 腳 -8 腳）：輸入輸出腳，稱為P1 口，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/0口。（ 21 腳 28 腳）：輸入輸出腳，稱為P2 口，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 I/O口。(10腳 17 腳）：輸入輸出腳，稱為P3 口，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 I/O口。P3 端口具有復(fù)用功能。STC89C52RC單片機(jī)器件參數(shù)1 、增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘/ 機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘/ 機(jī)器周期可以任意選擇， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。2 、工作電壓：（ 5V 單片機(jī)） / （ 3V 單片機(jī)）。3 、工作頻率范圍： 040MHz，相當(dāng)于

7、普通 8051 的 080MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz4 、用戶應(yīng)用程序空間為8K 字節(jié)。5 、片上集成 512 字節(jié) RAM。6 、通用 I/O口（32 個(gè)），復(fù)位后為： P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉， P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。7 、ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP （在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8 、具有 EEPROM功能。9 、共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2。10 、外部中斷4

8、路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。11 、通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。12、工作溫度范圍： -40 +85（工業(yè)級(jí)） /0 75（商業(yè)級(jí)）。13、PDIP封裝。溫度傳感器 DS18B20DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。LTM8877，LTM8874等等。主DS18B20 的主要特性1 、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍: ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。2 、獨(dú)特的單線接口方式

9、，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊。3 、 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。4 、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。5、溫范圍 -55 +125，在 -10+85時(shí)精度為±。6、可編程的分辨率為 912 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為、和，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。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)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器

10、。DS18B20的外形及管腳排列如圖3-2 所示:圖 2-2溫度傳感器 DS18B20DS18B20引腳定義 :(1) GND為電源地 ;(2) DQ為數(shù)字信號(hào)輸入 / 輸出端;(3) VDD為外接供電電源輸入端 ( 在寄生電源接線方式時(shí)接地) 。液晶顯示器 LCD1602液晶顯示器 LCD1602功能介紹1602液晶顯示器也叫1602 字符型液晶顯示器，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)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，CGRA，M顯示效果也不好

11、）。如圖正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形3-3 所示：（用自定義圖 2-3 液晶顯示器 LCD1602LCD1602 管腳介紹LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口， 如圖 3-3 所示，其中從左到右為1-16 腳： 第 1 腳： GND為電源地第 2 腳： VCC接 5V 電源正極第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K 的電位器調(diào)整對比度）。第 4 腳： RS為寄存器選擇，高電平1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0 時(shí)選擇指令寄存器。第 5 腳： RW為讀寫信號(hào)線，高電平 (1) 時(shí)進(jìn)行讀操作

12、，低電平 (0) 時(shí)進(jìn)行寫操作。第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端, 高電平（ 1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。第 7-14 腳： D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。第 15-16 腳：空腳或背燈電源， 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。LCD1602 主要特性1 、或 5V 工作電壓，對比度可調(diào)。2 、內(nèi)含復(fù)位電路。3 、提供各種控制命令 , 如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。4 、有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRA。M5 、內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGRO。M 6、8 個(gè)可由用戶自定義的5X7 的字符發(fā)生器 CGRA。M3

13、 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖溫度檢測系統(tǒng)由USB 接口電源， DS18B20溫度傳感器組成的溫度檢測模塊， STC89C52單片機(jī)組成的核心電路，復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及液晶顯示器組成的顯示電路構(gòu)成。如圖 3-4 所示：時(shí)鐘電路模塊復(fù)位電路模塊DS18B20溫 度 檢 測 模STC89C52單片機(jī)LCD1602顯示模塊電源模塊最小的單片機(jī)系統(tǒng)圖 3-1系統(tǒng)框圖單片機(jī)最小系統(tǒng)以 AT89C52RC為核心, 外加時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 , 電路結(jié)構(gòu)簡單 ,抗干擾能力強(qiáng) , 成本相對較低 , 非常符合本設(shè)計(jì)的所有要求。時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路在單片機(jī)的外部通過 XTAL1,XTAL2這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容 ,

14、 構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。本系統(tǒng)采用的為 12MHz 的晶振 , 一個(gè)機(jī)器周期為1us,C1、C2 為 22pF。如圖 3-5 所示圖 3-2時(shí)鐘電路仿真圖復(fù)位電路復(fù)位電路分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位,RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端, 復(fù)位信號(hào)是高電平有效。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容C3和電阻 R1來實(shí)現(xiàn)。如圖3-6 所示：圖 3-3復(fù)位電路原理圖按鍵手動(dòng)復(fù)位是復(fù)位鍵來實(shí)現(xiàn)的，上圖 3-6 中未添加復(fù)位鍵， 復(fù)位鍵可添加在正5V 電源與單片機(jī) RST管腳之間。溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 3-4溫度檢測仿真圖外部電源供電方式是DS18B20的最佳工作方式，工作溫度可靠，抗干擾能力強(qiáng)，電路也簡單，并且可以開發(fā)出

15、穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。液晶顯示電路設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16 腳接口， VSS管腳接地， VDD管腳接正 5V 電源， VEE管腳接電位器RV1，RS管腳外接單片機(jī)的口 ,RW管腳接地， E 管腳外接單片機(jī)的口， D0-D7 管腳分別接單片機(jī)的口，仿真圖未標(biāo)識(shí)出的A、K 管腳為背光燈電源管腳，分別接正5V 電源和地。如圖3-8 所示：DS18B20采用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 第 2 管腳外接一個(gè)上拉電阻與單片機(jī)的口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，第3 管腳外接正 5V 電源，第 1 管腳接地。如圖3-7 所示：圖 3-5 液晶顯示電路原理圖液晶顯示器雖然加了驅(qū)動(dòng)電路，但并不發(fā)光， 液

16、晶顯示器發(fā)出來的光是由背光發(fā)出的， 燈管的特性類似于家用日光燈，工作時(shí)需要高壓。 這部分電路通常稱為高壓背光電路?；蚪懈邏罕彻怛?qū)動(dòng)電路。 液晶顯示器所消耗的電能基本全是由背光消耗。相對而言， 這部分電路工作在高壓大電流下，很容易出現(xiàn)故障， 液晶顯示器的自然故障大多數(shù)是這個(gè)部分出現(xiàn)了電路故障。4 主要參數(shù)計(jì)算與分析溫度顯示一共 2個(gè)字節(jié)， LSB 是低字節(jié)， MSB是高字節(jié)， 其中 MSB 是字節(jié)的高位， LSB 是字節(jié)的低位。大家可以看出來，二進(jìn)制數(shù)字，每一位代表的溫度的含義， 都表示出來了。其中S 表示的是符號(hào)位，低11位都是 2的冪，用來表示最終的溫度。DS18B20的溫度測量范圍是從 -

17、55度到+125 度，而溫度數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，有正負(fù)溫度，寄存器中每個(gè)數(shù)字如同卡尺的刻度一樣分布。TEMPERATUREDIGITAL OUTPUT(Binary)DIGITAL OUTPUT(Hex)如表一所示：+125 度0000 0111 1101 000007D0h+度0000 0001 1001 00010191h+度0000 0000 1010 001000A2h+度0000 0000 0000 10000008h0 度0000 0000 0000 00000000h度1111 1111 1111 1000FFF8h度1111 1111 0101 1110FF5Eh度1111 111

18、0 0110 1111FF6Fh-55 度1111 1100 1001 0000FC90h表一實(shí)際溫度對照表二進(jìn)制數(shù)字最低位變化1 ，代表溫度變化度的映射關(guān)系。當(dāng)0度的時(shí)候，那就是 0x0000，當(dāng)溫度 125度的時(shí)候， 對應(yīng)十六進(jìn)制是0x07D0，當(dāng)溫度是零下 55度的時(shí)候，對應(yīng)的數(shù)字是0xFC90。反過來說，當(dāng)數(shù)字是0x0001的時(shí)候，那溫度就是， 達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。5 軟件設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)分析溫度檢測系統(tǒng)由溫度及中斷初始化，溫度檢測， 溫度輸入處理， 溫度顯示等幾部分模塊組成。如圖5-1 所示：程序流程圖圖 5-1軟件設(shè)計(jì)程序流程圖包括：開始后先進(jìn)行各個(gè)模塊的初始化，然后再進(jìn)行溫度（數(shù)據(jù)）的采

19、樣處理，最后由液晶顯示器輸出溫度。如圖5-2 所示：開始單片機(jī)開始初始化LCD 顯示初始化中斷初始化DS18B20 初始化DS18B20進(jìn)行溫度采集LCD顯示實(shí)時(shí)溫度等待6 Proteus軟件仿真圖 5-2程序流程圖溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的Proteus原理圖設(shè)計(jì)， 找到 12MHz晶振、STC89C52單片機(jī)、 DS18B20溫度傳感器、液晶顯示器等器件， 并用線進(jìn)行連接， 注意電源與地。 如圖 6-1 所示：圖 6-1溫度檢測系統(tǒng)仿真圖加載程序液晶屏顯示溫度。如圖6-2 所示：圖 6-2溫度檢測系統(tǒng)模擬運(yùn)行通過調(diào)整 DS18B20中的“ +”“ - ”即可改變顯示數(shù)值。7 實(shí)物制作器材清單最小系

20、統(tǒng)板制作焊接最小系統(tǒng)板，把電容、極性電容、12Mhz晶振、電阻、排針、底座插到最小系統(tǒng)板上， 因?yàn)楸趁骐娐范家堰B接好，圖 7-1 所示：只需在各個(gè)位置焊上個(gè)元器件即可。實(shí)物圖如實(shí)物制作用到的器件有以下幾種，如表二所示：名稱封裝型號(hào)參數(shù)數(shù)量瓷片電容直插30PF2石英晶體直插1電阻直插1/4W10K1電解電容直插22UF/16V1CPU雙列直插STC89C52RCHD1CPU 座雙列直插DIP-401電阻直插1/4W1溫度傳感器直插DS18B201電位器直插3296W-10310K1液晶顯示器LCD160211P 杜邦線彩色母對母兩頭插好杜邦頭孔對孔 40 根一排單根長度 20cm30 針排針直插

21、腳距高 111X40 單排插針30 線最小系統(tǒng)板1洞洞板9X7CM單面1表二溫度檢測單片機(jī)元器件明細(xì)表圖 7-1最小系統(tǒng)電路實(shí)物圖溫度檢測系統(tǒng)電路板制作DS18B20焊接時(shí)應(yīng)注意 1,2,3腳，電路板最右面焊排針，以便輸入信號(hào)。輸入程序前用杜邦線將各個(gè)模塊進(jìn)行連接。實(shí)物圖如圖7-2 所示：溫度檢測展示圖 7-2溫度檢測系統(tǒng)電路實(shí)物圖室內(nèi)溫度測量如圖7-3 所示：圖 7-3室溫用手指捏住 DS18B20一段時(shí)間，再次進(jìn)行溫度的測量。如圖7-4 所示：焊接點(diǎn)展示圖 7-4手指加熱每個(gè)焊點(diǎn)以方正，不帶刺，均勻?yàn)楹?。?dāng)焊好電路后，仔細(xì)檢查焊點(diǎn)質(zhì)量與是否導(dǎo)通。如圖 7-5 所示：作品檢查圖 7-5焊接點(diǎn)

22、展示1 、首先按照仿真圖將實(shí)物焊接, 注意焊接的質(zhì)量 , 不要出現(xiàn)虛焊等現(xiàn)象。2 、通電觀察現(xiàn)象。3 、通電后無反應(yīng)。4 、將單片機(jī)換一塊最小系統(tǒng)板, 檢查是否原來最小系統(tǒng)板有問題及單片機(jī)是否有問題。5 、液晶顯示器的顯示和仿真是否有不同。6 、檢查單片機(jī)引腳與液晶顯示器連接的順序是否正確. 程序是否匹配。7 、液晶顯示器不亮或亮的很暗。8 、檢查線路的正負(fù)極是否接反, 檢查限流電阻阻值是否正確, 檢查是否有斷路現(xiàn)象。當(dāng)焊好電路后通電之后， 發(fā)現(xiàn)電路不亮， 檢查了一下單片機(jī)向外的接口，虛焊了個(gè)地方，重新焊好后，接入液晶顯示器，發(fā)現(xiàn)有一組液晶顯示器不亮，原因是未連接背光電路，重新連接后，通電，試驗(yàn)成功。8 結(jié)論本系統(tǒng)充分利用了 STC89C52R芯C 片的 I/O 引角。系統(tǒng)統(tǒng)采用 MSC-51系列單片機(jī)為中心器件來設(shè)計(jì)溫度檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際溫度通過單片機(jī)芯