畢業(yè)設計-數(shù)字溫度計設計與制作-畢設-溫度計-論文

1、裝訂線摘 要本文主要介紹數(shù)字溫度計的制作，主要用到的材料有單片機AT98C51,芯片控制溫度傳感器DS18B20,7段數(shù)碼管。利用proteus軟件來設計制作電路板，匯編語言進行編譯，使之能夠進行溫度的采集與輸出。在PCB上，布置一系列的芯片、電阻、電容等元件，通過PCB上的導線相連，構成電路，一起實現(xiàn)溫度計的功能。 通過完成溫度傳感器的設計，使我不但能夠?qū)⒄n堂上學到的理論知識與實際應用結合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐贰㈦娮釉骷?、印制電路板等方面的知識進一步加深認識，在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術、相關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。 關鍵詞：溫度計 AT89C51 DS18B2

2、0 硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)目 錄一、引言 1二 、數(shù)字溫度計設計方案論證 Y 1. 單片機的選取 Y 2. 溫度傳感器的選取 Y 3. 系統(tǒng)最終選取方案 Y三、方案的總體設計 Y 1. 方案框圖 Y 2. 方案具體組成圖 Y 3. 硬件電路概述 Y四、主要單元的設計 Y 1. 單片機主控模塊 Y 2. 溫度采集模塊 Y 3. 數(shù)據(jù)顯示模塊 Y 4. 硬件電路圖 Y五、系統(tǒng)算法分析 Y 1. 主程序 Y 2 . 讀出溫度子程序 Y 3. 溫度轉換命令子程序 Y 4. 計算溫度子程序 Y 5. 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 Y 6. 軟件程序 Y六、在綜合畢業(yè)設計過程中解決了哪些疑難問題，是用什么方法和措施解決

3、 的 Y七、還存在有哪些問題有待于改進 Y結論 Y致謝 Y參考文獻 Y附錄 YIII一、引言 最早的溫度計是在1593年由意大利科學家伽利略(15641642)發(fā)明的。他的第一只溫度計是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時先給玻璃泡加熱，然后把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化，玻璃管中的水面就會上下移動，根據(jù)移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。溫度計有熱脹冷縮的作用所以這種溫度計，受外界大氣壓強等環(huán)境因素的影響較大，所以測量誤差大。隨著科技不斷發(fā)展與單片機的應用越來越廣泛，利用新型數(shù)字溫度計實現(xiàn)對溫度的測試與控制是必然趨勢。本文設計利用單片機AT89C51芯片控制溫度傳

4、感器DS18B20，再輔之以外圍電路實現(xiàn)對環(huán)境溫度的采集與顯示，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，擴展性能很強大。具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，廣泛適合于社會生產(chǎn)、生活的各個領域的溫度測量，符合很多場合精確溫度的測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。在三大信息信息采集(即傳感器技術)、信息傳輸(通信技術)和信息處理(計算機技術)中，傳感器屬于信息技術的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術，在我國各領域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度

5、的測量方法和裝置具有重要的意義。 做本課題的所用到的知識是我們學過的模擬電子電路以及數(shù)字邏輯電路等，本次課設是把理論和實踐結合起來，這不但可以鍛煉自己的動手能力，而且還可以加深對數(shù)字邏輯電路和模擬電子電路的學習和理解。通過完成數(shù)字溫度計的設計，使我不但能夠?qū)⒄n堂上學到的理論知識與實際應用結合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐贰㈦娮釉骷⒂≈齐娐钒宓确矫娴闹R進一步加深認識，在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術、相關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。同時也激起了我學好單片機的斗志。為了全面清晰的表達，本論文用圖文并茂的方式，盡可能詳細的地介紹此次設計的全過程。二、數(shù)字溫度計設計方案論證2.1 單

6、片機芯片的選取：方案一.采用89C51芯片作為硬件核心，利用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術, 當在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二:采用AT89C2051單片機與MCS-51系列單片機相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)程序存儲器采用閃存，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路的體積更小，且管腳數(shù)目為20個，與MCS-51相比減少一倍，使理解更容易。綜上所述：本課

7、設中單片機芯片采用AT89C2051。 2.2溫度傳感器的選?。?方案一：由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D 轉換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D 轉換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響從而出現(xiàn)較大的偏差。 方案二：考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進

8、行轉換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設計要求。2.3系統(tǒng)最終設計方案：綜上各方案所述,對此次課設的方案選定: 采用AT89C2051作為主控制系統(tǒng);四位一體共陰LED顯示器SM420564作為溫度數(shù)據(jù)顯示裝置;而智能溫度傳感器DS18B20器件作為測溫電路主要組成部分。至此，系統(tǒng)最終方案確定。3、 方案的總體設計1. 方案框圖傳感器放大系統(tǒng)A/D轉換顯示 溫度計電路設計總體設計方框圖，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。2.方案的具體組成圖：單片機芯片AT89C2051復位電路晶振控制電源電路溫度檢測電路L

9、ED顯示器3.硬件電路概述： 本電路是由AT89C2051單片機為控制核心，具有與MCS-51系列單片機完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節(jié)可編程閃存，工作電壓范圍為2.76V，全靜態(tài)工作頻率為024MHZ；顯示電路由4位一體的共陰LED顯示器提供，任取其中三位作為所讀取的外界溫度個位，十位，百位顯示，該器件較之單個LED顯示器具有引腳個數(shù)少，便于連線，出錯機率低，查找方便等優(yōu)點；溫度傳感器電路主要由DS18B20測溫器件構成，該器件主要功能有：采用單總線技術；每只DS18B20具有一個獨立的不可修改的64位序列號；低壓供電，電源范圍為35V；測溫范圍為-55+125，在-1085范圍內(nèi)誤差

10、為±0.5；可編程數(shù)據(jù)為912位，轉換12位溫度期間為750ms等；復位電路由1uf電解電容和10K電阻構成。四、主要單元電路的設計： 1.單片機主控模塊：AT89C2051單片機芯片采用DIP-20封裝形式，與80C51芯片進行比較，減少了兩個對外端口（P0口和P2口），P3.6口在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，外端引腳并不顯示，其P1口為8位雙向I/O引腳，P3.0P3.5與P3.7口為7個帶內(nèi)部上拉的雙向I/O引腳。單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示,4引腳和5引腳接時鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,

11、在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出.第1引腳為復位輸入端,接上電容,電阻構成上電復位電路,20引腳為電源端,10引腳為電源端. 主控電路如下：其中：P1口的P1.0P1.6為顯示器的段選信號；P3口中的P3.4，P3.5，P3.7口為位選控制端，分別對應數(shù)據(jù)中的百位，十位，個位。P3.2口為溫度傳感器DS18B20的信號端。 2.溫度采集模塊：1、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。2、測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率0.5。3、支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測

12、溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。4、工作電源: 35V/DC 5、在使用中不需要任何外圍元件6、測量結果以912位數(shù)字量方式串行傳送DS18B20的性能特點如下：·獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；·實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫；·可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V；·在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號；·溫度以9或12位數(shù)字量讀出；·報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度(溫度報警條件)的器件；·負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒

13、毀，但不能工作。該器件僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，使用P3.2與DS18B20的DQ口連接加一個上拉電阻,VCC接5V電源,GND接 地。測溫電路如下：3.數(shù)據(jù)顯示模塊： 采用4位一體共陰LED顯示器。本課程設計中，顯示器型號選取SM420564。在采用動態(tài)掃描方式時，要使得LED顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設置適當?shù)膾呙桀l率，根據(jù)課設任務所要求的功能確定。顯示電路如下： 其中：AG管腳與P0口的P1.0P1.6相連，確定顯示器被選中數(shù)據(jù)位的段碼； 2，3，4管腳分別于P3口的P3.4，P3.5，P3.7相連，確定顯示器的位碼，分別對應于數(shù)據(jù)的百位，十位和個位。4.硬件電路圖： 注：

14、此圖為仿真軟件proteus7.4中的仿真電路截圖，所以單片機主控部分未曾給出晶振控制部分（需要通過系統(tǒng)設置為12MHZ）以及AT89C2051芯片的電源VCC引腳和地端GND引腳的相應連線（表示已默認二者正常連線）。 五、系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。1.主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度。2.讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫

15、度數(shù)據(jù)的改寫。初始化調(diào)用顯示子程序1S到？初次上電讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉換開始命令命令NYNYY發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節(jié)完？CRC校驗正？確？移入溫度存儲器結束NNY 3.溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉換開始命令 結束4.計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定。 開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標

16、志計算小數(shù)位溫度BCD值 計算整數(shù)位溫度BCD值 結束置“+”標志NY5.顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？百位數(shù)0？十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)不顯示符號 結束NNYY6.軟件程序ORG 0000HTEMPER_L EQU 41HTEMPER_H EQU 40HFLAG1 EQU 38HA_BIT1 EQU 31HB_BIT1 EQU 32HD_BIT1 EQU 35HDQ EQU P3.2MOD7: MOV SP, #60HLCALL GET_TEMPERLCA

17、LL TEMPCOVLCALL DISPLAYAJMP MOD7TEMP0: INC AAJMP TEMP1TEMPCOV: MOV A, TEMPER_LMOV B, #16DIV ABJB B.3, TEMP0TEMP1: MOV 34H, AMOV A, BMOV B, #10MUL ABMOV B, #16DIV ABMOV 30H, AMOV A, TEMPER_HMOV B, #16MUL ABADD A, 34HMOV B, #10DIV ABMOV 31H, BMOV B, #10DIV ABMOV 32H, BMOV B, #10DIV ABMOV 35H, BMOV A,

18、TEMPER_HMOV 33H, #10HJB ACC.7, EXIT7MOV 33H, #00HEXIT7: RETINIT_1820: SETB DQNOPCLR DQMOV R1, #3TSR1: MOV R0, #107DJNZ R0, $DJNZ R1, TSR1SETB DQNOPNOPNOPMOV R0, #25HTSR2: JNB DQ, TSR3DJNZ R0, TSR2LJMP TSR4TSR3: SETB FLAG1LJMP TSR5TSR4: CLR FLAG1LJMP TSR7TSR5: MOV R0, #117TSR6: DJNZ R0, TSR6TSR7: SET

19、B DQRETGET_TEMPER: SETB DQLCALL INIT_1820JB FLAG1, TSS2RETTSS2: MOV A, #0CCHLCALL WRITE_1820MOV A, #44HLCALL WRITE_1820LCALL DISPLAYLCALL INIT_1820MOV A, #0CCHLCALL WRITE_1820MOV A, #0BEHLCALL WRITE_1820LCALL READ_18200RETWRITE_1820: MOV R2, #8CLR CWR1: CLR DQMOV R3, #6DJNZ R3, $RRC AMOV DQ, CMOV R3

20、, #23DJNZ R3, $SETB DQNOPDJNZ R2, WR1SETB DQRETREAD_18200: MOV R4, #2MOV R1, #TEMPER_LRE00: MOV R2, #8RE01: CLR CSETB DQNOP NOPCLR DQNOPNOPNOPSETB DQMOV R3, #9RE10: DJNZ R3, RE10MOV C, DQMOV R3,#23RE20: DJNZ R3, RE20RRC ADJNZ R2, RE01MOV R1, ADEC R1DJNZ R4, RE00RETDISPLAY: MOV DPTR, #TABMOV R0, #4DP

21、L1: MOV R1, #250DPLOP:MOV A, 31HMOVC A,A+DPTRMOV P1, ACLR P3.7ACALL D1MSSETB P3.7MOV A, 32HMOVC A,A+DPTRMOV P1, ACLR P3.5ACALL D1MSSETB P3.5MOV A, 35HMOVC A,A+DPTRMOV P1, A CLR P3.4ACALL D1MSSETB P3.4MOV P1, #00HDJNZ R1, DPLOPDJNZ R0, DPL1RETD1MS: MOV R7, #0FFHDJNZ R7, $RETTAB: DB 3FHDB 06HDB 5BHDB

22、4FHDB 66HDB 6DHDB 7DHDB 07HDB 7FHDB 6FHEND6、 在綜合畢業(yè)設計過程中解決了哪些疑難問題，是用什么方法和措施解決的 在畢業(yè)設計期間我了解并使用了系統(tǒng)仿真軟件proteus和編譯軟件keil，使我們進一步了解了單片機的設計制作過程，其中最為困難的是軟件部分，即編程部分，我們上網(wǎng)找了好多資料，雖然經(jīng)過自己的修改，但還是有很多功能不 能實現(xiàn)，如報警和溫度上下限設置。由于 protues 并不是很熟練，在使用的過程中 有很多原件的名稱不知道，從而花費了大量的時間在網(wǎng)上查找，今后應該會在這方面多多努力。七、還存在有哪些問題有待于改進 此溫度計能成功測量精確溫度，但

23、是應用到實際當中，缺乏控制報警系統(tǒng)，安裝控制系統(tǒng)與報警系統(tǒng)后，就能實現(xiàn)全自動化的生產(chǎn)與測量。結論本文設計的數(shù)字溫度表，由于采用了新型的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，不但具有硬件結構緊湊、功耗低、抗干擾性能好、使用簡易、攜帶方便等優(yōu)點，而且還具有很高的穩(wěn)定性、可靠性。靈敏度高，精度可達0.5；能對范圍在-55125的溫度進行測量。致謝 在本文即將結束之際，我要由衷地感謝在我畢業(yè)設計階段乃至學習生活中幫助過我的師長與同學。 在撰寫過程中，要特別感謝我的導師何瑜的指導與督促，同時感謝他的諒解與包容。沒有何瑜老師的幫助也就沒有今天的這篇論文。求學歷程是艱苦的，但又是快樂的。他不求回報，無私奉獻的精神很讓我感動，再次向他表示由衷的感謝。在這三年的學期中結識的各位生活和學習上的摯友讓我得到了人