數(shù)字式溫度計課程論文

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計報告（論文）題目：數(shù)字式溫度計專業(yè)班級：電氣128班姓 名：上官鵬飛時 間：2014.12.20指導(dǎo)教師：張素君2014年12月20日數(shù)字式溫度計課程設(shè)計任務(wù)書1設(shè)計目的與要求設(shè)計出一個用于測量溫度的控制器，獨立完成系統(tǒng)設(shè)計，要求所設(shè)計的電路具有以下功能：（1）測溫范圍50-110攝氏度。（2）精度范圍不大于 0.1攝氏度。（3）LED數(shù)碼直讀顯示。2設(shè)計內(nèi)容 （1）畫出電路原理圖，正確使用邏輯關(guān)系；（2）確定元器件及元件參數(shù)；（3）進(jìn)行電路模擬仿真；（4）SCH文件生成與打印輸出；3編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。4答辯 在規(guī)定時間

2、內(nèi)，完成敘述并回答問題。論文結(jié)構(gòu)清晰，層次分明，理論嚴(yán)謹(jǐn)?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字溫度計設(shè)計 128班上官鵬飛摘要：本設(shè)計采用單片機(jī)來對他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中普遍而且重要的物理參數(shù)之一。在生產(chǎn)過程中，為了高效地進(jìn)行生產(chǎn)，必須對它的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量等進(jìn)行有效的控制。溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當(dāng)大的比例。溫度測量是溫度控制的基礎(chǔ)，技術(shù)已經(jīng)比較成熟。傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和二電阻。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，

3、再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，這些方法相對比較復(fù)雜，需要比較多的外部硬件支持。我們用一種相對比較簡單的方式來測量。 我們采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS18B20之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，溫度范圍為-55125 ºC,最高分辨率可達(dá)0.0625 ºC。DS18B20可以直接讀出北側(cè)溫度值，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。本文介紹一種基于STC89C52單片機(jī)的一種溫度測量及報警電路,該電路采用DS18B20作為溫度監(jiān)測元件，測量范圍-55-+110，使用四位一體式數(shù)碼管顯示，能設(shè)置溫度報警上下限。正文

4、著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了集成溫度傳感器DS18B20的原理，STC89C52單片機(jī)功能和應(yīng)用。該電路設(shè)計新穎、功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單。關(guān)鍵詞：溫度測量；四位一體式數(shù)碼管；DS18B20；STC89C52 1 引言： 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入W

5、TO，我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。2 總體設(shè)計方案 2.1 設(shè)計思路2.1.1先通過溫度傳感器將所測的溫度的數(shù)字量送入單片機(jī)，然后通過單片機(jī)來控制四位一體式數(shù)碼管

6、顯示。該系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，實現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出兩種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實現(xiàn)方案。 （1）方案確立采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化,在利用單片機(jī)處理及控制，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器AT89S51構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大。2.2 設(shè)計方框圖如下圖2-2 圖2-2 3 設(shè)計原理分析3.1 測溫電路的設(shè)計測溫可以采用目前最先進(jìn)的美國生產(chǎn)的ds18b20來測量溫度。DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x

7、更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EPROM中，掉電后依然保存。溫度傳感器DS18B20引腳如圖3-1所示。圖3-1 DS18B20TO92封裝溫度傳感器引腳功能說明：VDD ：可選電源腳，電源電壓范圍35.5V。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。DQ ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏極開路，常態(tài)下高電平。GND ：為電源地。圖3-1-2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖3-1-2主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B

8、20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。 這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將

9、測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)

10、是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 該字節(jié)各位的意義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如表3-1-3所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）表3-1-3 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間00993.750110187.510113751112750根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20

11、完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。18B20初始化流程圖見圖5-2。3.1.2溫度傳感器與單片機(jī)的連接溫度傳感器的單總線(1-Wire)與單片機(jī)的P20連接，P20是單片機(jī)的高位地址線A8。P2端口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO，其輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對該端口寫“1”

12、，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端口拉至高電平，此時可作為輸入口使用，這是因為內(nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時。如執(zhí)行MOVX DPTR指令，則表示P2端口送出高8位的地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，可執(zhí)行MOVX RI指令，P2端口內(nèi)容即為特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中R2寄存器內(nèi)容，整個訪問期間不改變。在Flash編程和程序校驗時，P2端口也接收高位地址和其他控制信號。圖3-5為DSl8820內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖3-1-4為DSl8820與單片機(jī)的接口電路。圖3-1-4 DS18B20和單片機(jī)的接口連接3.2外部復(fù)位電路

13、的設(shè)計單片機(jī)的P1.6端口是MAX813看門狗電路中喂狗信號的輸入端，即單片機(jī)每執(zhí)行一次程序就設(shè)置一次喂狗信號，清零看門狗器件。若程序出現(xiàn)異常，單片機(jī)引腳RST將出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平，使其復(fù)位。該復(fù)位信號高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩脈沖周期即兩個機(jī)器周期以上。若使用頻率為12 MHz的晶體振蕩器，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過2s才完成復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖3-2-1圖3-2-1 復(fù)位電路3.2.1四位一體式數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計顯示電路采用四位一體式共陽數(shù)碼管，它的工作原理是采用動態(tài)顯示驅(qū)動，數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯

14、示筆劃abcdefgdp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路。四位一體式數(shù)碼管于單片機(jī)接線電路圖3-2-2 圖3-2-2數(shù)碼管接線電路3.2.2報警電路設(shè)計報警模塊由2個發(fā)光二極管構(gòu)成，當(dāng)測量到的溫度值小于報警下限或大于報警上限，發(fā)光二極管發(fā)光。也可以通過2個發(fā)光二極管的發(fā)光情況判斷報警的是上限報警還是下限報警它的電路圖如下圖3-2-3圖3-2-3報警電路3.2.3單片機(jī)模塊 單片機(jī)模塊是系統(tǒng)的控制單元主要復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)控，如接收溫度模塊的信號，處理并為顯示模塊，報警模塊等模塊提供信號。單片機(jī)模塊是以AT89C2051為基礎(chǔ)外加單片機(jī)的外圍電路構(gòu)成，外圍電路如晶振電

15、路，復(fù)位電路，按鍵等。3.2.4晶振電路設(shè)計 晶振電路由一個12M的晶振和兩個電容構(gòu)成的一個無輸入，而輸出電路，其硬件電路如圖3-2-4所示。 圖3-2-4晶振電路圖3.2.5上拉電阻電路的設(shè)計 由于單片機(jī)的po口所提供的電流很小不能來驅(qū)動四位一體式數(shù)碼管，所以需要接上拉電阻來驅(qū)動。上拉電阻電路圖如圖3-2-5 圖3-2-5上拉電阻電路圖4 結(jié)束語本次為期兩周的單片機(jī)課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束了，真的很感激學(xué)校能夠提供本次的學(xué)習(xí)機(jī)會，在這次實習(xí)中我學(xué)到的最深的就是對軟件的操作技術(shù)和自學(xué)與理解的能力。真的也是對以前的知識的復(fù)習(xí)，通過這次的實習(xí)我相信我對單片機(jī)有了更深的理解，另外也感謝我的指導(dǎo)老師，對我的耐心指導(dǎo)。其實數(shù)字溫度計科利用在很多領(lǐng)域，在一些人不能直接進(jìn)入的場所，利用單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計，可以設(shè)置并控制其中的溫度，在以后的時間里我會不斷的去嘗試設(shè)計更新更實用的數(shù)字溫度計，相信我會做到的。 參考文獻(xiàn)1孫雷.單片微型計算機(jī)