答辯-基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)

1、緒論緒論設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容確定設(shè)計(jì)方案確定設(shè)計(jì)方案硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試結(jié)過(guò)與展望結(jié)過(guò)與展望1 15 52 23 34 46 67 7 隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來(lái)單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。 本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)

2、具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。1 1 緒論緒論2 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方框圖系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方框圖方案一：方案一： 使用熱敏電阻之類的器件，利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(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，用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，被測(cè)溫度就可以在顯示電路上顯示出來(lái)。方案二：方案二： 使用溫度傳感器，結(jié)合單片 機(jī) 電 路 設(shè) 計(jì) ， 采 用 一 只DS18B20溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后就可以滿足設(shè)計(jì)要求。方案確定：方案確定： 從以上兩種方案很容易看出方案二電

3、路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)本設(shè)計(jì)中采用方案二。方案二可以只用一根線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的雙向傳輸，具有接口簡(jiǎn)單容易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，DS18B20可以直接溫度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)，供單片機(jī)進(jìn)行處理，具有低功耗、商性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。3 3 確定設(shè)計(jì)方案確定設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 4 4 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)圖4.1 復(fù)位電路圖1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是上電自動(dòng)復(fù)位方式，復(fù)位電路如圖4.1 所示：硬件選型：硬件選型： 單片機(jī):STC89C52； 溫度傳感器：DS18B20； 顯示器：4位共陰極數(shù)碼顯示管； 報(bào)警元件：蜂鳴器； 本設(shè)計(jì)還采用了若干電阻、電容、按鍵和PNP等

4、常用基本元件。2 2 晶振電路的設(shè)計(jì)晶振電路的設(shè)計(jì) 對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)工程的晶振電路，都是用于單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)只有在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，其各部件之間才能協(xié)調(diào)一致工作，時(shí)鐘信號(hào)控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。本次設(shè)計(jì)采用的內(nèi)部方式的晶振電路，其如圖4.2所示：圖4.2 晶振電路圖3 3 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)測(cè)溫電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的溫度傳感器是DS18B20，其測(cè)溫電路如圖4.3所示：圖4.3 測(cè)溫電路圖 4 4 按鍵電路設(shè)計(jì)按鍵電路設(shè)計(jì) 利用單片機(jī)的I/O口實(shí)現(xiàn)按鍵的中斷輸入。另外需要一個(gè)與門實(shí)現(xiàn)與中斷端口的連接。按鍵電路如圖4.4所示，期中按鍵K1為進(jìn)入/退出設(shè)置鍵；K2為增加鍵；K3為減小鍵

5、。 5 5 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用三極管8550來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器：報(bào)警電路如圖4.5所示，三極管Q5來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的。圖4.4 按鍵電路圖圖4.5 報(bào)警電路圖 6 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì) 采用四位數(shù)碼管來(lái)顯示溫度的大小，可以直接讀取，溫度精確到0. 。四位數(shù)碼管的顯示電路如圖4.6所示，從左到右依次是百位，十位，個(gè)位，十分位。圖4.6 顯示電路圖5 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 1 1 主程序流程圖主程序流程圖 主程序的主要功能是讀出并處理DS18B20測(cè)量的當(dāng)前溫度值和負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示，溫度測(cè)量每1s 進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖5.1 所示。圖5.1 主程序

6、流程圖 軟件設(shè)計(jì)主要是系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)和protues仿真。系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序、報(bào)警子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序和按鍵掃描處理子程序。2 2 讀出溫度子程序讀出溫度子程序 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(shí)需進(jìn)行CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖5.2示：圖5.2 讀出溫度子程序流程圖3 3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖5.3 所示：圖5.3 溫度轉(zhuǎn)換命令

7、子程序流程圖4 4 報(bào)警子程序報(bào)警子程序 設(shè)置報(bào)警標(biāo)志位beep,當(dāng)溫度大于設(shè)置的高限報(bào)警值或低于設(shè)置的低限報(bào)警值是，beep=1報(bào)警；當(dāng)溫度值在正常范圍內(nèi)時(shí)，beep=0.報(bào)警流程圖如圖5.4所示圖5.4 報(bào)警子程序流程圖5 5 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序 計(jì)算溫度子程序?qū)AM 中讀取值進(jìn)行BCD 碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖5.5 所示：圖5.5 計(jì)算溫度子程序流程圖6 6顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為1時(shí)將符號(hào)顯示位移入第一位。程序流程圖如圖5.6所示。圖5.6 顯示數(shù)據(jù)刷新子程

8、序流程圖7 7 按鍵掃描處理子程序按鍵掃描處理子程序 按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為1 時(shí)，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。如下圖5.7所示。圖5.7 按鍵掃描處理子程序流程圖ProuesProues仿真仿真 Protues仿真圖如圖5.8和5.9所示：圖5.9 DS18B20仿真圖圖5.8 Protues仿真圖 如圖5.10是第一次按下K1鍵顯示的上限溫度報(bào)警值，此時(shí)按K2或K3鍵分別對(duì)上限溫度報(bào)警值進(jìn)行加一或減一；圖5.11是第二次按下K1鍵顯示的下限溫度報(bào)警值，此時(shí)按K2或K3鍵分別對(duì)下限溫度報(bào)警值進(jìn)行加一或減一；第三次按下K1鍵時(shí)，顯示當(dāng)前測(cè)量的溫度值。圖5.11 下限溫

9、度報(bào)警值圖5.10 上限溫度報(bào)警值6 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 首先檢查電路的焊接是否正確及電路中有沒(méi)有虛焊等問(wèn)題，然后用萬(wàn)用表測(cè)試電路板上的各個(gè)正極和負(fù)極是否全部都正確的接在了相應(yīng)的正極公共端和負(fù)極公共端上和檢查各元件的引腳是否有接錯(cuò)。經(jīng)檢查一切無(wú)誤后，溫度傳感器DS18B20正常工作，測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)溫度如圖6.1所示：圖6.1 系統(tǒng)調(diào)試圖 第一次按下K1鍵，顯示系統(tǒng)的高限報(bào)警溫度值，按下K2和K3鍵能對(duì)高限報(bào)警溫度值分別進(jìn)行加1和減1設(shè)置，高限報(bào)警溫度值如圖6.2所示： 第二次按下K1鍵，顯示系統(tǒng)的低限報(bào)警溫度值，按下K2和K3鍵能對(duì)低限報(bào)警溫度值分別進(jìn)行加1和減1設(shè)置，低限報(bào)警溫度值如圖6.3所示：圖6.3 低限溫度報(bào)警值