數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:內(nèi)容摘要本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，就是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多以熱敏電阻為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差，測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，而且必須經(jīng)過專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。本次采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)用LCD數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求，可以用于溫度等非電信號(hào)的測(cè)量，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，能獨(dú)立工作的單片機(jī)溫度檢測(cè)、溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用很多領(lǐng)域。索引關(guān)鍵詞：溫度計(jì)單片機(jī)數(shù)字控制DS18B20

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章緒論 1前言 1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案 1總體設(shè)計(jì)框圖 1第二章硬件電路設(shè)計(jì) 1主要芯片介紹 1溫度傳感器 4主板電路 5顯示電路 5第三章軟件設(shè)計(jì) 6主程序流程圖 6讀出溫度子程序流程圖 6溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖 7計(jì)算溫度子程序流程圖 8顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖 9第四章Proteus仿真調(diào)試 9Proteus軟件介紹 9本次設(shè)計(jì)仿真過程 10后記 12參考文獻(xiàn) 13數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)第一章緒論前言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),單片機(jī)已經(jīng)在測(cè)控領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89C51，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用LCD數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案 在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)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(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。總體設(shè)計(jì)框圖溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1-1所示，控制器采用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用LCD液晶顯示屏以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示：圖1-1第二章硬件電路設(shè)計(jì)主要芯片介紹 一AT89C51的介紹選用的AT89C51在功能上最突出是的可以實(shí)現(xiàn)在線的編程。用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其主要功能特性列舉如下：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路二AT89C51各引腳功能介紹VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。圖2-1振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。溫度傳感器一DS18B20介紹DS18B20是Dallas公司推出的數(shù)字溫度測(cè)控器件。~供電電壓，測(cè)量溫度范圍為-55~+125℃，9位數(shù)字量表示溫度值，分辨率為℃。在0~+70℃精確度為℃，-40~0℃和+70~+85℃精確度為1℃，-55~-40℃和+85~+125℃精確度為2℃。TH和TL寄存器中的溫度報(bào)警限設(shè)定值存放在非易失性存儲(chǔ)器中，掉電后不會(huì)丟失。通過三線串行接口，完成溫度值的讀取和TH、TL的設(shè)定。DS18B20的外圍接線簡單，使用靈活。使用時(shí)請(qǐng)注意它的測(cè)量范圍及精度能否滿足要求。用作熱繼電器使用時(shí)必須寫入控制寄存器操作模式和TH、TL寄存器的溫度設(shè)定值。二DS18B20引腳功能說明圖2-2DS1620采用8腳DIP封裝或8腳SOIC封裝。引腳排列如圖2-2所示，引腳功能說明如下所列。DS18B20引腳功能說明1．DQ三線制的數(shù)據(jù)輸入/輸出2．CLK/CONV三線制的時(shí)鐘輸入和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換輸入3．RST三線制的復(fù)位輸入4．GND地5．TCOM溫度高/低限觸發(fā)輸出6．TLOW溫度低限觸發(fā)輸出7．THIGH溫度高限觸發(fā)輸出8．VDD3～5V電源主板電路系統(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，單片機(jī)主板電路等，如圖2-3所示：圖2-3顯示電路顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用口資源比較少，只用p2口串口的發(fā)送和接收，LCD液晶顯示屏顯示，顯示比較清晰。溫度顯示電路如圖2-4所示：圖2-4第三章軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖初始化調(diào)用顯示子程序1S到初次上電初始化調(diào)用顯示子程序1S到初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令NYNY圖3-1讀出溫度子程序流程圖YY發(fā)DS18B20復(fù)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(yàn)9字節(jié)完CRC校驗(yàn)正確移入溫度暫存器結(jié)束NNY圖3-2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3-2所示：溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，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上圖，圖3-3所示：發(fā)發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束圖3-3計(jì)算溫度子程序流程圖計(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3-4所示：開始溫度零下溫度值取補(bǔ)碼置“—”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值結(jié)束置“+”標(biāo)志NY圖3-4顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖3-5所示：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(hào)百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)）結(jié)束NNYY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(hào)百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)）結(jié)束NNYY圖3-5第四章Proteus仿真調(diào)試Proteus軟件介紹一Proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能。這些功能是：1．原理布圖2．PCB自動(dòng)或人工布線3．SPICE電路仿真二革命性的特點(diǎn)1．互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2．仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型以上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。本次設(shè)計(jì)仿真過程一創(chuàng)建原理圖啟動(dòng)Proteus軟件，單擊挑選元件按鈕，在元件庫中選出所需元器件，出現(xiàn)如圖4-1所示：圖4-1二繪制的仿真原理圖如4-2所示：圖4-2三系統(tǒng)調(diào)試雙擊單片機(jī)出現(xiàn)下圖所示畫面圖4-3，在ProgramFile一欄中選取仿真項(xiàng)目的源程序代碼，點(diǎn)擊OK。圖4-3四開始仿真單擊Play按鈕，進(jìn)入仿真狀態(tài)，出現(xiàn)下圖4-4所示圖4-4

后記經(jīng)過將近幾周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)把仿真成功做了出來，高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，。此外，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也使我對(duì)單片機(jī)技術(shù)有了更進(jìn)一步的了解，實(shí)際操作和課本上的知識(shí)有很大的聯(lián)系，又高于課本，一個(gè)看似很簡單的電路，要?jiǎng)邮肿龀鰜砭捅容^困難了，因?yàn)槭窃O(shè)計(jì)讓我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)中要注意這點(diǎn)，要把課本上所學(xué)的知識(shí)跟實(shí)際聯(lián)系起來。有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握，同時(shí)本次電路的設(shè)計(jì)鞏固了所學(xué)知識(shí)，也使我們把理論與實(shí)際從真正的意義上結(jié)合起來了，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣，考驗(yàn)了我們借