基于STC89C51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的分析設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目：基于STC89C51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的分析設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)√類型：學(xué)生姓名：_________________________學(xué)號：_________________學(xué)院：____電子信息工程學(xué)院________專業(yè)：____機(jī)電一體化____________班級：______________指導(dǎo)教師：__________________2016年5月6日摘要在日?？茖W(xué)生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常有用的溫度的檢測及控制，而傳統(tǒng)的測溫計(jì)大多以熱敏電阻為溫度傳感器，但它的準(zhǔn)確率低。而且必須經(jīng)過專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。所以為了現(xiàn)代工作，科研，生活能夠更好更方便的進(jìn)行，所以就需要從單片機(jī)入手。本文將介紹一種基于51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)溫度測量。本次采用STC89C51為主芯片，DS18B20溫度傳感器采集溫度，，與51單片機(jī)組成一個測溫系統(tǒng)。DS18B20把采集到的溫度經(jīng)過放大后送到STC89C51，再經(jīng)過處理送到顯示器，顯示器將采集到的溫度顯示出來。數(shù)字溫度計(jì)具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。同時程序中添加溫度的正負(fù)值檢測算法，使得該溫度計(jì)可以顯示正值溫度和負(fù)值溫度。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；數(shù)字控制；DS18B20;STC89C51 1.緒論 41.1前言 41.2設(shè)計(jì)方案與論證 51.2.1方案一 52.總體設(shè)計(jì)思路 52.1主控制器 52.2顯示電路 72.3溫度傳感器 72.4報警電路設(shè)計(jì) 93.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 93.1主程序 93.2讀出溫度子程序 103.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 113.4計(jì)算溫度子程序 124.系統(tǒng)測試 124.1測試環(huán)境及工具 124.2測試方法 124.3結(jié)果分析 125.結(jié)論 13參考文獻(xiàn) 13致謝 13附錄源程序 14緒論1.1.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，它帶給人們的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個典型的例子。溫度測試涉及到各個行業(yè)，傳統(tǒng)的煤油溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)測溫必須由人工操作，測溫元件有熱電偶和熱電阻等，這些測溫器件測出的一般是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，且測量精度難以保證，不符合當(dāng)今工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢。，所以人們對它的要求越來越高。本課題意義在于生產(chǎn)過程中隨著科技不斷發(fā)展，現(xiàn)在社會對各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度有了更高的要求，而如何準(zhǔn)確的獲得這些參數(shù)，就需要借助于現(xiàn)代科技。傳感器屬于信息技術(shù)的尖端技術(shù)，尤其是數(shù)字溫度傳感技術(shù)，于是就需要從單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)入手，才能向著數(shù)字化，智能化發(fā)展。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)主要采用STC89C51單片機(jī)構(gòu)成的最小系統(tǒng)，DS18B20溫度采集芯片，數(shù)碼管顯示電路，以及外圍電路等組成。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，體積小等特點(diǎn)。該數(shù)字溫度計(jì)能夠?qū)Νh(huán)境的溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，實(shí)時顯示環(huán)境的溫度信息，數(shù)字溫度計(jì)能夠?qū)Νh(huán)境溫度進(jìn)行正確測量。1.2設(shè)計(jì)方案與論證1.2.1方案一因?yàn)楸倦娐肥菧y溫電路，所以最先考慮的是使用熱敏電阻，利用熱敏電阻的感溫效應(yīng)，采集被測溫度變化的電壓或者電流，進(jìn)行A\D轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理，將溫度在現(xiàn)實(shí)電路上顯示出來。這種設(shè)計(jì)我用到的是A\D轉(zhuǎn)換思路，缺點(diǎn)是比較麻煩。1.2.2方案二后來經(jīng)過查閱相關(guān)資料，考慮到使用溫度傳感器。因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，傳感器是很重要的一部分，所以選擇使用DS18B20溫度傳感器。這種傳感器比較容易讀取被測溫度值，并且進(jìn)行轉(zhuǎn)換，更加符合設(shè)計(jì)方案要求。通過比較以上兩種方案，我認(rèn)為方案二比較方便，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單。所以我選擇了方案二。2.總體設(shè)計(jì)思路主控制器數(shù)字溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方框圖如下圖?？刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)STC89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用四位數(shù)碼管以傳口傳送數(shù)據(jù)來顯示溫度。主控制器LCD顯示單片機(jī)復(fù)位LCD顯示單片機(jī)復(fù)位單片機(jī)復(fù)位LCD顯示單片機(jī)復(fù)位LCD顯示 溫度傳感器時鐘震蕩溫度傳感器時鐘震蕩圖2.1圖2.12.1主控制器單片機(jī)STC89C51的特點(diǎn)是低電壓控電和體積小。四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，適合便攜產(chǎn)品的使用。STC89C51的主要功能如下表所示。兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫flashROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計(jì)數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能表2.12.1.1STC89C51引腳介紹①主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線②外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。④可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7圖2.2STC89C51封裝圖2.2顯示電路顯示電路采用4位共陽極LED數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它使用了8個Led發(fā)光二極管，其中七個用于顯示字符，一個顯示小數(shù)點(diǎn)，所以通稱為七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，數(shù)碼管的正面朝自己，小數(shù)點(diǎn)在下方。a、b、c、d、e、f、g、dp為段引腳，S1、S2、S3、S4分別表示四個數(shù)碼管的位。2.3溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS公司推出的一種改進(jìn)型只能溫度傳感器，相比較于傳統(tǒng)的測溫元件，比如熱敏電阻，這種溫度傳感器可以直接讀出被測的溫度，而且可以根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字讀數(shù)。它的性能特點(diǎn)如下：單線借口只需要一個端口引腳進(jìn)行通信。無需外部器件。可以通過數(shù)據(jù)線供電?？梢圆⒙?lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。可定義報警設(shè)置。零待機(jī)功耗。測溫范圍為-55至+125℃。固有測溫分辨率為0.5℃。負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計(jì)不會因?yàn)榘l(fā)燒而燒毀，只是不能正常工作。適配各種單片機(jī)或者系統(tǒng)。開始開始執(zhí)行初始化時序發(fā)出跳過ROM匹配命令啟動溫度轉(zhuǎn)換延時大于540μs等待溫度轉(zhuǎn)化完成執(zhí)行初始化時序發(fā)出匹配ROM指令發(fā)出64位序列號發(fā)出讀便箋存儲器命令讀取便箋存儲器內(nèi)容并進(jìn)行CRC校驗(yàn)CRC校驗(yàn)正確？溫度數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換結(jié)束是否圖2.32.4報警電路設(shè)計(jì)報警電路中加一PNP三極管驅(qū)動，基極接單片機(jī)P11口，當(dāng)端口變成低電平時，驅(qū)動三極管會導(dǎo)通，VCC電壓加載到蜂鳴器使其發(fā)聲、報警發(fā)光二極管亮，如圖2.4圖2.4報警電路3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度的實(shí)時顯示，并根據(jù)設(shè)置的上下限判斷是否報警。系統(tǒng)開始運(yùn)行時，溫度傳感器測量并計(jì)算溫度值通過P1.0口傳輸進(jìn)單片機(jī)里進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)再通過P0口傳輸?shù)綌?shù)碼管進(jìn)行顯示。通過按鍵設(shè)置溫度報警界限，當(dāng)超過報警界限時單片機(jī)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過P1.1口傳輸進(jìn)行聲光報警。溫度測量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖3.1所示。初始化初始化調(diào)用溫度模塊程序DS18B20存在？是處理溫度值轉(zhuǎn)換BCD碼送AT89S52處理按鍵掃描模塊顯示模塊，LED顯示溫度是否越限？開始是報警否否錯誤處理，顯示8.8.8.8.3.2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(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3.2.1示開始開始發(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)結(jié)束NYYN移入溫度緩存器9字節(jié)完？CRC校驗(yàn)？3.3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，當(dāng)采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成[16]。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖3.3.1所示發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)DS18B20復(fù)位命令開始發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束3.4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3.4.1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NY4.系統(tǒng)測試

4.1測試環(huán)境及工具

測試溫度：0-100攝氏度。（模擬不同溫度值環(huán)境）

測試儀器及軟件：數(shù)字萬用表，溫度計(jì)0-100攝氏度。

4.2測試方法

使系統(tǒng)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)硬件檢測是否正常（包括單片機(jī)控制系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測試電路等）。系統(tǒng)自帶測試表格數(shù)據(jù)，觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可采用溫度傳感器和溫度計(jì)同時測量溫度變化情況，目測顯示電路是否正常。并記錄溫度值，與實(shí)際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。4.3結(jié)果分析自檢正常，溫度顯示正常。5.結(jié)論MCS-51單片機(jī)，體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，即使是非電子計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，通過學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)知識以后也能依靠自己的技術(shù)力量，來開發(fā)所希望的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的溫度控制檢測和報警系統(tǒng)，只是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例。

本設(shè)計(jì)研究是基于單片機(jī)控制的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了對溫度的顯示、控制及報警，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時顯示及控制。控制部分，提出了用DS18S20、89C51單片機(jī)及LCD的硬件電路完成對水溫的實(shí)時檢測及顯示，利用DS18S20與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來實(shí)現(xiàn)對加熱電阻絲的實(shí)時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。

它具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理，而且每片DS18S20都有唯一的產(chǎn)品號并可存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18S20供電，而無需額處電源。DS18S20能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)何齡修.讀南明史[J].中國史研究,1998,(3):167-173.劉國鈞,陳紹業(yè).圖書館目錄[M].北京:高等教育出版社,1957:15-18.趙天書.諾西肽分階段補(bǔ)料分批發(fā)酵過程優(yōu)化研究[D].沈陽:東北大學(xué),2013.致謝首先，感謝學(xué)校三年來對我的培養(yǎng)。為我們營造了一個良好的學(xué)習(xí)氛圍，建設(shè)一流的教學(xué)設(shè)施，使我們身心愉快的投入到學(xué)習(xí)中。其次，感謝尊敬的指導(dǎo)老師黃有全老師，有了他的諄諄教誨，處處提點(diǎn)，才使本論文的前期準(zhǔn)備以及整個研究過程順利完成。指導(dǎo)老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、全身心投入工作的精神以及對學(xué)生盡心盡力的態(tài)度給了我極大的幫助與鼓勵，使我受益匪淺。從指導(dǎo)老師的教學(xué)態(tài)度上，我學(xué)到的不僅僅只有書本上的知識，還有做人的道理。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。附錄源程序#include<AT89X52.h>#include"DS18B20.h"#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar//宏定義#defineSETP3_1//定義調(diào)整鍵#defineDECP3_2//定義減少鍵#defineADDP3_3//定義增加鍵#defineBEEPP3_7//定義蜂鳴器bitshanshuo_st;//閃爍間隔標(biāo)志bitbeep_st;//蜂鳴器間隔標(biāo)志sbitDIAN=P2^7;//小數(shù)點(diǎn)ucharx=0;//計(jì)數(shù)器signedcharm;//溫度值全局變量ucharn;//溫度值全局變量ucharset_st=0;//狀態(tài)標(biāo)志signedcharshangxian=38;//上限報警溫度，默認(rèn)值為38signedcharxiaxian=5;//下限報警溫度，默認(rèn)值為5ucharcodeLEDData[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff};/*****延時子程序*****/voidDelay(uintnum){while(--num);}/*****初始化定時器0*****/voidInitTimer(void){TMOD=0x1;TH0=0x3c;TL0=0xb0;//50ms（晶振12M）}/*****定時器0中斷服務(wù)程序*****/voidtimer0(void)interrupt1{TH0=0x3c;TL0=0xb0;x++;}/*****外部中斷0服務(wù)程序*****/voidint0(void)interrupt0{EX0=0;//關(guān)外部中斷0if(DEC==0&&set_st==1){shangxian--;if(shangxian<xiaxian)shangxian=xiaxian;}elseif(DEC==0&&set_st==2){xiaxian--;if(xiaxian<0)xiaxian=0;}}/*****外部中斷1服務(wù)程序*****/voidint1(void)interrupt2{EX1=0;//關(guān)外部中斷1if(ADD==0&&set_st==1){shangxian++;if(shangxian>99)shangxian=99;}elseif(ADD==0&&set_st==2){xiaxian++;if(xiaxian>shangxian)xiaxian=shangxian;}}/*****讀取溫度*****/voidcheck_wendu(void){uinta,b,c;c=ReadTemperature()-5;//獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差a=c/100;//計(jì)算得到十位數(shù)字b=c/10-a*10;//計(jì)算得到個位數(shù)字m=c/10;//計(jì)算得到整數(shù)位n=c-a*100-b*10;//計(jì)算得到小數(shù)位if(m<0){m=0;n=0;}//設(shè)置溫度顯示上限if(m>99){m=99;n=9;}//設(shè)置溫度顯示上限}/*****顯示開機(jī)初始化等待畫面*****/Disp_init(){P2=0xbf;//顯示-P1=0xf7;Delay(200);P1=0xfb;Delay(200);P1=0xfd;Delay(200);P1=0xfe;Delay(200);P1=0xff;//關(guān)閉顯示}/*****顯示溫度子程序*****/Disp_Temperature()//顯示溫度{P2=0xc6;//顯示CP1=0xf7;Delay(300);P2=LEDData[n];//顯示個位P1=0xfb;Delay(300);P2=LEDData[m%10];//顯示十位DIAN=0;//顯示小數(shù)點(diǎn)P1=0xfd;Delay(300);P2=LEDData[m/10];//顯示百位P1=0xfe;Delay(300);P1=0xff;//關(guān)閉顯示}/*****顯示報警溫度子程序*****/Disp_alarm(ucharbaojing){P2=0xc6;//顯示CP1=0xf7;Delay(200);P2=LEDData[baojing%10];//顯示十位P1=0xfb;Delay(200);P2=LEDData[baojing/10];//顯示百位P1=0xfd;Delay(200);if(set_st==1)P2=0x89;elseif(set_st==2)P2=0xc7;//上限H、下限L標(biāo)示P1=0xfe;Delay(200);P1=0xff;//關(guān)閉顯示}/*****報警子程序*****/voidAlarm(){if(x>=10){beep_st=~beep_st;x=0;}if((m>=shangxian&&beep_st==1)||(m<xiaxian&&beep_st==1))BEEP=0;elseBEEP=1;}/*****主函數(shù)*****/voidmain(void){uintz;InitTimer();//初始化定時器EA=1;//全局中斷開關(guān)TR0=1;ET0=1;//開啟定時器0IT0=1;IT1=1;check_wendu();check_wendu();for(z=0;z<300;z++){Disp_init();}while(1){if(SET==0){Delay(2000);do{}while(SET==0);set_st++;x=0;shanshuo_st=1;if(set_st>2)set_st=0;}if(set_st==0){EX0=0;//關(guān)閉外部中斷0EX1=0;//關(guān)閉外部中斷1check_wendu();Disp_Temperature();Alarm();//報警檢測}elseif(set_st==1){BEEP=1;//關(guān)閉蜂鳴器EX0=1;//開啟外部中斷0EX1=1;//開啟外部中斷1if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}if(shanshuo_st){Disp_alarm(shangxian);}}elseif(set_st==2){BEEP=1;//關(guān)閉蜂鳴器EX0=1;//開啟外部中斷0EX1=1;//開啟外部中斷1if(x>=10){shanshuo_st=~shanshuo_st;x=0;}if(shanshuo_st){Disp_alarm(xiaxian);}}}}/*****END*****/DS18B20.h：#include<AT89X52.h>#defineDQP3_6//定義DS18B20總線I/O/*****延時子程序*****/voidDelay_DS18B20(intnum){while(num--);}/*****初始化DS18B20*****/voidIni