【單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)3800字（論文）】

單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\z\u551.引言 頁(yè)共15頁(yè)摘要：傳統(tǒng)的溫度計(jì)性能單一、壽命短并且精度不高，用起來(lái)不可靠。而數(shù)字溫度計(jì)的出現(xiàn)解決了這些問題。它不但使溫度計(jì)的適用范圍更加廣泛，而且更加便捷、實(shí)用，效率也更高。這篇論文仔細(xì)的探討了以五一單片機(jī)為基礎(chǔ)，通過兩種溫度測(cè)量方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，第一種是熱敏電阻測(cè)量方式；第二周是12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量。通過對(duì)其設(shè)計(jì)理念以及軟件和硬件的使用范圍進(jìn)行分析和研究，并將其溫度的檢測(cè)和控制范圍控制在0至100攝氏度之間，將其之間的誤差率控制到0.1攝氏度。關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度計(jì)；單片機(jī)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器引言1.1設(shè)計(jì)背景體溫計(jì)是人們生活當(dāng)中最常見的溫度測(cè)量工具，是人們生活與工作當(dāng)中的必備品，當(dāng)人們的免疫力低下受到病毒襲擊的時(shí)候，大多數(shù)采用的是水銀體溫計(jì)，這種溫度計(jì)的適用范圍比較廣泛，比如溫室大棚、、戶外活動(dòng)和室內(nèi)溫度測(cè)量等，但水銀溫度計(jì)是傳統(tǒng)的溫度測(cè)量工具，關(guān)于其精確度方面，有著一定的差異，而且使用單一化，因此，選擇精度準(zhǔn)確、讀取方便的數(shù)字溫度計(jì)就可以改變傳統(tǒng)溫度計(jì)不足的地方。本次設(shè)計(jì)的主要目的是檢測(cè)水溫，室溫及人體溫度,系統(tǒng)核心采用51系列單片機(jī)，它的測(cè)量溫度最低為0度，最高為100度，在模數(shù)轉(zhuǎn)換中使用的是熱電阻傳感器（Pt100），ADS7816芯片。關(guān)于溫度計(jì)的對(duì)測(cè)量范圍和控制范圍，規(guī)定在0至100攝氏度之間，其誤差范圍在0.1攝氏度左右。1.2設(shè)計(jì)總體方案本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)以為AT89C51微處理器的數(shù)字溫度計(jì)的方式,這種設(shè)計(jì)方式主要由顯示模塊、溫度信號(hào)輸入模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等模塊構(gòu)成。按照設(shè)定好的設(shè)計(jì)思路做出以下設(shè)計(jì)流程圖。主控制器LED顯示器主控制器LED顯示器溫度傳感器溫度傳感器掃描驅(qū)動(dòng)掃描驅(qū)動(dòng)圖1系統(tǒng)總體框圖通過對(duì)系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖進(jìn)行分析，系統(tǒng)所采用的單片機(jī)為五一單片機(jī)，是該系統(tǒng)的核心組成部分，通過系統(tǒng)與電腦接口的對(duì)接，利用溫度信號(hào)來(lái)測(cè)試系統(tǒng)溫度的變化，電壓的信號(hào)會(huì)受到溫度的影響而產(chǎn)生變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)值，數(shù)值再經(jīng)過單片機(jī)的處理顯示與數(shù)碼管。2.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)51系列的單片機(jī)，它只要想正常工作，那么時(shí)鐘電路、復(fù)位電路不可或缺。單片機(jī)作為一種時(shí)序電路，要使它正常運(yùn)作，就需保證有時(shí)鐘信號(hào)。鐘頻率限制（最大值和最小值）會(huì)因設(shè)備不同而不同，它的標(biāo)準(zhǔn)做法是12MHz頻率。8051可通過兩種方式復(fù)位，上電復(fù)位（當(dāng)電源打開時(shí)復(fù)位8051）和手動(dòng)復(fù)位（僅在手動(dòng)按下按鈕時(shí)才發(fā)生復(fù)位）。無(wú)論是什么方式的復(fù)位都不會(huì)影響內(nèi)部RAM上的具體信息。要發(fā)生復(fù)位，復(fù)位輸入引腳（引腳9）必須在至少2個(gè)機(jī)器周期內(nèi)高電平有效。在復(fù)位操作期間：程序計(jì)數(shù)器清零，從00H開始，默認(rèn)選擇寄存器組＃0，堆棧指針初始化為07H，所有端口都寫入FFH，這里選用的是手動(dòng)復(fù)位。圖2單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)想要對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，就必須采取合理的方式來(lái)分割系統(tǒng)，讓其形成相應(yīng)的模塊，結(jié)合模塊設(shè)計(jì)來(lái)搭建出一個(gè)完整的電路圖。關(guān)于硬件電路，詳情見圖3所展示：圖3關(guān)于溫度信號(hào)有關(guān)的輸入電路示意圖惠斯登橋式電路主要構(gòu)成在于四點(diǎn)，即一是R2；二是R3；三是R4；四是PT100。其主要的作用是將差分信號(hào)向運(yùn)算放大器進(jìn)行傳遞，在由其信號(hào)向模擬轉(zhuǎn)換器進(jìn)行傳遞。將可調(diào)電阻，即“R11”融入到電橋橋壁中，由其來(lái)對(duì)差分電壓信號(hào)做出調(diào)整。以溫度調(diào)整為例，正常情況下調(diào)整區(qū)間應(yīng)當(dāng)控制在最低0°，最高100度，溫度會(huì)隨著PT100的阻值發(fā)生改變。圖4模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片ADS7816模擬轉(zhuǎn)換芯片比較接近12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有典型的逐次逼近性能，其數(shù)值表達(dá)的精確率高達(dá)0.0625，上圖展示的是系統(tǒng)的工作時(shí)間和工作順序。由此可見，信號(hào)的轉(zhuǎn)換是受者時(shí)鐘信號(hào)的控制，并在一定程度上控制著數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換效率，對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸是需要在時(shí)鐘信號(hào)得到下降的時(shí)候才能實(shí)現(xiàn)，關(guān)于數(shù)據(jù)的接收，通常會(huì)參考時(shí)鐘信號(hào)的下降沿或上升沿。模擬轉(zhuǎn)換器芯片對(duì)樣本的采集和傳輸有一定的轉(zhuǎn)換周期，在周期內(nèi)才能進(jìn)行有效的傳輸，在某種情況下，也會(huì)出現(xiàn)傳輸誤差，導(dǎo)致無(wú)效信號(hào)的輸出，以上原因的造成，通常是第二個(gè)時(shí)鐘信號(hào)下降沿出現(xiàn)的時(shí)候，第三個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的下降沿輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，因此，輸出數(shù)值的型號(hào)，前面的是高位，后面的是低位，最后，通過最低位進(jìn)行輸出，CS變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，即意味著一次轉(zhuǎn)換結(jié)束。2.3數(shù)據(jù)顯示模塊的設(shè)計(jì)這一模塊的設(shè)計(jì)主要是為了突出溫度數(shù)據(jù)的顯示功能，用數(shù)字的形式最直觀的展現(xiàn)于用戶面前。數(shù)碼館的另外一個(gè)別稱是LED顯示器，顯示器的主要組件為發(fā)光二級(jí)管，在平常的設(shè)計(jì)工序里，對(duì)數(shù)碼管的選用一般會(huì)采用7段的顯示塊，其中包含的發(fā)光二極管一共有八個(gè)。因此，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域通常會(huì)稱之為八段顯示器，它的顯示模式是有7個(gè)筆字形的數(shù)字“8”和“.”組成，構(gòu)成元件分別為7個(gè)和1個(gè)發(fā)光二級(jí)管，所展現(xiàn)的模式分為8個(gè)節(jié)段，一個(gè)字節(jié)構(gòu)成了顯示器的字據(jù)。圖5數(shù)碼管由于要顯示的溫度數(shù)據(jù)精度要求為0.1，最低測(cè)溫為0度，最高為100度，在這種測(cè)量要求下，就需使用4位八段數(shù)碼管顯示的方法。因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)多路復(fù)用，就相應(yīng)地需要采用動(dòng)態(tài)顯示方法并并聯(lián)四個(gè)數(shù)碼管的段選線，關(guān)于顯示電路硬件，詳情見圖6所示：圖6顯示模塊電路上圖所示，共陰級(jí)數(shù)碼管和公共陰極的輸出端是和反向驅(qū)動(dòng)器輸出端相互連接，將反向驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)輸入端設(shè)置為高電平時(shí)，那么，其輸出端將會(huì)輸出低電平，促使數(shù)碼管的公共陰極呈現(xiàn)低電位狀態(tài)，以便于該點(diǎn)位的正常顯示。3.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的主程序流程系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖7所示。圖7主程序圖3.2軟件功能模塊的設(shè)計(jì)（1）轉(zhuǎn)換程序圖8模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖打開模擬轉(zhuǎn)換芯片時(shí)，有一個(gè)穩(wěn)定的周期，通常情況下是1.5到2個(gè)周期，當(dāng)Dout呈三態(tài)模式時(shí)，模擬轉(zhuǎn)換芯片會(huì)對(duì)溫度的信號(hào)進(jìn)行收集，并有Dout將搜集到的無(wú)效信號(hào)給予輸出，并對(duì)此信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，最后由芯片傳出轉(zhuǎn)換后的數(shù)值標(biāo)志位，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)為零時(shí)，單片機(jī)則會(huì)從芯片接收部分?jǐn)?shù)值，其中分別為以下兩種，第一種是高四位數(shù)值；第二種是低八位數(shù)值；并將接受到的數(shù)值進(jìn)行儲(chǔ)存，將12位數(shù)值接收完畢以后，則要關(guān)閉模擬轉(zhuǎn)換芯片，在沒有關(guān)閉的情況下，它將會(huì)一直重復(fù)之前的操作。（2）數(shù)據(jù)顯示程序設(shè)計(jì)此處的顯示程序采用LED的動(dòng)態(tài)顯示，其中一個(gè)輸出口輸出數(shù)位的控制碼，控制共陽(yáng)極LED顯示器的公用極，剛出現(xiàn)為低電平時(shí)，顯示器邊會(huì)顯示相對(duì)應(yīng)的數(shù)字，此輸出口為控制通道，另外的輸出口所顯示的數(shù)值，只有八位驅(qū)動(dòng)器對(duì)數(shù)字進(jìn)行輸送，以顯示到的相對(duì)應(yīng)的顯示端，這個(gè)輸出口被稱為段控制通道。段控制通道所輸出的斷碼數(shù)字有8個(gè)，是由單獨(dú)的二級(jí)管控制，單機(jī)片數(shù)值傳輸至8位斷碼時(shí)，有一個(gè)數(shù)碼管能夠正常顯示，數(shù)碼管的顯示是由位選來(lái)決定的，以上情況則表明，在被為位選和段選同時(shí)是時(shí)，數(shù)碼管的數(shù)值才能得以正常顯現(xiàn)，不論位選或者斷選，兩者缺一不可，數(shù)碼管都不能正常顯示。若要同時(shí)顯示多個(gè)數(shù)碼管時(shí)，則需要根據(jù)以下步驟來(lái)進(jìn)行操作，利用位選來(lái)單獨(dú)選擇數(shù)碼管時(shí)，要輸入當(dāng)前數(shù)碼管所需要的數(shù)值，但需要顯示下一位數(shù)碼管時(shí)，那么，要先取消當(dāng)前的數(shù)碼管位選，此時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼管處于熄滅狀態(tài)，利用人眼睛的余暉效應(yīng)，原數(shù)碼管呈現(xiàn)熄滅狀態(tài)時(shí)，人們的視覺里仍出現(xiàn)著顯示過的數(shù)字，因此，利用余暉效應(yīng)，通過不同的頻率給數(shù)碼管傳輸運(yùn)選和段選的信號(hào)波段，數(shù)碼管位的數(shù)值將會(huì)得到穩(wěn)定的顯示效果。4.仿真與調(diào)試調(diào)試過程：調(diào)試每個(gè)子程序模塊，觀察數(shù)碼管所代表的的子程序模塊是能不能正常的動(dòng)態(tài)顯示；為了調(diào)試控制子程序，先要優(yōu)化主體的控制框架，看是否正常調(diào)用子程序進(jìn)行正常操作，是不是可以正常工作實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；主程序的調(diào)試，看每個(gè)子程序模塊和控制程序的融合是否順利，主要取決于程序的執(zhí)行步驟是否與設(shè)定一致，在某一時(shí)間運(yùn)行的程序狀態(tài)是不是正確的。如果不是就要繼續(xù)修改，重修測(cè)試了。以顯示模塊角度而言，針對(duì)此模塊進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要將相關(guān)數(shù)值進(jìn)行分配，并依靠數(shù)碼管來(lái)顯示程序運(yùn)行情況。以鍵盤中斷程序角度而言，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試則需要觀察程序存儲(chǔ)單元呈現(xiàn)出的溫度情況，通過溫度分析，了解溫度上限與溫度下限呈現(xiàn)出的變化。以其他子程序角度而言，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試可以借助多種方式來(lái)進(jìn)行，譬如，將十六進(jìn)制程序進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，讓其形成十進(jìn)制程序，通過對(duì)比計(jì)算結(jié)果和輸出結(jié)果，以此來(lái)了解程序具體的變化情況。另外，為了防止上述功能和程序出現(xiàn)運(yùn)行問題，還需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)采取全方位測(cè)試，經(jīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析后得知，這主要是因?yàn)樽映绦蛟诓僮髌陂g破壞了場(chǎng)景，與使用過的緩存單元相互沖突，標(biāo)志位的使用被另一個(gè)子程序重寫。因此在后面的調(diào)試中，只有保障各單元擁有獨(dú)立性，才能確保系統(tǒng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)。5．結(jié)語(yǔ)本文在研究時(shí)主要是以單片機(jī)作為核心，設(shè)計(jì)構(gòu)建數(shù)字溫度計(jì)，通過本次設(shè)計(jì)，不僅鞏固了我以往所學(xué)的知識(shí)，而且更增長(zhǎng)了我的視野，掌握了更多設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)后，我不僅對(duì)自己的專業(yè)知識(shí)有了更進(jìn)一步的把握，讓我明白一個(gè)產(chǎn)品和系統(tǒng)的開發(fā)過程，也豐富了我的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使我學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，提高了我的動(dòng)手能力。這些都是未來(lái)在工作中不可或缺的。6．參考文獻(xiàn)[1]劉洪淵,劉強(qiáng)強(qiáng),岳立言.DS18B20在數(shù)字溫度計(jì)中的應(yīng)用[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2017,14(01):100-105.[2]張?zhí)祢U.淺析DS18B20數(shù)字溫度計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2021(22):165-166.[3]吳秋立.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)