单片机数字温度计大学论文.doc

郑州职业技术学院 毕业设计（论文）单片机数字温度计设计系 别： 电气电子工程系 学生姓名： 专业班级： 应用电子技术 学 号： 指导教师： 2012年 05月 20 日15独创性声明 本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文版权使用授权书 本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定，即：学校有权保留并向有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权XX职业技术学院要以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密，在_年解密后适用本授权书. 本论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）毕业论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘 要当今科技发展日新月异，电子技术及微电脑控制技术的应用无处不在，使我们的生活更加丰富多彩，为我们带来了很多的便利。传统的温度计都是采用水银热涨冷缩的原理制成的。这种温度计不但本身误差就大而且由于人读取时的视觉误差，导致读取的数据并不精确。电子温度传感器不仅采用采集数据精度高的DS18B20组成，而且有四位一体的数码管作为显示装置，这样更便于读取数据，给我们实时了解温度的变化提供了便利。 下面的篇章主要介绍通过对AT89C52单片机进行程序设计，DS18B20的详解，并以此为控制核心，同时利用温度传感技术实现对当前温度进行实时测量，并以按键控制温度。此项目主要包括温度传感部分，提示报警部分，开关控制部分及按键控制部分。 同时对项目研究背景及意义进行了分析。关键词：STC89C51，数字控制，温度计，DS18B20目录摘要2目录3绪论3第一章 设计方案和系统组成41.1 设计方案41.2 系统组成5第二章 硬件结构与工作原理62.1硬件结构62.2 温度监测及控制电路7第三章 软件设计103.1 主程序流程图113.2语言介绍11第四章 调试13第五章 结论14 参考文献15 绪论 随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它给人带来的方便也是无可置疑的，其中数字温度计就是一个典型的例子。随着人们对它的要求越来越高，要为现代人工作和生活提供更好、更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化控制、智能化控制方向发展。温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。现在所使用的温度计通常都是精度为1和0.1的水银、煤油或酒精温度计，这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要供测温要求准确的场所和科研实验室使用。第一章 设计方案和系统组成1.1 设计方案1：温度采集电路温度采集部分要求精确度高，反应灵敏，可采集的范围广，使用方便，而dollar公司生产的DS18B20采用单总线信号输入，同时无转换误差、无传输损耗，测量精度高，长期稳定，可测范围广，适用不同领域。1.单片机控制调节部分它利用了AT89C52单片机，通过对单片机输入程序，及键位设定，同时它采用四个独立按键，可分别对个位和十分位的温度进行调节，以方便用户调节，同时调节时设定的初始值比正常温度稍微低些，调节时不是从零开始节省了调节的时间，温度的调节控制，满足了智能化的要求。2.适时温度显示此项目采用了SM410564四位数码管，通过温度传感器和单片机交换数据，把当前环境下的温度数据适时传输给数码管，方便用户了解当前温度，为下一步工作做好铺垫。电路模块图示如下：温度控制调节部分温度采集部分电路键盘控制数码管显示1.2 系统组成系统的硬件：1）温度采集及控制电路； 2）键盘输入电路；3）数码显示电路；4）单片机外围电路；5）辅助继电器工作电路；6）蜂鸣提醒及led警示电路；7）插座电路等系统的软件：主要包括温度检测程序，键盘控制程序及继电器控制程序，主要实现自动检测及当前温度自动控制的功能。数码显示独立键盘输入AT89C52单片机DS18B20温度采集警示及提示电部分12m晶振电路复位电路第二章 硬件结构与工作原理2.1硬件结构 根据系统要求画出的原理总图：该电路采用AT89C52单片机为中心控制芯片。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的PEROM和256bytes的RAM以及通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52功能强大，可充分满足该控制器存储等各方面的需求。 AT89C52功能简述：AT89C52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时器/计时器，一个6位向量级中断结构，一个全双工串通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至的静态逻辑操作，并支持两种软件的可选节电工作方式：空闲方式停止的工作，但允许RAM的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89C52引脚图AT89C52的参数了解：工作温度 55125储藏温度 65150任一引脚对地电压 17最高工作电压 6.6直流输出电流 152.2 温度监测及控制电路2.2.1温度采集装置：采用串行数字温度传感器DS18B20芯片使其换成脉冲信号，送到89C52的I/O 端口2.7口(编程为计数器工作模式)，通过测量输出脉冲频率的大小来换算成温度高低信号DS18B20 外形图和引脚说明1、DS18B20技术性能描述1.1 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。1.2 测温范围-55125，固有测温分辨率0.5。1.3 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温，但当用多个DS18B20时电压驱动不够，一条线最多能驱动大约5个。1.4 工作电源: 35V/DC2：DS18B20温度的读取DS18B20在出厂时已配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。16位数字摆放是从低位到高位。2.2.2温度数码显示： 百位 12 十位 9 个位 8 十分位 6 A 11 B 7 C 4 D 2 E 1 F 10 G 5 DP 3DS18B20采集的温度数据经单片机分析在该数码管上显示。数码管显示控制部分与AT89C52接口电路在内藏控制器的数码显示模块中，已经完成了控制器与数码显示驱动器显示器缓冲区的接口工作。2.2.3. 温度调节设置按键电路：通过四个外围按键与单片机AT89C52直接相连，用户可根据需要设置自己想要控制的正常范围内任意想要温度。2.2.4内部时钟振荡电路及复位电路：此部分为AT89C52的内部时钟电路振荡器。80C52单片机内部带有时钟电路，只需在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（12MHZ晶振和电容）即可构成一个稳定的自激振荡器。XTAL1和XTAL2分别是80C52内部高增益反响放大器的输入端和输出端 时钟频率为 12MHz.此部分为其使能和复位电路，该电路采用上电自动复位方式，通过复位电容C1的充电来实现，接通电源就实现了系统的复位初始化。第三章 软件设计系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，按键扫描处理子程序等。3.1 主程序流程图主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20 的测量的当前温度值，温度测量每1s 进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图4.1 所示。图4.1 主程序流程图3.2语言介绍3.2.1 汇编语言特点 汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。高级的汇编器如MASM，TASM等等为我们3. 写汇编程序提供了很多类似于高级语言的特征，比如结构化、抽象等。在这样的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是面向汇编器的伪指令，已经类同于高级语言。现在的汇编环境已经如此高级，即使全部用汇编语言来编写windows的应用程序也是可行的，但这不是汇编语言的长处。汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。MCS-51单片机的这个指令系统中共包括111条指令，可以完成30多种功能。3.2.2 C语言特点 它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。1·语法限制不太严格，程序设计自由度大。生成目标代码质量高，程序执行效率高。C语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。2·运算符丰富。共有34种。C把括号、赋值、逗号等都作为运算符处理。从而使C的运算类型极为丰富，可以实现其他高级语言难以实现的运算。3·数据结构类型丰富。具有结构化的控制语句。与汇编语言相比，用C语言写的程序可移植性好。4·C语言允许直接访问物理地址，能进行位（bit）操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。因此有人把它称为中级语言。C语言对操作系统和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用C语言明显优于其它解释型高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写的。具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。它是数值计算的高级语言。本次实习运用C语言编程来对单片机进行显示的控制、信号的传输转换控制。3.2.3 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。程序编辑使用Keil，新建一个工程，然后新建一个C文件，并添加到工程中。C51的工具包非常丰富，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。仿真如下：.第四章 调试本次设计系统的调试以程序的调试为主。先编写显示程序并进行硬件的正确性检验，然后分别进行主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和显示数据刷新子程序等的编程及调试。由于DS18B20与单片机采用串行数据传送，因此，对DS18B20进行读/写编程时，必须严格的保证读/写时序，否则将无法读取测量结果。本程序采用单片机C语言编写，用Keil C编译器编程调试。软件调试到数码管能显示温度值，而且在有温度变化时（例如改变传感器的温度值）显示温度能改变。第五章 结论本次课程设计即将进入尾声，回想这两周来的电子设计制作经历，我感触甚是深刻。通过本次课程设计，使我对电子设计及制作产生了较为浓厚的兴趣，这不仅加强了自己对理论知识的理解和巩固，还能提高自己的动手能力，可以说受益匪浅。当然更重要的是，激起了我学好单片机的斗志。本次课程设计主要分为四部分：设计、仿真、调试。这三个步骤在整个课程设计过程中起着重要的作用。本次毕业设计是针对MCS-51系列的单片机芯片STC89C51来设计一个数字温度计，该设计充分利用了温度传感器DS18B20功能强大的优点，如DS18B20可以直接读出被测温度值，进行转换；而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，大大简化了硬件电路，也使得该数字温度计不仅具有结构简单、成本低廉、精确度较高、反应速度较快、数字化显示和不易损坏等特点，而且性能稳定，适用范围广，因此特别适用于对测温要求比较准确的场所。致 谢本课题在选题及研究过程中得到戴献中老师的悉心指导。戴献中老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。戴献中老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却终生受益。对戴献中老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢戴献中老师、苏咏梅老师、郑小梅老师、李道军老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。感谢我的同学张彦锋、杨鸿恩、韩闯、刘斌三年来对我学习、生活的关心和帮助。 参考文献1单片机应用技术（C语言版）.电子工业出版社。2 模拟电子技术（第三版）胡宴如 主编。3 数字电子技术（第三版）杨志忠 主编。4 PROTEUS仿真软件应用 张文涛 主编。5 C语言程序设计 清华大学出版社。6 张毅刚.MCS-51单片机应用设计M高等教育出版社。2003-12-1。7 王仲 .单片机原理及其接口技术 M 机械工业出版社,2001.89-120 8 郭力平.MCS-51系列单片机实用接口技术M，人民邮电出版社,2003.23-56 9 李广弟.单片机基础. 北京：北京航空航天大学出版社，2001.8-10