单片机数字温度计设计说明.doc

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1、. . . . 单片机数字温度计设计系 别： 电气电子工程系 学生：专业班级： 应用电子技术 学 号：指导教师：16 / 19摘 要当今科技发展日新月异，电子技术与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，

2、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，开关控制部分与按键控制部分。 同时对项目研究背景与意义进行了分析。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 温度监测与控制电路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

3、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

4、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，与键位设定，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，

5、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）温度采集与控制电路； 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）蜂鸣提醒与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，键盘控制程序与继电

6、器控制程序，主要实现自动检测与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温度采集警示与提示电部分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，片含8K bytes的可反复擦写的PEROM和256bytes的RAM以与通用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

7、器，256字节部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，片振荡器与时钟电路。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 温度监测与控制电路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

8、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

9、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

10、想要控制的正常围任意想要温度。2.2.4部时钟振荡电路与复位电路：此部分为AT89C52的部时钟电路振荡器。80C52单片机部带有时钟电路，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。

11、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

12、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与嵌入式系统开发。1语法限制不太严格，程序设计

13、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。4C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与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

14、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

15、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与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

16、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与调试。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

17、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，使我对电子设计与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，

18、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，适用围广，因此特别适用于对测温要求比较准确的场所。致 本课题在选题与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。感戴

19、献中老师、咏梅老师、小梅老师、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。感我的同学彦锋、鸿恩、闯、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。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）志忠 主编。4 PROTEUS仿真软件应用 文涛 主编。5 C语言程序设计 清华大学。6 毅刚.MCS-51单片机应用设计M高等教育。2003-12-1。7 王仲 .单片机原理与其接口技术 M 机械工业,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,2003.23-56 9 广弟.单片机基础. ：航空航天大学，2001.8-10