毕业设计(论文)-基于AT89C52的数字温度计设计.doc
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1、学号:1009121056 毕 业 设 计 课 题 基于单片机的数字温度计设计 学生姓名 院 部 电气工程学院 专业班级 10电子信息工程 指导教师 二0一四 年 六 月铜陵学院毕业设计目 录摘 要iiiAbstractiv第1章 绪论- 1 -1.1课题的设计目的- 1 -1.2课题的主要工作- 1 -1.3 课题的实现的意义- 1 -第2章 系统设计原理- 3 -第3章 系统硬件的设计- 4 -3.1 AT89C52单片机- 4 -3.1.1 AT89C52的内部结构- 4 -3.1.2 AT89C52的引脚排列- 4 -3.2 DS18B20测温电路- 6 -3.2.1 DS18B20芯
2、片的介绍- 6 -3.2.2 DS18B20的测温原理- 7 -3.3 显示电路设计- 9 -3.3.1 LED数码管的介绍- 9 -3.3.2 LED数码管的显示设计- 9 -3.4 电源电路设计- 10 -3.5 复位电路的设计- 11 -3.6PCB电路板设计- 12 -第4章 系统软件设计- 14 -4.1 软件设计流程图- 14 -4.2 软件程序设计- 15 -第5章 仿 真- 16 -5.1 仿真工具PROTEUS- 16 -5.2 仿真结果- 16 -总 结- 19 -参 考 文 献- 20 -致谢- 21 -附 录- 22 -附录一:系统电路图- 22 -附录二:系统仿真原理
3、图- 23 -附录三:程序源代码- 24 -iii插图清单图2-1 硬件流程图1- 3 -图3-1 AT89C52的管脚排列图 2- 5 -图3-2 DS18B20 3- 7 -图3-3数码管的显示电路4- 10 -图3-4 电源电路 5- 11 -图3-5 复位电路 6- 12 -图3-6 PCB电路板7- 13 -图4-1 软件设计流程图8- 14 -图 5-1假设温度为49度显示9- 17 -图5-2 假设温度为91度显示 10- 18 -11- 22 -12- 23 - 摘 要随着科技的不断发展,现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长,特别是周围的环境温度。现在
4、的温度计最常见的是模拟式的,使用起来很不方便,因此迫切需要一个智能的温度计,把周围的温度智能的显示给人们。本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法,AT89C52单片机为控制器构成的数字温度测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。与传统的温度计相比,其具有读数方便,测温范围广,测温准确等特点。输出温度采用数字显示,主要用于对测温要求比较准确的场所,或科研实验室使用。该设计控制器使用ATMEL公司的AT89S52单片机,测温传感器使用DALLAS公司DS18B20,用数码管来实现温度显示。关键词:便携式;AT89C52;温度计 AbstractWith the cont
5、inuous development of technology, modern society on the accuracy and precision requirements for a variety of information about the parameters have a geometric growth, especially in the surrounding ambient temperature. The most common are the thermometer is an analog type, very easy to use, there is
6、an urgent need for an intelligent thermometer, the temperature of the surrounding people to the intelligent display. This article will introduce intelligent integrated temperature sensor DS18B20 structural features and control methods, AT89C52 microcontroller as the working principle and procedure d
7、esign digital temperature measuring device consisting of a controller introduced in detail. Compared with conventional thermometer, which has easy reading, wide temperature range, temperature measurement accuracy and so on. Digital output temperature display, mainly used for more accurate temperatur
8、e measurement requirements place, or research laboratories. The controller is designed using ATMEL Corporation AT89S52 microcontroller, temperature sensor DALLAS company DS18B20, with digital control to achieve temperature display. Keywords: Portable; AT89C52; thermometer铜陵学院毕业设计第1章 绪论本设计使用单片机作为核心进行
9、控制。单片机具有集成度高,通用性好,功能强,特别是体积小,重量轻,耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字、智能化方面有广泛的用途。1.1课题的设计目的1. 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。2. 培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力。3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程,软硬件设计的方法、内容及步骤。1.2课题的主要工作本课题的研究重点是设计一种基于单片机的数字温度计。利用数字温度传感器DS18B20从外界采集信号并转换成数字
10、信号,交由单片机处理。单片机把数字信号通过数码管显示出来。主要工作如下:1. 收集DS18B20的相关资料。2. 收集数码管的设计资料。3. 单片机数字信号处理相关知识。4. 用DXP绘制电路图。5. 利用Keil uVision4 与Proteus进行仿真。1.3 课题的实现的意义随着科技的不断发展,现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长,而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中,传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器技术,在我国各领域已经引用的非
11、常广泛,可以说是渗透到社会的每一个领域,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。本文利用智能集成温度传感器DS18B20, AT89C52单片机为控制器与数码管为显示器构成的数字温度计。与传统的温度计相比,其具有读数方便,测温范围广,测温准确等特点。该温度计主要用于对测温要求比较准确的场所,或科研实验室。第2章 系统设计原理实用数字温度计是一种用数码管显示室内温度读数的测量仪器。设计采用AT89C52作为核心控制器件,控制并接收和处理DS18B20测温电路传回的数据,把得到的温度值存储在指定单
12、元等待显示。当温度改变只需要重新复位,便可显示温度值。所以系统流程图如图1所示。设计拟采用以AT89C52单片机为核心芯片的电路来实现,主要由AT89C52芯片、74LS04驱动器、4位7段共阳极 LED数码管,DS18B20测温5部分组成。DS18B20测温电路单片机 74LS04驱动段码驱动数码管图2-1 硬件流程图1四位数码管可以显示0-F的数字和字母,只要段码输入合适就可以得到我们想要的结果。由于所有位的段选码由一个I/O口控制,因此要使每位显示不同的字符,必须采用扫描显示方式,即每一时刻选通一个显示位。第3章 系统硬件的设计数字温度计的设计分为四个主要部分:AT89C52芯片、DS1
13、8B20测温电路、电源供电和四位七段共阳极LED数码管。工作流程是通过DS18B20测温电路采集整将采集到的数据传输到单片机中存储,然后再由单片机处理后,由74LS04驱动调入数据到数码管中显示。这样人们由数码管可以直接读取数据。根据工作流程图可分别设计各部分电路,再将电路组合成系统电路图。设计出的系统电路图。然后选用Protel DXP画出系统电路图,见附录一。3.1 AT89C52单片机3.1.1 AT89C52的内部结构AT89C52 提供以下标准功能:4k字节 Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32 个I/O 口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串
14、行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,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。3.1.2 AT89C52的引脚排列AT89C52芯片的引脚排列如图3-1所示:图3-1 AT89C52的管脚排列图 2 VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义
15、为数据/地址的低八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这
16、是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程
17、期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在
18、此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。数字电压表设计核心为FPGA设计,FPGA负责ADC0804的启动以及转换数据的读取,再将读取的8位二进制数据进行变换,形成便于输出的3位LED段码送给LED数码管,显示被测电压值。3.2 DS18B20测温电路 3.2.1 DS18B20芯片的介绍 DS18B20温度传感器是
19、美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下: (1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;(2)多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能; (3)无须外部器件;(4)可通过数据线供电,电压范围为3.05.5V;(5)零待机功耗;(6)温度以9或12位数字;(7)用户可定义报警设置;(8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;(9)负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能
20、正常工作。 图3-2 DS18B20 3本课题选用DALLAS公司温度传感器DS18B20,如图3-2所示,这个芯片的显著优点是与单片机的接口简单,该温度传感器为单总线技术,测量温度范围为 -55+125,在-10+85范围内,DS18B20可以程序设定912位的分辨率精度为0.5。DS18B20内部结构主要由四部分组成:4位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。3.2.2 DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理是器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产
21、生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是
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