数字温度计的设计.doc

1、 2008 届毕业设计（说明书）题目： 数字温度计的设计 班 级：08 高职机电二班 学 号：012243552274 姓 名： 1235 指导教师： 55464 2011 年 4 月数字温度计的设计学生姓名： 4 学 号：4 专 业 ：机电一体化技术班 级：4 指导教师： 4 完成日期： 4 I摘 要在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或 PN 结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成 AD 转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行 AD 转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机结合

2、 DS18B20温度控制系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和 AD 转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。关键词： 单片机，AT89S51，MAX232，传感器 DS18B20II目 录摘 要 .I第一章 绪 论 .11.1 单片机概述 .11.2 选题背景及设计意义 .21.3 设计方案论证 .3第二章 硬件设计 .52.1 硬件电路的设计 .52.2 各元器件介绍 .12第三章 系统软件设计 .173.1 设计流程图 .173.2 汇编语言程序 .21第四章 调 试 .344.1 终

3、合调试 .34致 谢 .36参考文献 .37附录 .381第一章 绪 论1.1 单片机概述单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一台功能独特的单片微型计算机。一台典型的单片机的基本组成结构包括中央处理器（CPU ） ，存储器（ROM 和 RAM） ，并行 I/O 口，串行 I/O 口，定时器/计数器，定时电路及元件。由此可见，单片机在结构上突破了常规的按逻辑功能划分芯片。由多片构成了微型计算机的设计思想，将构成计算机的许多功能集成在一块晶体芯片上。单片机的特点：1 单片机中的存储器 ROM 和 RAM 是严格分工的。ROM 为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。

4、而 RAM 则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在 ROM 中，而把少量的随机数据存放在 RAM 中，这样，小容量数据存储器能以高速 RAM 形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上 RAM 是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache ）用。可靠性良好：单片机是按照工业控制要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般的 CPU，程序指令及常数数据都烧在 ROM 内，其许多信号通道均在同一芯片内，因此可靠性较高。2 采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同

5、等级的 CPU，持别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。3 单片机的 I/O 引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数有限，了解决实际引脚数和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。4 系列齐全，功能扩展性强。单片机有内部掩膜 ROM、内部 EPROM 和外接ROM 等形式，并可方便地扩展外部的 ROM、RAM 及 I/O 接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。25 单片机的功能是通用的。单片机虽然主要作控制器用，但是功能上还是通用的，可 以象一般微处理器那样广泛应用在各个方面。

6、单片机的应用领域如下：1 家用电器领域：目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，做成单片机控制系统。2 办公自动化领域：现代办公室所使用的大量通信，信息产品多数采用了单片机。3 在商业营销系统已广泛使用的电子秤，收款机，条形码阅读器，仓库安全监控系统，商场保安系统，空气调节系统等，目前已纷纷采用单片机构成专用系统。4 工业自动化：如工业过程控制，过程监测，工业控制器及机电一体化系统等，这些系统除一些小型工控机之外，许多都是以单片机为核心的单机或多机网络系统。5 智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路：目前各种变送器，电气测量仪表普遍采用单片机应用系统替代传统的测量系统，使测

7、量系统具有各种智能化功能。将单片机和传感器相结合可以构成新一代的智能传感器。他将传感器初级变换后的电量做进一步的变换，处理，输出能满足远距离传送，能与微机接口的数字信号。6 汽车电子与航空航天电子系统：通常在这些电子系统中的集中显示系统，动力监测控制系统，自动驾驭系统，通信系统，以及运行监视器（黑匣子）等，都要都成冗余的网络系统。1.2 选题背景及设计意义一、选题背景最早的温度计是在 1593 年由意大利科学家伽利略发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可

8、以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影3响较大，所以测量误差大。荷兰人华伦海特在 1709 年利用酒精，在 1714 年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。把一定浓度的盐水凝固时的温度定为 0，把纯水凝固时的温度定为 32，把标准大气压下水沸腾的温度定为 212，用代表华氏温度，这就是华氏温度计。 二、设计意义本设计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，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。它具有结构简单,不需外接元件,采用一根 I/ O 数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温

9、度报警界限等特点,可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。该设计控制器使用单片机 AT 89S51，测温传感器使用 DS18B20,，实现温度显示，能准确达到以下要求:测温范围-55 125 精度误差小于 0.5。LED 数码管直读显示 可以任意设置温度的上下限报警功能。1.3 设计方案论证方案一：本电路是温度计的设计，在测温电路中利用热敏电阻器件的感温效应，将随被测温变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，用单片机进行数据处理，经显示电路就可以显示出来。方案二：在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是

10、电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。方案三：基于单片机的温度传感器设计的数字温度计已经很成熟，各种精度很高的温度计不断推出。数字温度计要求检测的精度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。所以精度已经成为数字温度计的一项重要的性能参数。因此追求高精度是数字温度计的一个目标。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科4学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量范围等，在很大程度上决定了科学技术的发展水平。同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技

11、术、传感器技术提供了新的前提手段。目前市场上出现了很多传感器，很多精度高的传感器已经出现，而且精度越来越高。数字温度计未来将会更精确、更人性化，为我们做出更多贡献。为此我们选择方案三的设计，框图如下：温度计电路设计总体设计方框图如图所示，控制器采用单片机 AT89S51，温度传感器采用 DS18B20，用四位 LED 数码管以串行口传送数据实现温度显示。图 1-1 时钟结构图LED显示主控制器温 度传感单片机复位报警点按键时钟振荡5第二章 硬件设计62.1 硬件电路的设计 P10234578X9INT(EA)/VRSLDWFKCOMU-+J?QGBYu.本设计系统共由四部分组成： AT89S51 为控制装置，负责各部分的控制和数据采集。 DB9 和 MAX232 组成了通讯系统，负责和上位机通讯的 TTL/RS232 电平转换。图 2-1 硬件电路设计图