1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于单片机的带温度显示的数字钟设计（c51 语言编程）一、课题研究意义及现状1980年因特尔公司推出了MCS-51单片机，近30年来，其衍生系列不断出现，从Atmel加入FLASH ROM，到 philips加入各种外设，再到后来的Cygnal推出C8051F，使得以8051为核心的单片机在各个发展阶段的低端产品应用中始终扮演着一个重要的角色，其地位不断升高，资源越来越丰富，历经30年仍在生机勃勃地发展，甚至在SoC时代仍占有重要的一席之地。单片机具有体积小、功能强、低功耗、可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域智能仪表、机电一体化、实
2、时控制、国防工业普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。C语言已经成为当前举世公认的高效简洁而又贴近硬件的编程语言之一。将C语言向单片机8051上移植十余20世纪80年代的中后期，经过几十年的努力，C语言 已成为专业化单片机上的实用高级语言。C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。此外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。与汇编语言相比，C51在功能、结构、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。另外C51可
3、以缩短开发周期，降低成本，可靠性，可移植性好。因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流，用C语言进行8051单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。随着人们生活水平的提高，对物质需求也越来越高，人们已不再满足于钟表原先简单的报时功能，希望出现一些新的功能，诸如环境温度显示、日历的显示、重要日期倒计时、显示跑表功能等，用以带来更大的方便。而所有这些，又都是以数字化的电子时钟为基础的,不仅应用了数字电路技术，而且还加入了需要模拟电路技术和单片机技术。其电路可以由时钟模块、人机接口模块、环境温度检测模块等部分组成。比机械式时钟具有更高的直观性和准确性，调节起来方便，且无机械装置，能够
4、使用更长时间，并且方便维护保养，因此得到了广泛的使用。数字钟已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。因此，研究实用数字钟及其扩展应用，具有很大的实用价值。二、课题研究的主要内容和预期目标学习 51 单片机的基础知识熟悉其基本模块的使用、使用 HD7279 驱动 LED 数码管显示、键盘扫描和 16 位键盘的输入、以及温度传感器 DS18B20 的温度采集等。利用 C51 编程实现一个带温度计的数字钟。1）设计目标熟悉单片机基础知识，了解 51 单片机的基本功能以及温度传感器 DS18B20 的使用
5、，熟悉开发板的特征，设计并利用 C51 进行编程实现要求的功能，为将来从事单片机开发、和产品制造打下基础。2）本设计的主要内容如下：（1）利用 HD7279 驱动 8 位数码管显示。（2）带有 16 键的键盘，用来对时钟进行时间设置和功能转换。（3）用 DS18B20 检测环境温度并且在数码管上显示当前温度。（4）时钟显示精确到秒。（5）可以显示年月日。（6）可以键盘设定时间的初始植。（7）可以自动处理闰年。三、课题研究的方法及措施本课题重点是，利用 DS18B20 进行温度的采集，HD7279 驱动数码管显示。在开发板上利用 C51 编程实现带温度显示的数字钟。主控芯片为一块 AT89C51
6、 单片机，利用开发板上的单片机时钟电路来实现计数功能，利用 HD7279 驱动 LED 数码管，以及传感器 DS18B20 来进行温度的实时检测，将采集来的数据显示在数码管上。本课题的关键在于系统的软件设计，要求利用 C51 编程来实现课题所要求的功能，设计其基本功能模块，其中包括，数码管显示模块，按键模块，温度的采集和 A/D 转换模块。系统设计的原理示意图如下：数码管显示模块A T89C51单片机时钟模块温度检测与转换模块电源键盘模块复位电路四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 10 月 18 日至 2011 年 4 月 22 日。第一阶段（自 2010 年 10 月 18
7、日至 2010 年 11 月 19 日）：查看分析任务，收集资料相关所需的，各项准备工作做好开始系统总体方案设计，第二阶段（自 2010 年 11 月 20 日至 2011 年 2 月 12 日）撰写并完成开题报告、文献综述、外文翻译的设计前期工作。第三阶段（自 2010 年 11 月 20 日至 2011 年 4 月 1 日）：熟悉开发板，了解其硬件电路图，设计 DS18B20 的电路图，构建软件整体框架，及各个子程序的设计，算法研究及软件程序设计，撰写设计报告与论文。第四阶段（自 2011 年 4 月 2 日至 2011 年 4 月 16 日）：完善算法，跟指导老师交流，完成论文修改，准备
8、答辩。五、参考文献1 董军堂，冯晓艳，贾培军基于 AT89C2051 单片机的电子钟设计J. 电子制作，2008.2 谢维成，杨家国.单片机原理与应用及 C51 程序设计M .北京：清华大学车版社会 2009年 7 月.3 杨恢先，黄辉先.单片机原理及应用M北京：人民邮电出版社，2006 年 10 月. 5 张毅刚等MCS-51 单片机应用设计M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002 年 7月.4 周功明,周陈琛基于单片机 AT89S52 的新型可编程数字温度测量系统的设计J，绵阳师范学院学报，2009，第 8 期 . 6 张齐 杜群贵编著， 单片机应用系统设计技术基于C语言编程M 北京：电子
9、工业出版社，2004年.7 胡寿松.自动控制原理简明教程M北京：科学出版社，2003 年 8 月.8 范风强.单片机语言 C51 应用实战集锦（第二版）M北京：清华大学出版社，2005 年 5 月.9 张虹单片机原理及应用M .北京：中国电力出版社，2009.10 余人杰.计算机控制技术M西安：西安交通大学出版社，2001 年 7 月.11 LEIGH.J.R: Apllied digital control Prentice Hall,1992.12 John J.Dazzo,Constantine H.Houpis. Linear Control System Analysis and D
10、esignMMcGraw-Hill.2000.毕业论文文献综述电气工程及自动化带温度传感器的单片机研究摘要：本文介绍了单片机的发展历史，同时介绍了单片机的基本构造，还有单片机的硬件特性，介绍了单片机的功能扩展，介绍了温度传感器的原理及其分类，几种常见的温度传感器的特性与应用，对单片机和温度传感器的发展做了部分介绍。关键词： 单片机；温度传感器；单片机应用；热电偶；热电阻1.引言微型化是计算机发展的重要方向，把计算机的控制器存储器、运算器输入/输出（I/O）接口四个组成部分集成在一个硅片内，于是就出现了一个以大规模集成电路为主的微型计算机简称单片机。由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品，一般
11、需要嵌入一定设备，故又称为嵌入式微控制器（Embedded Microcomputer） 。目前生产的单片机厂商很多，产品型号规格数不胜数，性能各具特色 1。在实际的运用中，用到了单片机的各项功能的扩展，其中与传感器之间的结合运用相当广泛。在此介绍单片机与温度传感器之间的结合，丰富了单片机的运用。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了包含半导体热电偶传感器在内的多种温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器 2。温度传感器各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常小，而且可以广泛应用在生产实践的各个领域中。2单片机的发展历史单片
12、机的发展课分为四个阶段：单片机初级阶段，应为工艺的限制，此阶段的单片机采用双片的形式而功能比较简单；低性能单片机阶段，此阶段的单片机已为一台完整的计算机，单内部资源不够丰富；高性能单片机阶段，此阶段的单片机片内资源丰富，以Intel公司生产的MCS-51系列为代表，片内及乘客8位CPU、16位定时器/计数器、串行I/O口，多级中断系统、RAM、ROM等，片内RAM和ROM容量加大，寻址范围可达64KB。有的型号内部还带有A/D转换器；8位单片机的巩固发展及16位、32位单片机推出的阶段 3。3单片机的基本结构单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。4单片机的应用目前单片机渗透到我们生
13、活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。飞机上各种仪表的控制，导弹的导航装置，工业自动化过程的实时控制和数据处理，计算机的网络通讯与数据传输，广泛使用的各种智能 IC 卡，录像机、民用豪华轿车的安全保障系统，摄像机、以及程控玩具，全自动洗衣机的控制，电子宠物等，这些都离不开单片机4。 单片机广泛应用于医用设备仪器仪表、航空航天、家用电器、专用设备的智能化管理及过程控制等领域 5。在此介绍单片机的扩展功能，列举其余温度传感器相结合，以达到单片机功能的扩展及其相关产品的研发。既丰富了单片机的共能，同样也能实现产品的自动化以达到人们对产品功能多样的要求，下来介绍温度传感器。5.温度传感器
14、的介绍温度传感器的测温原理: 利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。5.1 温度传感器的分类5.1.1 接触式和非接触式温度传感器接 触 式 温 度 传 感 器 :接 触 式 温 度 传 感 器 的 检 测 部 分 与 被 测 对 象 有 良 好 的 接 触 ， 又 称温 度 计 。 通 过 传 导 或 对 流 达 到 热 平 衡 ， 从 而 使 温 度 计 的 示 值 能 直 接 表 示 被 测 对 象 的 温度 。 非接触式温度传感器: 它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面
15、温度，也可用于测量温度场的温度分布 6。5.1.2 模拟温度传感器热 电 偶 : 工作原理是当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO，称为自由端(也称参考端)或冷端，则回 路中就有电流产生。 热 电 阻 ： 其 材料特性为导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构 成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200500温度范围内的温度测量 7。5.1.3 逻辑输出型温度传感器在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温
16、度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。5.1.4 数字式温度传感器就 是 能 把 温 度 物 理 量 和 湿 度 物 理 量 ， 通 过 温 、 湿 度 敏 感 元 件 和 相 应 电 路 转 换 成 方 便计 算 机 、 plc、 智 能 仪 表 等 数 据 采 集 设 备 直 接 读 取 得 数 字 量 的 传 感 器 。5.2 几种常用的温度传感器AD590温度传感器 ：AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3到30V，输出电流223A（-50）到423A（+150） ，灵敏度为1A/。
17、当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为喻出电压。注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20M，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差 7。LM135/235/335温度传感器 ：LM135/235/335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感 器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1的动态阻抗，工作电流范围从400A到5mA，精度为1，LM135的温度范围为-55到+150，LM235的温度范围为
18、-40到+125，LM335为-40到+100。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中 8。数字温度传感器DS18B20：它由美国Dallas 半导体公司生产的数字化温度传感器 DS18B20。它由三个主要部件组成：温度传感器、64 位激光 ROM、非易失性的温度报警触发器TH 和TL 。DS18B20 支持 “一线总线”接口，测量温度范围为-55C 到+125C，被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出，在-10 到+85C 范围内，精度为0.5C。DS18B20 采集到的现场温度直接以先进的单总线数据通信方式传输，大大提高
19、了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量 9。6. 结论由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点已成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广泛的发展前景。单片机技术的应用，使得许多领域的技术水平和自动化程度的以大大的提高 10。可以说，单片机的应用与发展对人类生活影响深远，研究单片机的温度扩展功能，可以熟悉单片机的基本功能，传感器的基本特性，同时也能引申单片机其它功能的扩展，知道相关功能实现所需要的器件及其所需的流程，掌握单片机开发的相关技术与方法。参考文献1 薛钧义.单片机微型计算机及其应用M .西安：西安交通大学出版社，1997 年.2 王俊峰，梦令起，等.
20、现代传感器应用技术 M.北京：机械工业出版社，2006 年 8 月.3 杨恢先，黄辉先.单片机原理及应用M北京：人民邮电出版社，2006 年 10 月. 理群芳单片微型计算机与接口技术M，北京：电子工业出版，2001 年. 4 张函芳 单片机应用系统设计（系统配置与接口技术）M 北京：北京航空航天大学出版社，1990年.5 李广弟.单片机基础M北京：北京航空航天大学出版社，2001 年.6 何希才，等.传感器及其应用实例M.北京;机械工业出版社，2004.7 刘笃仁，韩保君，刘勒.传感器原理及应用技术M.西安：西安电子科技大学出版.2009,4.8 黄肾武，等.传感器原理与应用 M.成都;电子
21、科技大学出版社，1995.9 丁继斌.传感器M.北京：化学工业出版社，2010,1.10 余人杰.计算机控制技术M西安：西安交通大学出版社，2001 年 7 月.11 LEIGH.J.R: Apllied digital control Prentice Hall,1992.12 John J.Dazzo,Constantine H.Houpis. Linear Control System Analysis and DesignMMcGraw-Hill.2000.毕业设计（20_ _届）基于单片机的带温度显示的数字钟设计（c51 语言编程）摘 要本设计以单片机为智能控制系统的 CPU，设计一
22、个带实时温度显示的数字钟，该产品是将时钟、日历、和温度计集成在一起的多功能的一个日用工具。该设计有单片机微处理系统、温度检测与转换、键盘和数码管显示、时钟模块以及复位电路组成。将硬件电路设计完成后，用 C51 语言编程，再利用 Keil 软件进行编译，制作了带有实时温度显示的数字钟。该数字钟能够实现的功能有年、月、日，时、分、秒的显示，切换显示实时环境温度，自动处理闰年、并能利用键盘设定时间的初始值以及各功能之间的切换显示。为了能实现以上所述的功能，本设计是选用AT89C51单片机作为智能控制系统的CPU。在显示方面选用的芯片为HD7279A，为了提高系统的抗干扰性本设计采用的温度传感器是DS18B20，因为DS18B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55C到+125C，被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出，在-10C到85C 范围内，精度为0.5C。DS18B20 采集到的现场温度直接以先进的单总线数据通信方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。本设计的最小计时单位为秒，虽然只需要四位按键就能实现上述的功能，但是为了以后能更进一步对产品进行扩展，在此选用了16位的键盘 1。关键词：AT89C51单片机；C51语言编程；DS18B20；数字钟；日历
