数字测温仪的设计.doc

1、课 程 设 计 报 告课程名称 :单片机原理及应用课程设计设计题目： 数字测温仪的设计 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 电子信息工程专业 班 级： 学生姓名: 学 号: 起止日期: 指导教师: 教研室主任： 指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日成绩项 目 权重1、设计过程中出勤、学习态度等方面 0.22、课程设计质量与答辩 0.53、设计报告书写及图纸规范程度 0.3成绩评定总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见：主任签字： 年 月 日摘 要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要

2、介绍了一个基于 STC89C52 单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器 DS18B20 开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器 DS18B20 的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20 与 STC89C52 结合实现最简温度检测系统，该

3、系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。在学习了单片机的的基本原理的基础上进行设计的，综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并仿真实现，从而加深对单片机软硬件知识的理解，获得初步的应用经验；进一步熟悉和掌握单片机的内部结构和工作原理，了解单片机应用系统的基本方法和步骤。本设计的目标是单片机和温度传感器及其相关实现温度的测量和数字显示，测量精度小于 0.5C，可以设置温度的上下限，超出测温范围可以有蜂鸣器报警。本设计是一款简单实用的小型数字温度计，本次数字温度计的设计共分为六部分，主控制器，LED 显示部分，传感器部分，外围电路部分，报警电路，电

4、源电路。主控制器即单片机部分，用于存储程序和控制电路；LED 显示部分是指两位共阴极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器，用来采集温度，进行温度转换；外围电路部分，即复位电路和时钟电路。测量的总过程是，传感器采集到外部环境的温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示。本设计能完成的温度测量范围是 1825，超出此范围报警部分就会发出警告。关键词：单片机；数字测温仪；DS18B20；8255；LED 数码管；报警。目 录1设计要求 .12 总体设计方案 .12.1 数字测温仪设计方案比较论证 .12.2 方案的总体设计框图 .23单元电路的设计 .23.1

5、 主控芯片 .23.2 温度采集模块 .43.3 报警模块 .53.4 温度显示模块 .53.5 其他外围电路 .73.6 电源电路 .84 程序设计 .84.1 流程图 .94.2 程序分析 .105 实例测试 .145.1 软件调试步骤 .146 总结与体会 .15参考文献： .16附录：设计程序 .171数字测温仪1设计要求本设计主要是介绍了单片机控制下的温度检测系统，详细介绍了其硬件和软件设计，并对其各功能模块做了详细介绍，其主要功能和指标如下：（1）单点温度测试；（2）测温范围：1040；（3）分辨率：01；（4）温度输出显示：2 位；（5）设定上下限(下限 18，上限 25)，超出

6、范围时报警。2总体设计方案2.1 数字测温仪设计方案比较论证方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，再将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以利用单片机进行数据的处理，进而用显示模块将温度显示出来，这种设计需要用到感温电路和 A/D转换电路，相对比较麻烦。主案二采用一只温度传感器 DS18B20，因其内部集成了 A/D 转换器，可以直接读取被测温度，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器 DS18B20 只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性

7、。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器 DS18B20 做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20 进行范围的温度检测。2.2 方案的总体设计框图测温计电路设计总体设计框图如图 2-1 所示，控制器采用单片机 STC89C52，温度传感器采用 DS18B20，用 2 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。2报警电路复位电路晶振电路显示电路测温电路驱动电路单片机图 2-1 总体设计框图3单元电路的设计3.1 主控芯片本设计的主控芯片有 STC89C52 和 8255。STC89C52

8、是 一 个 低 电 压 ， 高 性 能 CMOS 8 位 单 片 机 ， 片 内 含 8K Byte 的 可反 复 擦 写 的 Flash 只 读 程 序 存 储 器 和 256 Byte 的 随 机 存 取 数 据 存 储 器 （ RAM） ，器 件 采 用 ATMEL 公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 储 技 术 生 产 ， 兼 容 标 准 MCS-51 指令 系 统 ， 片 内 置 通 用 8 位 中 央 处 理 器 和 Flash 存 储 单 元 ， 功 能 强 大 的 STC89C52单 片 机 可 为 您 提 供 许 多 较 复 杂 系 统 控 制 应 用 场 合 。

9、 STC89C52 有 40 个 引 脚 ， 32个 外 部 双 向 输 入 /输 出 （ I/O） 端 口 ， 同 时 内 含 2 个 外 中 断 口 ， 3 个 16 位 可 编 程定 时 计 数 器 ,2 个 全 双 工 串 行 通 信 口 ， 2 个 读 写 口 线 ， STC89C52 可 以 按 照 常 规 方法 进 行 编 程 ,但 不 可 以 在 线 编 程 (S 系 列 的 才 支 持 在 线 编 程 )。 其 将 通 用 的 微 处 理器 和 Flash 存 储 器 结 合 在 一 起 ， 特 别 是 可 反 复 擦 写 的 Flash 存 储 器 可 有 效 地 降低 开

10、 发 成 本 。主 要 功 能 特 性 ：兼 容 MCS51 指 令 系 统 8K 可 反 复 擦 写 ROM， 256x8bit 内 部 RAM 32 个 双 向 I/O 口 可 编 程 UART 串 行 通 道 共 5 个 中 断 源 ， 其 中 包 括 2 个 外 部 中 断 源 2 个 16 位 可 编 程 定 时 /计数器 中 断 和 一 个 串 行 中 断3图 3-1 STC89C52 引脚图8255 是 Intel 公 司 生 产 的 可 编 程 并 行 I/O 接 口 芯 片 ， 有 3 个 8 位 并 行 I/O口 。 具 有 3 个 通 道 3 种 工 作 方 式 的 可

11、编 程 并 行 接 口 芯 片 （ 40 引 脚 ） 。 其 各 口 功能 可 由 软 件 选 择 ， 使 用 灵 活 ， 通 用 性 强 。 8255 可 作 为 单 片 机 与 多 种 外 设 连 接 时的 中 间 接 口 电 路 。8255 作 为 主 机 与 外 设 的 连 接 芯 片 ， 必 须 提 供 与 主 机 相 连 的 3 个 总 线 接 口 ，即 数 据 线 、 地 址 线 、 控 制 线 接 口 。 同 时 必 须 具 有 与 外 设 连 接 的 接 口 A、 B、 C 口 。由 于 8255 可 编 程 ,所 以 必 须 具 有 逻 辑 控 制 部 分 ， 因 而 82

12、55 内 部 结 构 分 为 3 个部 分 ： 与 CPU 连 接 部 分 、 与 外 设 连 接 部 分 、 控 制 部 分 。具 有 如 下 特 性 ：(1)一 个 并 行 输 入 /输 出 的 LSI 芯 片 ,多 功 能 的 I/O 器 件 ,可 作 为 CPU 总 线 与外 围 的 接 口 . (2)具 有 24 个 可 编 程 设 置 的 I/O 口 ,即 3 组 8 位 的 I/O 口 为 PA 口 ,PB 口 和PC 口 .它 们 又 可 分 为 两 组 12 位 的 I/O 口 ,A 组 包 括 A 口 及 C 口 (高 4 位 ,PC4PC7),B 组 包 括 B 口 及

13、C 口 (低 4 位 ,PC0PC3).A 组 可 设 置 为 基 本 的 I/O 口 ,闪 控(STROBE)的 I/O 闪 控 式 ,双 向 I/O3 种 模 式 ;B 组 只 能 设 置 为 基 本 I/O 或 闪 控 式I/O 两 种 模 式 ,而 这 些 操 作 模 式 完 全 由 控 制 寄 存 器 的 控 制 字 决 定 。本 设 计 中 ， 连 接 RST 引 脚 和 8255 的 RESET 引 脚 ， 以 控 制 8255 的 复 位 。 通 过STC89C52 的 P2.5 实 现 8255 芯 片 的 选 通 。 P0 口 传 输 数 据 给 8255， 通 过 P2.

14、1和 P2.2 分 别 连 接 8255 的 A0 和 A1， 控 制 P0 口 的 数 据 的 去 向 是 PA 口 ， PB 口 ，PC 口 还 是 控 制 寄 存 器 CON。 STC89C52 的 读 、 写 管 脚 直 接 与 8255 的 读 写 引 脚 分别 相 连 即 可 。43.2 温度采集模块DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按 9 位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚 TO-

15、92 小体积封装形式，温度测量范围 55125，可编程为 912 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个 DS18B20 可以并联到三根或者两根线上，CPU 只需一根端口线就能与多个 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号

16、，便于单片机处理及控制。图 3-2 温 度 芯 片 DS18B20DS18B20 最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20 的数据 I/O 均由同一条线来完成。DS18B20 的电源供电方式有 2 种: 外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时, VDD 和 GND 均接地, 他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用, 原理是当 1 W ire 总线的信号线 DQ 为高电平时, 窃取信号能量给DS18B20 供电, 同时一部分能量给内部电容充电, 当 DQ 为低电平时释放能量为DS18B20 供电。但寄生电源方式需要强上拉电路, 软件控制变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数

17、据到 E2PROM 时) , 同时芯片的性能也有所降低。外部电源供电方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。因此本设计采用外部供电方式。如图 3-3 所示：5123U传VCP7图 3-3 温度检测电路温度传感器 DS18B20 的测量范围为-55+125，在-10+85时精度为0.5。因为本设计只用于测量环境温度，所以只显示 1040。3.3 报警模块本设计采软件处理报警，利用蜂鸣器进行报警输出，采用方波输入供电。当所测温度超过或低于所预设的温度时，数据口相应送入方波，报警输出。报警电路硬件连接见图 3-4。

18、图 3-4 报警电路图3.4 温度显示模块本设计显示电路采用两位共阳极 LED 数码管来显示测量得到的温度值。LED 数码管能在低电压下工作，而且体积小、重量轻、使用寿命长，因次本设计选用此数码管作为显示器件。一个 LED 数码管只能显示一位的字符，如果字符位数不止一位，可以用几个数码管组成，但要控制多位的显示电路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要显示的字符是什么，控制电路应将字符的七段码通过输出口连接到 LED 的ag 引脚，是某些段点亮，某些段处于熄灭状态。字位控制是指控制在多位显示器中，哪几位发光或哪几位不发光，字位控制则需要通过字位码作用于 LED 数码管的6公共引脚，是某

19、一位或某几位的数码管可以发光。数码管显示电路分为动态显示和静态显示。静态显示方式是指每一个数码管的字段控制是独立的，每一个数码管都需要配置一个 8 位输出口来输出该字位的七段码。因此需要显示多位时需要多个输出口，通常片内并口不够用，需要在片外扩展。动态显示又称为扫描显示方式，也就是在某一时刻只能让一个字位处于选通状态，其他字位一律断开，同时在字段线上发出该位要显示的字段码，这样在某一时刻某一位数码管就会被点亮，并显示出相应的字符。下一时刻改变所显示的字位和字段码，点亮另一个数码管，显示另一个字符。绕后一次扫描轮流点亮其他数码管，只要扫描速度快，利用人眼的视觉残留效应，会使人感觉到几位数码管都在稳定的显示。本设计采用数码管动态显示，电路如图 3-5 所示：图 3-5 数码管显示部分电路图中由单片机接 8255 驱动两位共阳极数码管，由 8255 的 PA4 和 PA5 口通过 PNP型三极管 Q5，Q6 驱动其字位，三极管发射极接高电平，当 PA4 或 PA5 为高电平时，