1、 基于单片机的数字温度计课程设计0目录一 .课程设计目的 4二 设计任务 4三 .设计要求 4四 . 设计方案及比较（设计可行性分析） 4五 .系统设计总体思路 6六 .系统原理框图及工作原理分析 61.温度计设计系统流程图 62.数字温度计应用系统的硬件设计 8(1).单片机小系统的基本组成及其选择 8(2).电源 8(3).晶振控制 8(4).I/O 口 6通过实训，提高学生的学习兴趣，激发自主学习能力，培养创新意识。二 设计任务先焊制一个单片机最小系统，并以制作的单片机最小系统为核心，设计并制作一个数字温度计应用系统。三 设计要求1 采用DS18B20作为温度传感器进行温度检测；2 对采
2、集温度进行显示,采用两路设计（显示温度分辨率0.1） ；3 采集温度数值应采用数字滤波措施，保证显示数据稳定；4 显示数据，无数据位必须消隐。四、设计方案及比较（设计可行性分析）该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。 方案一采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成（热电偶的构成如图 3.1），热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D 通
3、道的单片机，在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，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。基于单片机的数字温度计课程设计2图 3.1热电偶电路图系统主要包括对A/D0809 的数据采集，自动手动工作方式检测，温度的显示等，这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。此外还有复位电路，晶振电路，启动电路等。故现场输入硬件有手动复位键、A/D 转换芯片，处理芯片为51
4、芯片，执行机构有4 位数码管、报警器等。方案二采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，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。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51(52)构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬
5、件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信上传数据，另外AT89S51(52) 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。该系统利用AT89C51(52)芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232
6、接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。系统框图如图基于单片机的数字温度计课程设计3从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，但是线性误差较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，还可以进行各种功能的扩展,例如报警系统,时间显示等,故本次设计采用了方案二,并采用两路设计。五 系统设计总体思路设计方案及其总体设计框图六 系统原理框图及工作原理分析晶振控制单片机芯片AT89S521602 显示器第一路温度检测电 DS18B20第二路温度检测电路 DS18B20晶振控制单片机芯片AT89S521602 显示器第一路温度检测电 DS18B2
7、0第二路温度检测电 DS18B20基于单片机的数字温度计课程设计41.温度计设计系统流程图开始进入缓冲区初始化复位 DS18B20 发跳过 ROM 命令温度转换命令延时复位 DS18B20，跳过 ROM 命令读存储器命令将温度转换为 BCD 码更新数据缓冲区读温度命令系统设计原理：本次课程设计是基于单片机的数字温度计设计，在开始课程设计的时候我们要理解并掌握对单片机的开发，学会使用 KEIL 及 Proteus, Multisim 等仿真软件。根据设计任务要求选择好器件，编写好程序运行成功之后进行软件联调，验证系统是否正确。通过筛选，我们组选用单片机 AT89S52 作为主控制系统；用 160
8、2 液晶显示模块芯片作为温度数据显示装置；智能温度传感器采用DS18B20 器件作为测温电路主要组成部分。基于单片机的数字温度计课程设计52、数字温度计应用系统的硬件设计(1)、单片机小系统的基本组成及其选择单片机选型参考 AT89S51、AT89S52 ：具备 ISP 下载功能 ，可以使用 USBASP 程序下载线或者并口下载 STC89C51、STC89C52：使用串口线+MAX232 烧写程序。 AT89C51、AT89C52 ：可以在最小系统板上使用，但需要另外用编程器烧写程序 本次课程设计选用 AT89S52 型号单片机进行操作。AT89S52 引脚图此外，AT89S52 设计和配置
9、了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP 和 PLCC 等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。(2)电源 电源适配器供电：DC 座（三个管脚） usb 供电：(3) 晶振控制AT89S52 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用
10、ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS -51 指令系统及80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52 具有如下特点：40 个引脚，8k Bytes Flash 片内程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。AT89S52
11、引脚图此外，AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。基于单片机的数字温度计课程设计6(4)I/O 口&接口 所有 I/O 用排针引出 串行通信口：P3.0,p3.1 ISP：p1.6,p1.7晶振控制电路结构原理如右图所示单片机共有 4 个 8 位双向并行 I/O 通道口，每位均有自己的锁存器、输出驱
12、动器和输入缓冲器组成。这种结构，在数据输出时可以锁存，及输出新的数据以前，通道口上的原始数据不变。但对输入信息是不锁存的，所以从外部输入的信息必须保持到取数指令执行完为止。基于单片机的数字温度计课程设计7(5)主要芯片及其功能AT89S52(也可以用 AT89S51)引脚说明AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程AT89S52 引脚图 DIP 封装Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵
13、巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止
14、，直到下一个中断或硬件复位为止。P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动8 个 TTL 逻 辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
15、 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。此外，P1.0 和 P1.1 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） 。 在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。引脚号第二功能：P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）基于单片机的数字温度计课程设计8P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2
16、口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动AT89S52 引脚图 PLCC 封装4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时，P2 口也接
17、收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。端口引脚 第二功能：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断 0)P3.3 INT1(外中断 1)P3.4 TO(定
18、时/计数器 0)P3.5 T1(定时/计数器 1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 FLASH 存储器编程期间，该引
19、脚还用于输入编程脉冲（PROG） 。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）基于单片机的数字温度计课程设计9区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。EA/VPP：外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部
20、程序存储器（地址为 0000H-FFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行内部程序存储器的指令。FLASH 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。DS18B20DS18B20DS18B20 温度传感器是美国 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 9-12 位的数字值读数方式。 TO92 封装的 DS18B20 的引脚排列见下图，其引脚功能描述见表 3-3。 （底视图）图 3-3 DS18B20 引脚图
