數(shù)字溫度計的設(shè)計

1、數(shù)字溫度計的設(shè)計 一、 課程設(shè)計目的：通過電子系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計，使掌握現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的方法和計原則以及使用Protel軟件進行原理圖和PCB板圖設(shè)計的方法。進一步加深對電子系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用的理解。二、 課程設(shè)計的內(nèi)容及要求1）數(shù)字溫度計的設(shè)計內(nèi)容： 數(shù)字式溫度計測溫范圍在-55125，誤差在±0.5以內(nèi)。 顯示部分可以采用LED數(shù)碼管直讀顯示（四連排LED數(shù)碼管）。 可以用鍵盤（至少4個）設(shè)置溫度的上/下限，當溫度不在范圍內(nèi)時，啟動報警裝置。 發(fā)聲器件為8、0.25W動圈式揚聲器；2）課程設(shè)計要求：1）獨立設(shè)計原理圖及相應(yīng)的硬件電路。2）獨立焊接電路板并對電路板調(diào)試。3）針對選擇的設(shè)

2、計題目，設(shè)計系統(tǒng)軟件。軟件要做到：操作方便，實用性強，穩(wěn)定可靠。4）設(shè)計說明書格式規(guī)范，層次合理，重點突出。并附上設(shè)計原理圖、電路板圖及相應(yīng)的源程序。三、 總體設(shè)計方案本設(shè)計以檢測溫度并顯示溫度提供上下限報警為目的，按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定系統(tǒng)由5個模塊組成：主控器4、測溫電路，報警電路，按鍵電路及顯示電路。系統(tǒng)以DS18B20為傳感器用以將溫度模擬量轉(zhuǎn)化為電壓數(shù)字量以總線傳入單片機，以AT89S52為主芯片，在主芯片對DS18B20傳入的溫度值進行處理，由單片機程序控制，將經(jīng)處理后的溫度由LED數(shù)碼管顯示出來。本系統(tǒng)具有電路簡潔，性能可靠等特點，易于實現(xiàn)。 LED顯示溫度值鍵盤輸入控溫單

3、片機AT89S52主控部分報警功能DS18B20采集溫度 圖3-1 數(shù)字溫度計設(shè)計總體的原理圖3.1 溫度的檢測每次測溫由單片機向測溫傳感器發(fā)出特定脈沖，測溫傳感器能夠檢測到脈沖并做相應(yīng)的工作。傳感器將模擬溫度信號經(jīng)過采集，數(shù)字處理，放大后輸出。DS18B20使用一個單線接口發(fā)送或接受信息，因此在單片機和DS18B20之間只需要一條線鏈接，用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線獲得，無需外接電源。3.2 數(shù)字信號的處理送入單片機內(nèi)部的數(shù)字信號經(jīng)過單片機的處理，將數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來。其處理過程主要由單片機能存儲的程序進行控制。3.3 溫度的顯示 使用4位共陽極LED數(shù)碼管顯示。單片機將溫度

4、數(shù)據(jù)經(jīng)處理后由I/O口輸出，由特定的編碼用數(shù)碼管顯示出來。LED顯示具有顯示速度快，顯示結(jié)果明顯，易于制作等優(yōu)點。3.4 按鍵檢測 將按鍵的一段與單片機I/O口鏈接，一段與地鏈接，當按鍵按下時可以由單片機內(nèi)的程序檢測到。通過按鍵使用者可以控制程序，使用不同的功能，開關(guān)系統(tǒng)等。按鍵使用普通紐扣按鍵，具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，使用方便等優(yōu)點。3.5 報警功能在單片機程序內(nèi)設(shè)置了報警溫度的上下限值，當所測得的溫度超過了這一數(shù)值，將會由蜂鳴器發(fā)出報警。報警功能是本系統(tǒng)的重要功能之一，在工業(yè)應(yīng)用中常常需要在特定的溫度條件下進行報警，當溫度超出范圍時及時的報警是十分必要的。四、 硬件系統(tǒng)設(shè)計4.1總體電路設(shè)

5、計溫度計電路設(shè)計原理圖控制器使用單片機AT89S52，溫度傳感器使用DS18B20，用4位共陰LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)溫度顯示。電路還包括按鍵電路，復(fù)位電路，報警電路，單片機外設(shè)電路等。整個系統(tǒng)的原理圖如圖4-1所示： 圖4-1 系統(tǒng)原理圖4.2主控制器 AT89S52AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S

6、52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。4.3顯示電路顯示電路用四位八段共陽極數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動態(tài)顯示的原理是，各個數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號，當全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。圖4-2 四位八段數(shù)碼管的管腳4.4 溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，

7、與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：·獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；·實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫；·可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V；·在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號；·溫度以9或12位數(shù)字量讀出；·報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度(溫度報警條件)的器件；·負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能工作。 圖4-3 DS18B20的接入圖

8、4.5 按鍵電路的設(shè)計 按鍵電路將按鍵的一段與單片機I/O口鏈接，一段與地鏈接，當按鍵按下時可以由單片機內(nèi)的程序檢測到。按鍵采用普通的按鈕按鍵。 圖4-4 按鍵電路圖4.6蜂鳴器報警電路所測溫度超出上、下限溫度極限值時，為實現(xiàn)報警功能，設(shè)計了蜂鳴器報警電路。 圖4-5 報警電路五、 軟件系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等等。系統(tǒng)程序采用單片機C語言編寫。程序簡潔，可靠性高，可維護性好。讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過R

9、OM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節(jié)完？CRC校驗正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNY 溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？百位數(shù)0？十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號） 結(jié)束NNYY 圖5-2顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖圖5-1 讀溫度流程圖 六、 總結(jié) 經(jīng)過將近兩周的電子系統(tǒng)課程設(shè)計，終于完成了我的數(shù)字溫度計的設(shè)計，雖然沒有完全達到設(shè)計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計把實物都做了出來。在指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下，我確實學(xué)到了不少平時在課堂上所學(xué)不到的知識。這樣的課程設(shè)計不論是對我們的理論知識還是實踐能力都有很大的幫助，可以使我們能更快更準確的掌握專業(yè)方面的理論知識。我感覺這次設(shè)計我們得到更多的是，對辦任何事情我們都要先經(jīng)過認真細致的觀察和分析，才能確定我們到底該如何去做它，要不然，只會是事倍功半，耽誤我們的辦事效率。我覺得這個方面的經(jīng)驗是最寶貴的，也是我們在畢業(yè)后，進入社會所必須的能力。我們也只有具備了這個基本的能力后，才不至于在以后的生活，學(xué)習(xí)和工作中誤入歧途，對自己和對他人造成不必要的損失?？傊?，通過這次電子系統(tǒng)設(shè)計，我真正學(xué)到了很多東西，真正體會到了理論聯(lián)系實際的重要性。我想如果在平時多搞幾次這樣的設(shè)計，那我們的知識會掌握的更多，更牢固。最