數(shù)字溫度計顯示設計畢業(yè)設計論文

安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設計職業(yè)學院畢業(yè)設計封面學號___________姓名____________班級____________指導教師_________論文題目______________________________________________________________________數(shù)字溫度計顯示設計摘要隨著時代的進步和現(xiàn)代化信息技術的迅速發(fā)展，單片機技術日漸成熟，并且已經(jīng)普及到我們的生活、工作，學習和科研等各個方面，幾乎和我們息息相關。而在我們實行檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機是整個系統(tǒng)的核心部分。本論文將介紹用單片機控制的數(shù)字顯示溫度計。該設計主要以STC89C51為主要控制器件，以DS18B20為測溫傳感器，由于采用了該溫度傳感器，所以與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有測溫精確度高，測溫范圍廣，適用范圍也比較廣等特點，并且采用數(shù)字顯示，使讀數(shù)更加方便。此外，該系統(tǒng)結構簡單，抗干擾能力強，適合在各種環(huán)境下進行溫度測量?？傮w來說這種溫度計的性價比是很高的，它的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的感溫元件并且省去了A\D、和模擬開關的設計。此外STC89C51體積小并且還可以直接驅(qū)動LED，這樣大大化簡了設計的難度并且降低了成本。關鍵詞：單片機STC89C51溫度傳感器DS18B20數(shù)碼管—LED智能目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第一章緒論 -1-1.1引言 -1-1.2研究背景及現(xiàn)狀 -1-1.3設計目的 -2-第2章數(shù)字溫度計具體設計內(nèi)容 -3-2.1數(shù)字溫度計設計方案論證 -3-2.1.1方案一 -3-2.1.2方案二 -3-2.2所用主要元件清單 -4-2.3主控制器STC89C51的特點及功能介紹 -4-2.3.1STC89C51的特點及特性： -4-2.3.2電源電路： -6-2.4溫度采集部分的設計 -6-2.5顯示部分電路設計 -9-2.5.1LED顯示電路 -9-2.5.2整機電路 -9-總結 -10-附錄A主電路原理圖 -11-附錄B實物圖 -12-附錄C程序 -14-參考文獻 -19-20-緒論1.1引言隨著人們對生活的水平和質(zhì)量要求的不斷提高，科技的發(fā)展也不斷的突破，以滿足人類生活的需求。單片機控制技術的日益發(fā)展正是我們所追求的目標之一，而在整個過程中，人們越來越關注精密而實用的儀器，能夠去方便我們的生活和工作。數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，人們對它的要求越來越高，所以從單片機入手，未來的生活可能會向著數(shù)字化控制、智能化控制方向發(fā)展。自單片機問世以來，它的性能不斷提高和完善，其資源又很多應用場合的需要，另外單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、成本低等特點，因此，在工業(yè)控制、家電、智能儀器儀表測量、數(shù)據(jù)的采集和處理、通信系統(tǒng)等領域的應用日益廣泛，所以單片機的發(fā)展前景越來越被我們所重視。另外，單片機的技術在農(nóng)業(yè)方面也有很大的應用。我們都知道，溫度是我們在日常生活、工作和學習中最容易涉及到的一個物理量。溫度的測量一般都是用各式各樣的溫度計來直接測量。如水銀和酒精溫度計，但是這些溫度計都是以刻度的形式來表示溫度的高低，我們必須要用肉眼去看刻度，得出溫度值，在這過程中就存在一個誤差的問題,所以我們就要盡量去避免這種誤差，因此，利用單片機及溫度傳感器測得的溫度值，最終通過LED數(shù)碼管顯示出來，這樣一來，準確性就大大提高了。1.2研究背景及現(xiàn)狀傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件。雖然熱敏電阻的成本較低，但是需要后續(xù)信號處理電路，而且可靠性相對較差，測量溫度準確度低，檢測系統(tǒng)也會存在一定的誤差。溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀：溫度傳感器使用范圍廣，數(shù)量多，位居各種傳感器之首，其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個階段：1、傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）——熱電偶傳感器,主要是能夠進行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。2、模擬集成溫度傳感器/控制器，集成傳感器是采用硅半導體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。3、智能溫度傳感器。它是集微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ATE_）為一體的。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號數(shù)據(jù)處理器、存儲器（或寄存器）和外接電路。1.3設計目的1、掌握單片機的工作原理2、能夠進行單片機簡單系統(tǒng)進行設計，包括電源模塊、復位模塊、鍵盤模塊、及相應的控制模塊的設計3、掌握單片機的指令系統(tǒng)，能夠?qū)唧w的設計要求編寫相應的控制程序4、能夠根據(jù)相應的控制要求選擇相應的外圍器件實現(xiàn)控制任務5、利用protel繪制原理，利用Proteus進行仿真第2章數(shù)字溫度計具體設計內(nèi)容2.1數(shù)字溫度計設計方案論證2.1.1方案一由于本文設計的是溫度測量電路，所以可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將其被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，溫度感應電路，比較麻煩。2.1.2方案二進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，所以采用了方案二。方案二的總體設計框圖溫度計電路設計總體設計方框圖如圖2.1所示，本系統(tǒng)采用單片機作為微控制器，控制器采用單片機STC89C51，溫度傳感器采用DS18B20，采用12MHZ晶振，電源電路采用+5V電路，用4位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)來實現(xiàn)溫度的顯示。最終該電路經(jīng)過設計分析、繪圖、仿真、調(diào)試、制板、焊接、等工作后該數(shù)字溫度計成形，并且要進行實際的調(diào)試與應用。由于采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出的信號全為數(shù)字化，這樣與傳統(tǒng)的測溫方法相比較，省去了很多外圍電路，并且數(shù)字溫度芯片的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)都特別穩(wěn)定，可用于工業(yè)作業(yè)中使用。溫度傳感器DS18B20采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器STC89C51構成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣一來,溫度測量系統(tǒng)的結構就比較簡單,體積也不會很大。軟件編程的空間比較大，可以通過編程來實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，硬件安裝也很方主控制單元溫度數(shù)字顯示穩(wěn)壓電源電路時鐘芯片電路溫度數(shù)字顯示穩(wěn)壓電源電路時鐘芯片電路溫度探測單元溫度探測單元溫度控制輸出溫度控制輸出數(shù)據(jù)儲存單元數(shù)據(jù)儲存單元圖2.1總體設計框圖2.2所用主要元件清單萬用板7*9，3pin圓孔母座，2.2K電阻*4，stc89C51單片機，40腳IC座，DS18B20溫度傳感器 ，10K電阻*2，10uF電容，小按鍵，12MHz晶振，30pF瓷片電容*2，9012三極管*4，四位一體共陽數(shù)碼管0.56，DC電源插座，USB電源線，自鎖開關，導線若干，焊錫，電烙鐵。2.3主控制器STC89C51的特點及功能介紹2.3.1STC89C51的特點及特性：89C51單片機是一款基于8位單片機處理芯片STC89C52RC，其功能非常強大，可以實現(xiàn)單片機開發(fā)的多種要求。具有報警、跑馬燈、串行通信、段碼液晶和字符液晶顯示、電機控制、A\D轉(zhuǎn)換、D\A轉(zhuǎn)換、溫度采集、數(shù)字信號合成、實時時鐘電路、PWM輸出、紅外檢測等多種功能，以供學習者開發(fā)使用。以下為STC89C51系列單片機的具體特點和管腳功能說明：(1)增強型1T流水線/精簡指令集結構8051CPU(2)工作電壓：3.4V-5.5V（5V單片機）/2.0V-3.8V（3V單片機）(3)工作頻率范圍：0-35MHz，相當于普通8051的0～420MHz.實際工作頻率可達48MHz.(4)用戶應用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)(5)片上集成512字節(jié)RAM(6)通用I/O口（27/23個），復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不得超過55mA(7)ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片(8)EEPROM功能(9)看門狗(10)內(nèi)部集成MAX810專用復位電路（外部晶體20M以下時，可省外部復位電路）(11)時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器。用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘。常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.2MHz～6.8MHz。精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，因為有溫漂，請選4MHz～8MHz(12)有2個16位定時器/計數(shù)器(13)外部中斷2路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒(14)PWM(4路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列），也可用來再實現(xiàn)4個定時器或4個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可支持)(15)STC89Cc516AD具有ADC功能。10位精度ADC，共8路(16)通用異步串行口(UART)(17)SPI同步通信口，主模式/從模式(18)工作溫度范圍：0-75℃/-40-+85℃(19)封裝：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20(超小封狀，定貨)STC89C52RC系列單片機為真正的看門狗，缺省為關閉（冷啟動），啟動后無法關閉，可省去外部看門狗。此系列單片機P4口地址為E8H，并有2個附加外部中斷，P4.2/INT3,P4.3/INT2。晶振電路部分，使用11.0592M晶體，和20PF的電容。在復位電路中，采用阻容復位時，電容為10uF，電阻為10k。因為STC89C52RC系列單片機RESET腳內(nèi)部沒有下拉電阻，必須接10k電阻2.3.2電源電路：電源電路采用外部供電的方式，通過變壓器將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?2V，再通過接口J0向?qū)嶒灠骞╇姡瑸楸Ｗo系統(tǒng)的安全性，增加了開關k0,防止因電源不當引起硬件的燒壞，電源經(jīng)過k0后，經(jīng)過整流橋，再通過電源芯片7805和7809得到+5V和+9V，為系統(tǒng)及周圍芯片提供電源。電源供電原理圖如圖2.2圖2.2電源供電原理圖2.4溫度采集部分的設計溫度采集部分采用的是DS18B20溫度傳感器，DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，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)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)）在通過單片機發(fā)出命令送給顯示器。它的輸出腳I/O直接與單片機相連，并接一個上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。DS18B20特點：（1）采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數(shù)，含符號位）；(2)測溫范圍為-55℃～+125℃，測量分辨率為0.0625℃；(3)內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM；(4)適配各種單片機或系統(tǒng)機；(5)用戶可分別設定各路溫度的上、下限；(6)內(nèi)含寄生電源。其管腳圖如圖2.4.1-1圖2.4.1-1圖2.4.1-2DS18B20實物圖圖2.4.1-3DS18B20底視圖表2-1DS18B20詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。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；●多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；●無須外部器件；●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；●零待機功耗；●溫度以9或12位數(shù)字；●用戶可定義報警設置；●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，但不能正常工作；64位ROM和單64位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器8位CRC發(fā)生器Vdd圖2-3DS18B20結構框圖現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。支持3V~5.5V的電壓范圍，電源輸入端。2.5顯示部分電路設計2.5.1LED顯示電路通過排阻與LED顯示器相連組成，電路圖如圖2.圖.2整機電路當接通電源以后，溫度傳感器正常工作，溫度傳感器將根據(jù)被測溫度的不同來采集不同的數(shù)據(jù)，然后將所采集到的數(shù)據(jù)傳送到比較器到中，然后由比較器將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成高低電平，在送入單片機，單片機通過控制各個引腳電平的高低來來控制溫度的顯示輸出。整機電路圖如圖2.圖2.5總結在本次設計中，我查閱了大量的設計資料，因為有實際的產(chǎn)品設計，需要我們自己親手做出一個實物出來，所以為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的實際資料是十分必要的，也是必不可少的。并且將本次設計的完整內(nèi)容整理寫出設計報告，但是這段時間經(jīng)過自身的不懈努力，不但加深了對單片機與傳感器的進一步的認識和理解，在這次課程設計中，全面實踐一個基于單片機的應用系統(tǒng)的開發(fā)過程，我們運用了以前學過的專業(yè)課知識，如：C語言、單片機知識等是一個綜合性很高的實踐。并將以前所學理論知識充分應用到了實踐中。通過畢業(yè)設計，受益匪淺，使我深刻認識到理論聯(lián)系實際的重要性，并且在實踐中擴展了知識面，這主要得益于認真負責的工作態(tài)度、嚴謹活潑的治學精神和深厚專業(yè)的理論水平，不但掌握了本專業(yè)的相關知識，而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，從各方面提高了自身的綜合素質(zhì)。經(jīng)過這次一個較完整的產(chǎn)品設計和制作過程，對于將來學習和工作也是有所裨益的。在本系統(tǒng)的設計過程和論文編寫過程中，得到了老師的悉心指導與幫助，在我做畢業(yè)設計的過程中給我提出了很多指導性的意見，使我很是受用。同時很多同學和朋友給予了我許多無私的幫助，給我的設計和論文提出了很多寶貴的修改意見，在這里，我向這些無私幫助我的人表示衷心的感謝和良好的祝愿。至此，衷心感謝各位老師及同學多年來的辛勤培育和教導！附錄A主電路原理圖附錄B實物圖附錄C程序#include<reg52.h>#defineuiunsignedint#defineucunsignedchar //宏定義sbitDQ=P3^7; //定義DS18B20總線I/O bitbdatafuhao;ucqian,bai,shi,ge;uccodeled[] = {0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7};uccodeled_dian[] = {0x7f,0x64,0xbd,0xf5,0xe6,0xf3,0xfb,0x67,0xff,0xf7};//============================================================================================//====================================DS18B20=================================================//============================================================================================/*****延時子程序*****/voidDelay(intnum){ while(num--);}/*****初始化DS18B20*****/voidInit_DS18B20(){ DQ=1;//DQ復位 Delay(8);//稍做延時 DQ=0;//單片機將DQ拉低 Delay(80);//精確延時，大于480us DQ=1;//拉高總線 Delay(40);}/*****讀一個字節(jié)*****/ucReadOneChar(){ uci=0; ucdat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0;//給脈沖信號 dat>>=1; DQ=1;//給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; Delay(4); } return(dat);}/*****寫一個字節(jié)*****/voidWriteOneChar(ucdat){ uci=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=dat&0x01; Delay(5); DQ=1; dat>>=1; 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