《基于52單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》5200字（論文）

PAGE基于52單片機(jī)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄引言………………………1設(shè)計(jì)目標(biāo)………………………22.所用元器件…………23.數(shù)字溫度顯示器簡(jiǎn)介…………24.系統(tǒng)方案與設(shè)計(jì)…………………24.1STC89C52單片機(jī)…………………24.2DS18B20溫度傳感器……………54.3數(shù)碼管顯示…………………64.4電路原理圖……………………75.軟件設(shè)計(jì)……………………86.仿真………………97.綜合調(diào)試………………………107.1焊接………………………107.2焊接方法………………………107.3調(diào)試………………………10參考文獻(xiàn)……………………11引言：隨著社會(huì)科技的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，對(duì)周?chē)h(huán)境的舒適度的要求也越來(lái)越高，溫度顯示器可以很好的監(jiān)控室內(nèi)溫度，通過(guò)對(duì)溫度的顯示可以方便人們及時(shí)調(diào)整，同時(shí)溫度在工業(yè)設(shè)計(jì)，機(jī)器運(yùn)行方面也是一個(gè)重要的參數(shù)，超出或低于一定溫度會(huì)對(duì)其性質(zhì)，功能產(chǎn)生一定影響，因此溫度顯示不僅對(duì)日常生活，而且對(duì)工業(yè)生產(chǎn)方面都非常重要。本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)家庭學(xué)校，工廠等需求，測(cè)得所在地實(shí)時(shí)的溫度，并精確的在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，為人們的日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)提供基本信息。1.設(shè)計(jì)目標(biāo)1.該設(shè)計(jì)能夠顯示當(dāng)前環(huán)境溫度值，采用三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。2.測(cè)量的溫度范圍-55至125度。3.溫度精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。4.單片機(jī)按鍵手動(dòng)復(fù)位，帶上電復(fù)位。2.所用元器件本次設(shè)計(jì)所采用的元器件有：?jiǎn)纹瑱C(jī)STC89C52電源開(kāi)關(guān)數(shù)碼管兩個(gè)電容DS18B20溫度傳感器晶振按鍵三極管1K電阻10K電阻若干等3.數(shù)字溫度顯示器簡(jiǎn)介溫度是我們?nèi)粘Ｉ疃寄芙佑|到的物理量，像時(shí)間需要時(shí)鐘來(lái)記錄一樣，溫度也需要相應(yīng)的溫度顯示器來(lái)衡量，溫度顯示器的種類有很多，相較于傳統(tǒng)的指針式的溫度顯示，數(shù)字式的溫度顯示器在溫度顯示方面更加精確，反應(yīng)也更加迅速，可以讓人們更直觀的了解當(dāng)前的溫度。本次溫度顯示器所采用的芯片包括STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)，其精度較高，穩(wěn)定性較強(qiáng)，本次的溫度顯示所采用的溫度敏感元件是DS18B20溫度傳感器,其測(cè)溫范圍為-55℃~125℃，分辨率最大可達(dá)0.0625℃。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值。而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。4.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本文以STC89C52單片機(jī)為核心，首先通過(guò)DS18B20溫度傳感器將實(shí)時(shí)采集到的溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳遞給89C52單片機(jī)，經(jīng)過(guò)變成將其通過(guò)四位LED數(shù)碼管顯示出來(lái)。其工作原理如圖一所示：顯示裝置單片機(jī)處理器I/OA/D轉(zhuǎn)換溫度電壓轉(zhuǎn)換器測(cè)溫元件顯示裝置單片機(jī)處理器I/OA/D轉(zhuǎn)換溫度電壓轉(zhuǎn)換器測(cè)溫元件圖1工作原理圖4．1STC89C52單片機(jī)單片機(jī)的種類有很多，在本次單片機(jī)的選擇上，沒(méi)有選擇傳統(tǒng)的AT89C51芯片，而是選擇了STC系列的STC89C52，該芯片具有傳統(tǒng)AT系列所不具有的許多功能，如具有EEPROM功能，并且相對(duì)于有些芯片來(lái)講不需要專門(mén)的仿真器。相較于AT系列單片機(jī)，STC系列可查找的資源較多，芯片的反應(yīng)速度也較快，在價(jià)格上與AT系列差不多，所以在性價(jià)比上要優(yōu)于AT系列的單片機(jī)。其主要參數(shù)為REF_Ref24339\r\h[1]：1.增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2.工作電壓:5.5V~3.3V(5V單片機(jī))/3.8V~2.0V(3V單片機(jī))3.工作頻率范圍:0~40MHz，相當(dāng)于普通8051的0~80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz4.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5.片上集成512字節(jié)RAM6.通用I/O口(32個(gè))，復(fù)位后為:P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。7.ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T210.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11.通用異步串行口(UART)，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UARTSTC89C52的引腳圖如下：圖2STC89C52引腳圖其中，P1.0-P1.7八位準(zhǔn)雙向I/O口，負(fù)載能力為三個(gè)LTSTTL門(mén)，RST為復(fù)位端，高電平有效，寬度在24個(gè)時(shí)鐘周期以上，RXD為串行口輸入端，TXD為串行口輸出端，INTO外部中斷0輸入端，INT1外部中斷1輸入端，T0為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端，T1為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端，XTAL2為接外部振蕩器一端，片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端，XTAL1接外部晶體振蕩另一端，片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸入端。STC89C52還包括復(fù)位電路和晶振電路復(fù)位電路的作用是上電后單片機(jī)進(jìn)行延時(shí)后開(kāi)始執(zhí)行代碼，復(fù)位電路啟動(dòng)的方式有三種，一是通過(guò)給電路通電時(shí)復(fù)位，二是手動(dòng)復(fù)位，可以用按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，三是通過(guò)某種程序的寫(xiě)入來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。其電路圖如下所示:圖3復(fù)位電路電路圖復(fù)位電路工作原理如下圖所示，RST連接單片機(jī)的復(fù)位引腳，VCC(+5v)上電后，電容C開(kāi)始充電，帶電容充滿電后，電容相當(dāng)于斷路狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中，單片機(jī)中5V的電壓經(jīng)10K的電阻流出，這樣由5V到0V的過(guò)程就是單片機(jī)的復(fù)位的過(guò)程;另外一種復(fù)位方法是外部輸出，采用按鍵的方式，原理就相當(dāng)于斷電通電一樣。圖4復(fù)位電路工作原理圖晶振電路，晶振電路是由一個(gè)電容并聯(lián)一個(gè)電阻，再傳連一個(gè)電容的形式，如下圖所示，其中電容C2和電容C3的值越小越好，C3的值應(yīng)大于C2。Y1為12M,即每秒產(chǎn)生12000000個(gè)正弦波，C2和C3起起振作用，如果沒(méi)有這兩個(gè)電容，就不會(huì)產(chǎn)生正弦波。圖5晶振電路工作原理圖4．2DS18B20溫度傳感器之前的溫度傳感器使用熱敏電阻傳感器，熱敏電阻傳感器，其阻值會(huì)隨著溫度的變化而變化，所以可以通過(guò)ADC采集熱敏電阻上的兩端電壓值，再通過(guò)計(jì)算得到當(dāng)前溫度信息。其計(jì)算公式為REF_Ref24770\r\h[2]。T--被測(cè)溫度--與熱敏電阻有關(guān)的溫度系數(shù)K--與熱敏電阻特性有關(guān)的系數(shù)--熱敏電阻兩端的溫度但由于熱敏電阻需要的復(fù)雜的電路，需要的器件也很多，其溫度不同，阻值也不同，需要通過(guò)阻值查表計(jì)算得到溫度數(shù)值，相對(duì)于熱敏電阻來(lái)說(shuō)，DS18B20就簡(jiǎn)單的多了，DS18B20溫度傳感器測(cè)溫簡(jiǎn)單方便，精度較高，其需要在5V的電壓下進(jìn)行工作，不然精度會(huì)受到影響，此外，當(dāng)傳感器檢測(cè)外部溫度時(shí)，需要一定時(shí)間反應(yīng)，此外，在編寫(xiě)程序時(shí)需要按照一定的時(shí)序，否則也會(huì)使精度受到影響。在單線上所連接的DS18B20不能超過(guò)8個(gè)，當(dāng)超過(guò)8個(gè)時(shí)，需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。一個(gè)單片機(jī)的引腳上可以連接多個(gè)溫度傳感器，當(dāng)連接多個(gè)時(shí)，由于該溫度傳感器的特點(diǎn)是每個(gè)口唯一存儲(chǔ)在ROM中的64編碼，就相當(dāng)于每個(gè)人的身份證號(hào)一樣，這樣就可以準(zhǔn)確的找到指定的溫度傳感器，并顯示上面的溫度。DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序如下圖所示REF_Ref25342\r\h[3]：預(yù)置預(yù)置比較比較低溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器1低溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器1預(yù)置預(yù)置加1溫度寄存器加1溫度寄存器=0=0高溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器高溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器2停止停止=0=0圖6DS18B20讀寫(xiě)時(shí)序圖低溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率受到溫度的影響較小，其產(chǎn)生的固定的脈沖信號(hào)傳送給計(jì)數(shù)器1，其與計(jì)數(shù)器1被預(yù)置在一個(gè)基數(shù)值里，計(jì)數(shù)器1進(jìn)行減法運(yùn)算，直至其減為0，此時(shí)，溫度寄存器加1，計(jì)數(shù)器1重新對(duì)低溫度系數(shù)晶振所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行重新計(jì)數(shù)，依次循環(huán)，直至計(jì)數(shù)器2的值為0。DS18B20溫度傳感器的DS18B20溫度傳感器的電路圖如下，其包括三個(gè)引腳，為外接電源輸入端，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，GND為電源地。正常情況下5V供電，也可以直接使用DQ引腳同時(shí)作為輸入輸出端，同時(shí)供電，不過(guò)通常情況下不使用。圖7DS18B20溫度傳感器電路圖在默認(rèn)的情況下，DS18B20溫度傳感器是12位，其精度為0.0625，溫度傳感器的溫度轉(zhuǎn)換表如下所示REF_Ref25427\r\h[4]：圖8溫度轉(zhuǎn)換表4．3數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示相較于液晶顯示來(lái)說(shuō)雖然顯示的內(nèi)容單一，耗電量大，但是由于其價(jià)格低廉，壽命長(zhǎng)，堅(jiān)固耐用，使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，本次溫度顯示仍采用的是數(shù)碼管，且為八段數(shù)碼管，相較于七段數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，八段數(shù)碼管多了小數(shù)點(diǎn)的顯示，使得顯示的溫度更為精確。數(shù)碼管還分為共陰極數(shù)碼管和共陽(yáng)極數(shù)碼管，共陰極數(shù)碼管是將其陰極接在一起并接地，共陽(yáng)極是將其陽(yáng)極接在一起，并接地REF_Ref27046\r\h[5]。本次采用的是共陰極接法。圖9共陰極共陽(yáng)極原理圖本次使用的數(shù)碼管有是個(gè)引腳，其中1,2,3,4是控制四個(gè)數(shù)碼管顯示的，例如，想要第一個(gè)數(shù)碼管顯示，就要給1一個(gè)信號(hào)，此外，ABCDEF是控制每個(gè)數(shù)碼管的不同線路，如圖所示：圖10數(shù)碼管電路圖4.4電源模塊電源模塊電路圖如下所示，首先5V的電壓從J1流出，通過(guò)引腳1流入SW1，從2處流出，這樣VCC處的電壓就是5V。圖11電源模塊電路圖4.4整個(gè)電路圖原理圖如下：圖12電路原理圖5.軟件設(shè)計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)需要硬件和軟件的相互配合才能實(shí)現(xiàn)，軟件的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)功能，一是監(jiān)控軟件，作為整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，協(xié)調(diào)各個(gè)部分完成整體功能，二是執(zhí)行軟件，用來(lái)完成實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)算等。每個(gè)執(zhí)行軟件要完成各自的功能，然后再規(guī)劃監(jiān)控模塊，從而完成整個(gè)軟件部分的設(shè)計(jì)。主程序包括二個(gè)子程序，數(shù)碼管顯示程序，溫度采集與轉(zhuǎn)換程序。數(shù)碼管顯示子程序主要對(duì)所測(cè)得的溫度通過(guò)編程，在數(shù)碼管上通過(guò)數(shù)字的方式進(jìn)行顯示。溫度采集是將被測(cè)環(huán)境的溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其流程圖如下：初始化初始化調(diào)用顯示子程序1S到？初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令NYNY 圖12流程圖5.1溫度采集與轉(zhuǎn)換模塊圖13溫度采集與轉(zhuǎn)換程序該過(guò)程是溫度采集與轉(zhuǎn)換的過(guò)程，先是進(jìn)行發(fā)一個(gè)指令，將溫度傳感器啟動(dòng)，接著讀取溫度，進(jìn)行16次讀取，將每次電平的值讀出來(lái)，存在temp之中，不過(guò)是以數(shù)字量的形式，然后再乘以0.0625將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度，最后乘以10將其暫時(shí)的儲(chǔ)存起來(lái)。5.2數(shù)碼管顯示模塊首先是數(shù)碼管的定義，包括數(shù)碼管的位選定義，和數(shù)碼管的段選定義。由于不同品牌的數(shù)碼管的段選是不一樣的，并不是所有的數(shù)碼管都是按A-B-C-D-E-F-G排列的，并且分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的I0-7口，所以在定義之前要先了解所使用的數(shù)碼管的具體情況，本次數(shù)碼管是按照A-G與T0-7口一一對(duì)應(yīng)的形式的。6.仿真仿真所使用的為Proteus軟件REF_Ref31288\r\h[6]，用來(lái)仿真單片及其他電路。該軟件是當(dāng)前最流行的仿真軟件，是目前世界上唯一將電路仿真軟件，PCB設(shè)計(jì)軟件，虛擬模擬仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。在焊接實(shí)物之前進(jìn)行仿真相當(dāng)于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將一些復(fù)雜的狀況進(jìn)行模擬，比如在本次設(shè)計(jì)中可以模擬盡可能多種溫度情況，用來(lái)檢測(cè)是否靈敏，反應(yīng)是否正確。本次設(shè)計(jì)的仿真圖如下：當(dāng)調(diào)試溫度為零下5度時(shí)：圖14仿真圖當(dāng)調(diào)試溫度為23.8度時(shí)：圖15仿真圖7.綜合調(diào)試7.1焊接焊接時(shí)應(yīng)注意要先焊接電阻一面的元件，最后焊接數(shù)碼管的那一面，其次焊接時(shí)要按照元器件由低到高的順序，先焊接小的元器件，焊接大的元器件，焊錫不要放太多，多出的管腳要盡量剪掉，焊接時(shí)要注意有些元器件的方向問(wèn)題，防止正負(fù)極接反，特別是在焊接數(shù)碼管時(shí)應(yīng)該先固定兩邊管腳中的中間一個(gè)管腳，這樣的話如果放的不正，可以一邊融化管腳一邊調(diào)整，四個(gè)數(shù)碼管都焊接好了再焊接其他管腳。焊接單片機(jī)前，要先焊接單片機(jī)座，再把單片機(jī)裝上去。有了這個(gè)座子，這樣之后如果要更換單片機(jī)，或者把單片機(jī)取出來(lái)下載程序，都是比較方便的。7.2焊接方法(1)在焊接之前，要將焊接用的電烙鐵進(jìn)行加熱，直到它可以融化焊錫。(2)待電烙鐵加熱到一定程度，左手拿焊錫，右手拿焊烙鐵，按照排好的元器件的順序進(jìn)行焊接，在此過(guò)程中要注意安全。(3)每個(gè)元器件焊接完成后，用剪刀剪掉多余的長(zhǎng)的管腳，防止元器件之間短路。7.3調(diào)試調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，硬件調(diào)試主要是檢查焊接的質(zhì)量問(wèn)題，防止觸電之間短路或者是出現(xiàn)虛焊情況，在檢查無(wú)誤的情況下，下一步可以進(jìn)行通電，觀察顯示的溫度是否為當(dāng)前所測(cè)環(huán)境的溫度值。軟件調(diào)試可以通過(guò)仿真來(lái)完成，在保證程序無(wú)錯(cuò)誤的情況下，將程序?qū)氲絾纹瑱C(jī)內(nèi)，通過(guò)增加或減小溫度觀察數(shù)碼管顯示的溫度的變化是否靈敏和準(zhǔn)確。實(shí)物圖如下：圖16實(shí)物圖8.結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)我的努力，包括查找資料，詢問(wèn)老師和同學(xué)的方式，完成了本次基于單片機(jī)顯示溫度的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)沒(méi)有采用傳統(tǒng)的AT89C51單片機(jī)為核心，使用的是STC89C52芯片，相較于AT系列單片機(jī)，STC系列的單片機(jī)的資源較多，芯片反應(yīng)速度也較快，價(jià)格上也與AT系列單片機(jī)差不多等，更加方便，能夠更好的順利完成本次設(shè)計(jì)目標(biāo)。參考文獻(xiàn)：王永華,龍怡嘉,張志華.基于STC89C52的智能溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通,2020(