數(shù)字溫度計課程設計

1、<p>　　電氣與電子信息工程學院</p><p>　　《單片機》課程設計報告</p><p>　　題 目： 數(shù)字溫度計 </p><p>　　專業(yè)班級：電氣工程及其自動化2011級（2）班 </p><p>　　學　　號：　 　 　 </

2、p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設計時間： 2013年12月9日—2013年12月13日 </p><p>　　設計地點： K2-407單片機、微機原理實驗室 <

3、;/p><p>　　2013年11月20日</p><p>　　單片機 課程設計成績評定表</p><p>　　指導教師簽字： </p><p>　　2013 年 12 月 日</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p>

4、<p>　　2013～2014 學年第 1 學期</p><p>　　工作部門： 電氣與電子信息工程學院 電氣自動化教研室 </p><p>　　一、課程設計題目 單片機課程設計 </p><p>　　二、課程設計內(nèi)容（含技術指標）</p><p><b>　　1．設計目的及要求&l

5、t;/b></p><p>　?。?） 根據(jù)具體設計課題的技術指標和給定條件，以單片機為核心器件，能獨立而正確地進行方案論證和電路設計，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整；</p><p>　?。?） 熟悉、掌握各種外圍接口電路芯片的工作原理和控制方法；</p><p>　?。?） 熟練使用單片機匯編語言或C51進行軟件設計；</p

6、><p>　?。?） 熟練使用Proteus、Keil軟件進行仿真電路測試；</p><p>　?。?） 熟練使用Protel軟件設計印刷電路板；</p><p>　?。?） 學會查閱有關參考資料和手冊，并能正確選擇有關元器件和參數(shù)；</p><p>　　（7） 編寫設計說明書，參考畢業(yè)設計論文格式撰寫設計報告。</p><p

7、>　　2．設計內(nèi)容（題目名稱： 數(shù)字溫度計 ）</p><p>　　本次課程設計將設計 一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設置上下報警溫度，當溫度不在設置范圍內(nèi)時，可以報警。本設計系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。采用AT89C52作為主控制系統(tǒng);，顯示電路由1602液晶顯示模塊芯片，可以進行多行顯示；溫度報警按鍵設為五個，可以顯示

8、華氏溫度，調(diào)節(jié)高低報警溫度；溫度傳感器電路主要由DS18B20測溫器件構成，該器件主要功能有：采用單總線技術；每只DS18B20具有一個獨立的不可修改的64位序列號；低壓供電，電源范圍為3～5V；測溫范圍為-20℃～+125℃，誤差為±0.5℃，并且還可以通過需要來調(diào)整分辨率；復位電路是10K電阻構成的上電自動復位。</p><p>　　三、課程設計考核辦法與成績評定</p><p&

9、gt;　　根據(jù)過程、報告、答辯等確定設計成績，成績分優(yōu)、良、中、及格、不及格五等。</p><p>　　2013年11月 </p><p>　　數(shù)字溫度計總體設計方案</p><p>　　一、數(shù)字溫度計設計方案論證</p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　由于

10、本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨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，感溫電路比較麻煩。</p><p><b>　　方案二 </b></p><p>　　(1).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

11、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。</p><p>　　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，故采用了方案二。</p><p><b>　　技術指標</b></p><p>　　1、測溫范圍-50℃-

12、110℃</p><p>　　2、精度誤差小于0.5℃</p><p>　　3、LCD顯示溫度值</p><p>　　4、可通過人機接口任意設定溫度報警的上限值和下限值</p><p><b>　　結(jié)構框圖</b></p><p>　　溫度計電路設計總體設計方框圖如上圖所示，控制器采用單片機AT8

13、9C52，溫度傳感器采用DS18B20，用LCD實現(xiàn)溫度顯示。</p><p><b>　　四、硬件設計</b></p><p><b>　　1、原理圖</b></p><p><b>　　2、硬件電路概述：</b></p><p>　　系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫

14、度傳感器等組成。</p><p>　　本電路是由AT89C52單片機為控制核心，具有與MCS-51系列單片機完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節(jié)可編程閃存，工作電壓范圍為2.7～6V，全靜態(tài)工作頻率為0～24MHZ；顯示電路由1602液晶顯示模塊芯片，可以進行多行顯示；溫度報警按鍵設為五個，可以顯示華氏溫度，調(diào)節(jié)高低報警溫度；溫度傳感器電路主要由DS18B20測溫器件構成，該器件主要功能有：采用單總線技術；每只

15、DS18B20具有一個獨立的不可修改的64位序列號；低壓供電，電源范圍為3～5V；測溫范圍為-20℃～+125℃，誤差為±0.5℃；復位電路是10K電阻構成的上電自動復位。</p><p><b>　　晶振電路 </b></p><p><b>　　AT89C52</b></p><p><b>

16、;　　復位電路</b></p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　本設計顯示電路采用1602液晶顯示模塊芯片，該芯片可現(xiàn)實16x2個字符，比以前的七段數(shù)碼管LED顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外，由于1602芯片編程比較簡單，界面直觀，因此更加易于使用者的操作和觀測。1602A芯片的接口信號說明如下表：</p>

17、<p>　　1602A芯片的接口信號說明</p><p><b>　　報警溫度調(diào)節(jié)電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)一共設置了三個按鍵。</p><p>　　如圖所示，K1表示切換上限和下限溫度。</p><p><b>　　K2表示增加溫度。</b></p><

18、p><b>　　K3表示降低溫度。</b></p><p>　　溫度傳感器及DS18B20測溫原理</p><p>　　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。DS18B20的性能特點如下：<

19、/p><p>　　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見下圖，其引腳功能描述見表1。</p><p><b>　?。ǖ滓晥D）</b></p><p>　　DS18B20表1　DS18B20詳細引腳功能描述</p><p>　　DS18B20的性能特點如下：</p><p>　　（1）獨特的單線接口

20、僅需要一個端口引腳進行通信，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　?。?）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)測溫；</p><p>　?。?）無須外部器件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；</p><p>　?。?）可通

21、過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0-5.5Ｖ；</p><p><b>　?。?）零待機功耗；</b></p><p>　?。?）溫度以9或12位數(shù)字，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現(xiàn)高精度測溫；</p><p>　?。?）用戶可定義報警設置；</p><p>　?。?）報警搜

22、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；</p><p>　?。?）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；</p><p>　?。?0）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力</p><p>　　DS18B20采用3腳PR35封裝

23、或8腳SOIC封裝，其引腳排列及內(nèi)部結(jié)構框圖如圖及測溫原理圖如下所示：</p><p><b>　　五、軟件設計</b></p><p>　　主程序流程圖 讀溫度流程圖</p><p><b>　　讀出溫度子程序</b></p><p>　　讀

24、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。其程序流程圖如圖8示</p><p>　　圖9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖</p><p><b>　　溫度轉(zhuǎn)換命令子程序</b></p><p>　　溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設計中

25、采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示</p><p><b>　　計算溫度子程序</b></p><p>　　計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖10所示。</p><p>　　圖10　計算溫度流程圖 　　</p&

26、gt;<p><b>　　六、仿真及分析</b></p><p>　　如圖所示，“temp”“TH”“TI”分別表示當前溫度，上限溫度，下限溫度。</p><p>　　如圖所示，當當前溫度處于上限溫度和下限溫度之間事時，此時蜂鳴器不會報警，燈不會閃爍。</p><p>　　如圖所示，當當前溫度高于上限溫度時，蜂鳴器報警，燈光閃爍。

27、</p><p>　　如圖所示，當當前溫度低于下限溫度時，此時蜂鳴器報警，燈光閃爍。</p><p><b>　　七、可靠性及抗干擾</b></p><p>　　本文設計的數(shù)字溫度計具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬其電路簡單，軟硬件結(jié)構模塊化，易于實現(xiàn)等特點。</p><p>　　數(shù)字溫度計采用進

28、口高精度、低溫漂、超低功耗集成電路和寬溫型液晶顯示器，內(nèi)置高能量電池連續(xù)工作≥5年無需敷設供電電纜，是一種精度高、穩(wěn)定性好、適用性極強的新型現(xiàn)場溫度顯示儀。是傳統(tǒng)現(xiàn)場指針雙金屬溫度計的理想替代產(chǎn)品，廣泛應用于各類工礦企業(yè)，大專院校，科研院所。</p><p>　　溫度是我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中實時在接觸到的物理量，但是它是看不到的，僅憑感覺只能感覺到大概的溫度值，傳統(tǒng)的指針式的溫度計雖然能指示溫度，但是精度低，使用不

29、夠方便，顯示不夠直觀，數(shù)字溫度計的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少度。</p><p>　　數(shù)字溫度計采用DS18B20溫度傳感器，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號的變化有一定的關系，如線性關系，一定的曲線關系等，這個電信號可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號再送給處理單元，如單片機或者PC機等，處理單元經(jīng)過內(nèi)部的軟件計算將這

30、個數(shù)字信號和溫度聯(lián)系起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，然后通過顯示單元，如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計的基本測溫功能。</p><p>　　、該數(shù)字溫度計能對環(huán)境的溫度進行實時監(jiān)測。</p><p>　?。?）、數(shù)字溫度計要能夠?qū)崟r顯示環(huán)境的溫度信息，使用戶及時了解到環(huán)境溫度情況。</p><p>　?。?）、數(shù)字溫度計能夠在

31、程序跑飛的情況下自動重啟，對環(huán)境溫度進行正確的測量。</p><p>　　本電路是由AT89C52單片機為控制核心，具有與MCS-51系列單片機完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節(jié)可編程閃存，工作電壓范圍為2.7～6V，全靜態(tài)工作頻率為0～24MHZ；顯示電路由1602液晶顯示模塊芯片，可以進行多行顯示；溫度報警按鍵設為五個，可以顯示華氏溫度，調(diào)節(jié)高低報警溫度；溫度傳感器電路主要由DS18B20測溫器件構成，該

32、器件主要功能有：采用單總線技術；每只DS18B20具有一個獨立的不可修改的64位序列號；低壓供電，電源范圍為3～5V；測溫范圍為-20℃～+125℃，誤差為±0.5℃；復位電路是10K電阻構成的上電自動復位。</p><p>　　采用AT89C52單片機與MCS-51系列單片機相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)程序存儲器采用閃存，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路的體積更小，且管腳

33、數(shù)目為20個，與MCS-51相比減少一倍，使理解更容易。</p><p>　　采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20的內(nèi)部3腳（或8腳）封裝；使用特有的溫度測量技術，將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號；3.0～5.5V的電源供電方式和寄生電源供電方式；ROM由64位二進制數(shù)字組成，共分為8個字節(jié)；RAM由9個字節(jié)的高速暫存器和非易失性電擦寫ROM組成。</p><p>　　基于DS18B20的

34、性能，器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小。</p><p><b>　　八、課程設計總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過將近兩周的單片機課程設計，終于完成了我的數(shù)字溫度計的設計，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底里說，還是高興的。雖然沒有做實物，但是能夠仿真出來，對我來說，還是一個不小的進步。</p><p>　　在本次設計的過程

35、中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設計但這次設計真的讓我長進了很多，單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。 從這一次制作過程的心得體會當中，我意識到在以后的設計中我還需要做到再細心、再耐心、再專心。回想從制作開始到結(jié)束，沒有哪一步不是注入了

36、自己的心血，心情就激動不已，通過這次課程設計使我感到，基礎知識一定要扎實，沒有完全的融會貫通的基礎知識就無法將設計進行下去，所以我在以后的生活和學習中一定要注重基礎知識的積累和運用。于此同時我還要增強自己的實踐能力，實現(xiàn)學有所用，將自己的課堂擴展到整個生活當中。總之，在這次課程設計的過程中，我學習到了許多的知識，同時也發(fā)現(xiàn)了許多問題，經(jīng)過不斷的學習和改正，增強了我分析問題和解決問題的能力，提高了我獨立思考問題，以及充分利用現(xiàn)有條件和同學