完美升级版数字式温度计的设计毕业论文.docx
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完美升级版数字式温度计的设计毕业论文
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数字式温度计的设计
[摘要]随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标一，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
本设计所介绍的数字温度测量系统测温范围从-10℃到85℃，测量精度为±0.5度，并且采用LED显示。
该设计控制器使用单片AT89C2051，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管实现温度显示，能准确达到以上要求。
[关键词]数字式温度计DS18B20AT89C2051数码管
Thedesignofthedigitalthermometer
[Abstract]Withpeople’slivingstandardrisesceaselessly,undoubtedlySCMcontrolisoneofthegoalsofthepeople’stopursue,butpeopledemandmoreandmoreofitformodernjob,scientificresearch,life,providingmoreconvenientfacilitiesthatneedsmicrocontrollertech-nologydevelopingfromseveralofalltowardsdigitalcontrolsystem,intelligentcontroldirection.Thedesignofthedigitaltemperaturemeasuringsystemmeasuringrangesfromminus10degreesCelsiusto85degreesCelsius,themeasurementaccuracyis0.5degreesCelsius,anduseingofLEDdirectreading.ThisdesignusesAT89C2051assingle-chipmicrocomputercontroller,astemperaturesensorDS18B20,andatotalof4cathodetubetorealizeLEDdigitaltemperaturedisplay.Soitcanexactlyreachtherequirements.
[KeyWords]DigitalthermometerDS18B20AT89C2051Digitaltube
目录
引言1
第1章总体方案设计2
1.1温度测量系统设计方案2
1.2显示部分设计方案2
1.3总体设计框图2
第2章系统硬件电路设计3
2.1单片机模块3
2.1.1AT89C2051功能及特性4
2.1.2单片机模块功能4
2.2温度采集部分硬件6
2.2.1温度传感器DS18B206
2.2.2DS18B20温度传感器与单片机的接口电路8
2.3显示部分电路设计10
2.4设计实物图11
第3章系统软件部分设计12
3.1主程序12
3.2读出温度子程序12
3.3温度转换命令子程序13
3.4计算温度子程序14
3.5显示数据刷新子程序14
3.6程序代码15
总结19
致谢20
参考文献21
附录电路图22
引言
十七世纪是温度计诞生和发展的最初阶段，这个物理仪器几乎比任何其他仪器都得到更广泛的应用，现代的历史研究认为最早发明温度计的科学家是伽利略，他于1592年发明了最早的气体温度计，最早的液体温度计是荷兰科学家华伦海特制造出来。
温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。
在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。
比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。
没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。
因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。
可见，温度的测量和控制是非常重要的。
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。
随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生，因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义。
温度测量在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用，而且随着科学技术的发展对温度测量的应用范围愈来愈广。
利用单片机技术的温度测控系统以其体积小，可靠性高而被广泛采用。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89C2051，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。
第1章总体方案设计
通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成数字温度计的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。
通过本次设计的训练，可以使我们在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。
1.1温度测量系统设计方案
在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
1.2显示部分设计方案
显示部分采用数码管直读显示，此方案的最大优点就是成本较低，缺点是电路相对复杂，需要驱动电路，在软件上也需要做出处理。
但是此方案完全可以满足本报警系统的功能和要求，软件处理上也不是特别的复杂，驱动电路也相对简单。
1.3总体设计框图
整个系统由测温电路、主控制器、驱动电路和数码管四个模块组成。
图1-1总体设计框图
第2章系统硬件电路设计
系统整体硬件电路包括单片机控制器、温度采集部分硬件和显示部分。
本设计采用AT89C2051为控制器、DS18B20为温度传感器与单片机的接口电路以及LED数码显示管。
2.1单片机模块
AT89C2051主要特点是采用Flash存储器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与DS18B20完全兼容。
AT89C2051片内含有2K字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM。
允许工作的时钟为0—24MHz。
AT89C2051不允许构造外部总线来扩充程序数据存储器，所以它不需要ALE、PSEN、RA、WR一类的引脚。
AT89C2051共有20个引脚，体积小巧易于操作。
引脚图及内部结构图如下：
图2-12051单片机引脚图及内部结构框图
2.1.1AT89C2051功能及特性
1.串口
P1口共8脚，准双向端口。
P3.0～P3.6共7脚，准双向端口，并且保留了全部的P3的第二功能，如P3.0、P3.1的串行通讯功能，P3.2、P3..3的中断输入功能,P3.4、P3.5的定时器输入功能。
在引脚的驱动能力上面，89C2051具有很强的下拉能力，P1,P3口的下拉能力均可达到20mA。
89C2051驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管。
为了增加对模拟量的输入功能，AT89C2051在内部构造了一个模拟信号比较器，其输入端连到P1.0和P1.1口，比较结果存入P3.6对应寄存器，对于一些不大复杂的控制电路我们就可以增加少量元件来实现。
2.电源
AT89C2051有很宽的工作电源电压，可为2.7～6V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的14。
工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电态仅为20nA。
这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。
3.存储器
AT89C2051片内含有2k字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM。
由于2051内部设计全静态工作，所以允许工作的时钟为0～20MHz,也就是说，允许在低速工作时，不破坏RAM内容。
相比之下，一般8031对最低工作时钟限制为3.5MHz，因为其内部的RAM是动态刷新的。
4.内部IO控制
89C2051在内部IO口为5路2级优待中断，2路定时器计数器。
2.1.2单片机模块功能
该模块由以下几个部分组成：
1.复位电路：
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。
由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。
图2-1复位电路
目前为止，单片机复位电路主要有四种类型：
（1）微分型复位电路；
（2）积分型复位电路；
（3）比较器型复位电路；
（4）看门狗型复位电路。
2.振荡电路：
晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。
这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化,震荡电路的电路图如图2-2所示.
图2-2晶振电路
晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。
2.2温度采集部分硬件
2.2.1温度传感器DS18B20
DS18B20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。
DS18B20的性能特点如下：
1.独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
2.多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
3.无须外部器件；
4.可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
5.零待机功耗；
6.温度以9或12位数字；
7.用户可定义报警设置；
8.报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
9.负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
DS18B20采用3脚PR－35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2-3所示：
图2-3DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始8位是产品类
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