简易数字温度计-单片机设计Word下载.doc
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二、设计原始资料
[1]李群芳，肖看.《单片机原理、接口及应用》.清华大学出版社，2005.3
[2]Proteus软件，Wave/Keil软件
三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）
设计结果能正确仿真演示；
课程设计说明书一份（包括总体设计、方案论证、硬件电路、系统程序流程图、程序清单）
四、进程安排
周一查阅资料，设计电路原理图、编写程序
周二利用proteus完成硬件电路绘制
周三程序调试
周四书写课程设计说明书
周五课程设计答辩
五、主要参考资料
[1]何利民.《单片机中级教程》.机械工业出版社，2002.4
[2]丁元杰.《单片微机原理及应用》（第二版）.机械工业出版社，2005.2
[3]张有德，赵志英.《单片微型机原理、应用于实验》.复旦大学出版社，2000.4
指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：
目录
1引言 1
2开发和仿真软件简介 2
2.1开发软件KeilC51uVision2 2
2.2仿真软件ProteusISIS 3
3总体设计方案论证 5
3.1开发方案举例 5
3.1.1热敏电阻 5
3.1.2数字温度芯片DS1621 5
3.2数据通信技术 6
4系统各部分电路的选择和设计 7
4.1系统的工作原理 7
4.2AT89C51简介 7
4.2.1概述 7
4.2.2AT89C51引脚功能 8
4.2.3复位电路的设计 9
4.3数字温度传感器 10
4.3.1DS1621的技术指标 10
4.3.2DS1621的工作原理 11
4.4单片机和DS1621接口电路 11
4.5七段LED数码显示电路 12
5系统软件设计 14
5.1编程语言选择 14
5.2主程序的设计 14
5.3温度采集模块设计 15
5.4温度计算模块设计 15
5.5串行总线编程 16
6软硬件调试结果分析 17
7总结 18
参考文献 19
附录A多点温度采集系统电路原理图 20
附录BC语言源代码 21
1引言
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之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，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。
在信息采集（传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）三大信息技术中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。
测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：
①传统的分立式温度传感器，②模拟集成温度传感器，③智能集成温度传感器。
目前的智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）。
社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
本次课程设计的内容是开发一个基于AT89C51单片机的测温系统，并采用了数字温度传感器DS1621和串行总线通信系统，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详细研究，对各部分的电路也一一进行了设计，该系统可以方便的实现对三路温度的采集、传输、处理和显示，并可设定上下限报警温度。
它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。
本次课程设计，利用Keil和Proteus软件设计和仿真该智能数字多点测温系统。
过程中所用到的主要电路由我们自主设计制作，通过查阅资料和借助指导老师最终设计出结构合理、美观，主要电气指标良好，性能稳定可靠的电路。
以培养我们严谨的科学态度，正确的设计思想，科学的设计方法和良好的工作作风，掌握一定的专业技能及综合运用基础理论、基本知识的能力。
2开发和仿真软件简介
2.1开发软件KeilC51uVision2
KeiluVISION2是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS-51架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持、PLM、汇编和C语言的程序设计，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。
KeilC51集成开发环境主要由菜单栏、工具栏、源文件编辑窗口、工程窗口和输出窗口五部分组成。
工具栏为一组快捷工具图标，主要包括基本文件工具栏、建造工具栏和调试工具栏，基本文件工具栏包括新建、打开、拷贝、粘贴等基本操作。
建造工具栏主要包括文件编译、目标文件编译连接、所有目标文件编译连接、目标选项和一个目标选择窗口。
调试工具栏位于最后，主要包括一些仿真调试源程序的基本操作，如单步、复位、全速运行等。
在工具栏下面，默认有三个窗口。
左边的工程窗口包含一个工程的目标（target）、组（group）和项目文件。
右边为源文件编辑窗口，编辑窗口实质上就是一个文件编辑器，我们可以在这里对源文件进行编辑、修改、粘贴等。
下边的为输出窗口，源文件编译之后的结果显示在输出窗口中，会出现通过或错误（包括错误类型及行号）的提示。
如果通过则会生成“HEX”格式的目标文件，用于仿真或烧录芯片。
基本环境如图2-1所示：
图2-1KeilC51软件的运行界面
MCS-51单片机软件KeilC51开发过程为：
①建立一个工程项目，选择芯片，确定选项。
②建立汇编源文件或C源文件。
③用项目管理器生成各种应用文件。
④检查并修改源文件中的错误。
⑤编译连接通过后进行软件模拟仿真或硬件在线仿真。
2.2仿真软件ProteusISIS
Proteus软件是来自英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件。
该软件有十几年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，为用户建立了完备的电子设计开发环境。
ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面。
主要包括：
标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。
主要功能是在图形编辑窗口做出所需的电路图。
软件的应用设计界面如图2-2所示：
图2-2Proteus软件的运行界面
Proteus还提供了诸多资源，如下所述：
①Proteus可提供的仿真元器件资源：
仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
②Proteus可提供的仿真仪表资源：
示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。
理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
③除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。
这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
④Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。
这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
3总体设计方案论证
3.1开发方案举例
该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。
3.1.1热敏电阻
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
热敏电阻的外观如图3-1所示。
图3-1热敏电阻外观图
3.1.2数字温度芯片DS1621
采用数字温度芯片DS1621测量温度，输出信号全数字化。
便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。
且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。
在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。
DS1621的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1621和微控制器AT89C51构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。
这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大。
采用51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。
控制工作，还可以与PC机通信上传数据，另外AT89S51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。
该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS1621进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。
该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
测温电路的总体设计方框图如图3-2所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS1621，用5位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图3-2测温电路的总体设计方框图
3.2数据通信技术
目前，常用的微机和外设之间数据传输的串行总线有I2C总线、SPI总线等，其中，I2C总线采用同步串行双线（一根时钟线，一根数据线）方式，而SPI总线采用同步串行三线（时钟线，输入线，数据输入线）方式。
这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。
I2C是PHILIPS公司推出的一种串行总线
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