单片机数字温度计课程设计分析方案Word下载.docx
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4.进一步掌握keil和仿真软件的应用。
5.进一步熟悉集成电路的引脚安排.。
1.2设计指标
1.显示温度。
2.可以显示大于零度的温度也可以显示小于零度的温度。
3.具有显示相应环境温度的功能，并且具有超出设定范围内温度时可以报警的功能，相应环境可以人为选择。
1.3设计要求
1.
画出总体设计框图，以说明数字温度计由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。
并以文字对原理作辅助说明。
2.
设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。
3.
选择合适的元器件，在面包板上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在确定电路充分正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。
4.
在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线进行合理布局，进行整个数字温度电路的接线调试。
2.设计思路与总体框图.
数字温度计由主控制器<
单片机）、温度传感器（DS18B20>
、显示器（LCD1602>
、独立按键和报警电路组成，温度传感器所感应的温度信号经过其数据传输引脚传送给单片机，单片机将所接收到的温度信号经过处理，将其送至显示器LCD1602显示，并且能够通过独立按键设置温度报警值，若温度处于报警上限和下限之外，报警电路工作。
图1所示为数字温度计的一般结构框图：
报警温度调整键
LCD1602显示
STC90C51
主
控
制
器
蜂鸣器，指示灯
单片机时钟振荡
DS18B20传感器
▲图1数字温度计结构框图
3.系统硬件电路的设计
3.1主控电路
单片机STC90C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口同时使用以满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
晶振采用12MHZ。
▲图2主控电路
▲图3晶振电路
3.2温度显示电路
采用液晶显示屏LCD1602显示，第一行显示“18B20OKTL”和报警下限值,第二行显示实时温度以及报警上限值，并且能够显示负温度值。
用P0口进行LCD1602的数据写操作，P2.5~P2.7口进行LCD1602的命令控制端口。
电路图如下：
▲图4温度显示电路
3.3按键电路
本系统一共设置了四个按键，k1键设置温度下限加，k2键设置温度下限减k3键设置温度上限加，k4键设置温度上限减。
▲图5按键电路
3.4报警电路
本设计采用蜂鸣器和LED灯组成报警电路，电路图如下：
▲图6报警电路
4．系统设计仿真
4.1仿真原理图
根据数字温度计的一般结构框图，我们通过查阅资料书和上网查询，了解不同元件的功能和实用性，考虑性价比后，制作出的数字温度计的仿真电路原理图，如图7所示。
▲图7数字温度计仿真电路原理图
4.2各功能元件的分析[2]
设计原理图中各功能元件的引脚图的分析如下所示：
1．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，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
2）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网测温；
3）无须外部器件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；
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，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；
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；
10）测量结果直接输出数字温度信号，以"
一线总线"
串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其引脚排列及内部结构框：
▲图8DS18B20引脚排列图
▲图9内部结构框图
▲图10DS18B20测温原理图
64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图4所示。
头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。
第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图5所示。
低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
CRC
TM
R1
R0
1
图11DS18B20的字节定义
DS18B20的分辨率定义如表1所示
表1分辨率设置表
分辨率
最大温度转移时间
9位
96.75ms
10位
187.5ms
11位
375ms
12位
750ms
由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
主机控制DS18B20完成温度转换过程是：
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，即将数据总线下拉500us，然后释放，DS18B20收到信号后等待16-60us左右，之后发出60-240us的存在低脉冲，主CPU收到此此信号表示复位成功；
复位成功后发送一条ROM指令，然后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预订的读写操作。
表2ROM指令集
指令
约定代码
功能
读ROM
33H
读DS18B20中的编码
符合ROM
55H
发出此命令后，接着发出64位ROM编码，访问单线总线上与该编辑相对应的DS18B20使之做出响应，为下一步对该DS18B20的读写作准备
搜索ROM
0F0H
用于确定挂接在同一总线上的DS18B20个数和识别64位ROM地址，为操作各器件作准备
跳过ROM
0CCH
忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发送温度变换指令
告警搜索命令
0ECH
执行后，只有温度跳过设定值上限或下限的片子才能做出反应
表3RAM指令集
温度转换
44H
启动DS18B20进行温度转换
读暂存器
0BEH
读暂存器9个字节内容
写暂存器
4EH
将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器
48H
把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
重调E2RAM
0B8H
把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读供电方式
0B4H
启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；
高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将最低温所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在最低温所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。
▲图12测温电路图
2.LCD1602:
工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符<
16列2行）。
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形<
用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块<
显示字符和数字）。
1602芯片的接口信号说明如下表：
1602芯片的接口信号说明
5系统软件设计
整个系统是由硬件配合软件来实现的，在硬件确定后，编写的软件的功能也就基本定型了。
所以软件的功能大致可分为两个部分：
一是监控，这也是系统的核心部分，二是执行部分，完成各个具体的功能。
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。
5.1主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图13所示。
开始
液晶初始化
调用按键函数，
液晶显示函数
判断温度值与
设定报警值大小
大于TH或N
者小于TL
Y
报警
结束
▲图13主程序流程图▲图14读温度流程图
5.2读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图15示：
▲图15温度转换流程图
5.3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如上图，图13所示
5.4计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图16所示。
▲图16计算温度温度流程图
5.51602的液晶显示
▲图171602液晶显示流程图
6.总结与体会
6.1总结
1.根据原理和芯片引脚图，分功能设计原理图，并根据接线顺序分步骤验证。
2.容易出现故障为接触不良。
a>
集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。
b>
导线的剥线长度与面包板的厚度相适应<
比板的厚度稍短）。
c>
导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。
d>
导线要插入金属孔中央。
3.注意芯片的控制引脚必须正确接好
4.检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。
5.要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致<
集成块引脚与面包板常接触不良）。
6.接校时电路时可接模拟信号输入<
如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，再将秒进位和分进位信号接到校时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。
从较时电路接入信号时，必须将原进位信号拔掉。
6.2体会
经过将近两周的单片机课程设计，终于完成了我们的数字温度计课程设计，虽然课程设计做的不是特别好，但从心底里说，还是高兴的，因为我们收获了很多很多，这些在平常的学习当中是收获不到的，但高兴之余不得不静下来深思！
在本次课程设计的过程中，我们发现很多的问题，虽然以前还做过类似的课程设计，但这次设计真的让我学到了很多、长进了很多，单片机课程设计的重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过一些程序，但觉的要写好一个程序并不是一件简单的事，所以我们只能不断的调试不断的修改才能把程写的更好。
所以得出结论是：
有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握，实践才是硬道理，实践是检验真理的唯一标准。
通过这次的课程设计，我们真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，这样我们才能更好的理解、掌握这些知识，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
通过这次对数字温度计的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了关于数字温度计的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，在实际接线中有着各种各样的条件制约着。
并且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。
所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。
通过这次学习，让我们对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
当然在这个过程中我们还会遇到很多其它的问题，这些问题我们也不是那么轻易的就能够解决的，此时我们就会去翻阅相关资料，或者是问同学、问老师，我们的同学和老师那一个个真的事知无不答的，这样我们就能很快的把问题给决绝掉了，那种感觉真的让人很舒畅，这也让我们明白了一件事，在学习中我们缺少不了同学、老师的帮助，他们能够很快的解决一些问题。
从这次的课程设计中，我真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识应用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
7．参考文献
[1]《单片机原理及应用》杨恢先、黄辉光主编[M]．湘潭大学出版社
[2]《电子技术基础》<
第五版）华中科技大学电子技术课程组编[M]．康华光主编，陈大钦、张林副主编，高等教育出版社
[3] 《单片机课程指导》楼然苗、李光飞编著，北京航空航天大学大学出版社
[4]《51单片机C语言教程》郭天祥编著
8.附录：
#include<
reg51.h>
#include<
intrins.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uchartemp,num,k1num。
ucharcodetable[]={"
18B20OKTL"
}。
charshangxiaxian[2]={-10,10}。
chara。
sbitk1=P1^0。
sbitk2=P1^1。
sbitk3=P1^2。
sbitk4=P1^3。
sbitLCD_RW=P2^5。
sbitlcdrs=P2^6。
sbitlcden=P2^7。
sbitBeep=P3^0。
sbitled=P3^1。
sbitDQ=P3^7。
/*液晶显示屏的延时程序*/
voiddelay（uintz>
{
uintx,y。
for（x=z。
x>
0。
x-->
for（y=110。
y>
y-->
。
}
/*温度传感器的延时程序*/
voidDelay1（uinty>
uintx。
for（。
y>
y-->
{
for（x=110。
x>
x-->
}
/*蜂鸣器，18b20写数据函数的延时程序*/
voiddelay2（uinta>
while（--a>
/*温度传感器初始化函数*/
voidinit_18b20（>
DQ=1。
delay2（8>
DQ=0。
delay2（90>
DQ=
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