温度测量计设计说明书Word文档下载推荐.docx

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方案一：

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，而且这类传感器可靠性比较差，测量温度准确度低。

因此，此类传感器不适合用于工作，生活，科研方面的设施建设。

方案二：

测温电路中，也可以使用传感器，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此类传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换满足设计要求，这种温度传感器利用单总线技术，线路简单，硬件开销少，成本低廉，软件设计简单。

因此，适合用于工作，生活，科研方面的设施建设。

比较以上两种方案，方案二有明显的优点，因此选择方案二。

2温度测量计硬件设计

2.1硬件原理图

2.2最小系统

2.2.1AT89S51单片机及其引脚说明

引脚说明：

VCC:

供电电源GND:

接地

P0口：

一个8位双向I/O口，既能用作通用I/O口，又能用作地址/数据总线。

用作通用I/O口时，CPU令控制信号为低电平，其作用有两个：

一个使多路开关MUX接通B端，二是令与门输出低电平，V1截止，致使输出级开漏输出电路。

P0口地址总线低8位和数据总线，供系统扩展时使用。

这时控制信号为高电平，多路开关MUX接通A端。

P1口：

与P0口相比，P1口的位结构图中少了地址/数据的传送电路和多路开关，上面一只MOS管改为上拉电阻。

P1口作为一般I/O口的功能和使用方法与P0口相似。

当用作输入口时，应先向端口写入“1”。

它也有读引脚和读锁存器两种方式。

所不同的是当输出数据时，由于内部有了上拉电阻，所以不需要上拉电阻。

P2口：

能用作通用I/O口或地址总线高8位。

作为通用I/O口使用，当信号为低电平时，多路开关MUX接到B端，P2口作为通用I/O口使用，其功能和使用方法与P0、P1口相同。

用作输入时，必须先写入“1”。

作为地址总线，当控制端输出高电平时，多路开关MUX接到A端，地址信号经反相器和V管二次反相后从引脚输出。

这时P2口输出地址总线高8位，供系统扩展用。

P3口：

能用作通用I/O口，同时每个引脚还有第二功能。

（1）用作通用I/O口，

此时“第二功能输出”端为高电平，用作输出时，与非门输出取决于锁存器Q端信号，引脚输出信号与内部总线信号相同。

其功能和使用方法与P1、P2口相同。

用作输出时，必须先写入“1”。

（2）用作第二功能

当P3口的某一位作为第二功能输出使用时，应将该位的锁存器置“1”，使与非门和输出状态只受“第二功能输出”端控制，第二功能输出信号经与非门和V管二次反相后输出到该位引脚上。

当P3口的某一位作为第二功能输出使用时，该位的“第二功能输出”端和锁存器自行置“1”，该位引脚上信号经缓冲器送入“第二功能输入”端。

P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。

在一般情况下（指扩展存储器），P0口分时作为地址总线低8位和数据总线，P2口作为地址总线高8位，P3口作为第二功能使用（不一定全部），真正能提供给用户使用的I/O口只有P1口和未使用第二功能的部分P3口端线。

在用作输入时，P0~P3口均需先写入“1”。

2.2.2时钟电路的设计

单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。

在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚间，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如图1所示。

图一

电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。

电路中，电容器C1和C2对振荡器频率有微调作用，通常的取值范围30±

10pF；

石英晶体选择6MHZ或12MHZ都可以。

其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。

AT89S51单片机的时钟产生有以下两种方法：

一、内部时钟方式：

利用单片机内部的振荡器，然后在引脚XTAL1（18脚）和XTAL2（19脚）两端接晶振，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路，外接晶振时，晶振两端的电容一般选择为30pF左右；

这两个电容对频率有微调的作用，晶振的频率范围可在1.2MHz-12MHz之间选择。

二、外部时钟方式：

此方式是利用外部振荡脉冲接入XTAL1或XTAL2。

HMOS和CHMOS单片机外时钟信号接入方式不同，HMOS型单片机（例如8051）外时钟信号由XTAL2端脚注入后直接送至内部时钟电路，输入端XTAL1应接地。

由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上接电阻。

如下图

外接时钟信号通过一个二分频的触发器而成为内部时钟信号，要求高、低电平的持续时间都大于20ns，一般为频率低于12MHz的方波。

片内时钟发生器就是上述的二分频触发器，它向芯片提供了一个2节拍的时钟信号。

前面已提到，计算机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的。

由于指令的字节数不同，取这些指令所需要的时间也就不同，即使是字节数相同的指令，由于执行操作有较大的差别，不同的指令执行时间也不一定相同，即所需的拍节数不同。

为了便于对CPU时序进行分析，一般按指令的执行过程规定了几种周期，即时钟周期、机器周期和指令周期，也称为时序定时单位，下面分别予以讲解。

时钟周期

时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数（可以这样来理解，时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是1/12us），是计算机中最基本的、最小的时间单位。

在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。

对于某种单片机，若采用了1MHZ的时钟频率，则时钟周期为1us；

若采用4MHZ的时钟频率，则时钟周期为250us。

由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机的工作节奏（使计算机的每一步都统一到它的步调上来）。

显然，对同一种机型的计算机，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。

但是，由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同，所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同。

我们学习的8051单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。

2.2.3复位电路的设计

单片机的RET引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。

复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。

复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态，单片机从ROM的0000H开始执行程序。

单片机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。

图2是51系列单片机常用的上电复位和手动复位的组合电路，只要VCC上升时间不超过1ms，它们都能很好地工作。

阻容器件的参考值为，R1=200Ω，R2=1KΩ，C3=22uF

图2

2.2.4电源电路的设计

电源部分

8051的工作电压为+5V，±

0.5V，工作电流200mA

其它部分工作电流：

总电流：

≤500mA

功耗：

≤2.5W

图三

电源：

桥式整流、滤波（两个滤波电容）、稳压

三端稳压器件：

7805系列三端稳压器件是最常用的线性降压型DC/DC转换器，目前也有大量先进的DC/DC转换器层出不穷，例如低压差线性稳压器LDO等。

7805简单易用，价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。

7805系列在降压电路中应注意以下事项：

（1）输入输出压差不能太大，太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；

（2）输出电流不能太大，1.5A是其极限值。

大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；

（3）输入输出压差也不能太小，太小效率很差。

2.3DS18B20温度传感器特性及引脚功能介绍

DS18B20是DALLAS公司生产的单总线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（提供9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片。

它具有3引脚TO－92小体积封装形式，温度测量范围为－55℃～＋125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

在TO-92和SO-8的封装中引脚有所不同，具体差别请查阅PDF手册，在TO-92封装中引脚分配如下：

1（GND）：

地；

2（DQ）：

单线运用的数据输入输出引脚；

3（VDD）：

可选的电源引脚

半导体公司生产的“一线总线”式接口温度传感器。

测量温度范围为－55～＋125℃。

由于采用“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

适用于恶劣环境的现场温度测量，广泛应用于环境控制、设备或过程控制，测温类消费电子产品之中。

本课题由DS18B20和单片机构成，要求通过数码管直接显示实测温度，并在超过设定限值时触发报警。

通过该课题的研究，可以更好地巩固所学的知识，提高动手能力，为进入社会打下良好的基础。

主要性能指标：

一、基本范围：

-55～+125℃；

二、精度误差小于0.5℃；

三、LED数码直接读数显示，四位数码管显示；

四、当实际温度超过数字温度计的极限范围，实现报警功能。

2.4显示及驱动电路的数值计算和电阻取值

LED显示器的显示方式分为静态显示和动态显示。

本设计采用动态显示，所谓动态显示是一位一位轮流点亮每位显示器，在同一时刻只有一位显示器在工作，但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉，将出现多个字符“同时”显示的现象。

为了实现LED显示器的动态显示，通常将所有位的字形控制线并联在一起，由一个8位Ｉ/Ｏ接口控制，将每一位LED显示器的字位控制线（即每个显示器的阴极公共端或阳极公共端）分别由相应的Ｉ/Ｏ接口控制，实现各位的分时选通。

它是把显示器的同名字段互相联系在一起，并把它们接到字形口上。

为了防止各个显示器同时显示出相同的字符，每个显示器的公共端还要受另一组信号的控制，即把它们接到字位口上。

显示采用共阳数码管，其目的是为了简化限流电路的设计和实现亮度可调的要求。

每笔画段二极管正常发光时的电流一般为10mA左右（当然，电流的大小取决于选用的数码管是普亮、高亮还是超高亮类型的不同），其两端压降约为2.0v，也就是说，只要数码管的公共端（COM）加+2.0v以上电压，即可满足每笔画段发光二极管的发光要求，而且适当调节此电压值即可改变发光二极管的电流，从而达到调节亮度的目的。

如图所示

图2.4显示及驱动电路

假设LED数码管显示器八段全亮，则集电极电流Ics为80mA，基极与发射极之间的电压为0.7v,则基极电流Ib=U/R即为（5-0.7）/R,又因为集电极电流为共射电流放大系数β与基极电流之积，即IC=βIb,当（5-0.7）/R＞R＞80mA/β时，PNP工作在饱和区，即R＜（5-0.7）×

β/80,因此，在此电路中，我们取电阻阻值为4.7K，使PNP工作在饱和区。

具体计算如下

R11到R14计算公式：

U1=0.7VIcs=80mAIc=βIbIb=U/R=（5-0.7）/R

Ib≥Ic/β（5-0.7）/R≥80mA/ββ=100R=4.7K

R3到R9的计算公式：

（R10、R16近似可取220Ω）

10mA＜（5-0.3-2）/R＜20mA，R=220Ω

2.5报警电路模块

2.6主要元器件的选择

（1）单片机：

这里采用AT89S51而不是8031是为了最大限度减小误差，因为要实现多功能，而AT89S51具有许多8031所不具备的优点，故选择该芯片。

（2）温度传感器：

这里采用DS18B20而不是一般的热敏电阻作为感温元件，这种通过单片机控制传感器的测温方法具有结构紧凑，体积小，测量方便准确，性价比高，软件设计简单等方面的优点，故选择该传感器。

（3）三极管：

用来进行数码管显示的位选驱动，这里采用PNP管

（4）数码管：

采用四个共阳的数码管

（5）晶振：

采用的是6MHZ的晶振

（6）电源部分：

采用5V电压供电

（7）电阻：

大部分限流电阻，阻值为4.7K或220Ω，1K

3.1主程序流程图

主程序流程图如图所示：

3.2源程序清单

ORG0000H

AJMPMAINQ

ORG000BH

AJMPTT0

MAINQ:

ORG002FH

TEMPHEQU50H

TEMPLEQU51H

TEMPHCEQU52H

TEMPLCEQU53H

ZJ9EQU60H

WDCGQBITP0.0

MOVSP,#2FH

MOVTMOD,#21H

MOVTH0,#3CH;

12MHZ晶振时定时100ms

MOVTL0,#0B0H

MOVR7,#0AH

SETBEA

SETBET0

SETBTR0

CLRF0

CLR00H

;

SETBP2.3

MOVTEMPH,#00H

MOVTEMPL,#00H

MOVTEMPHC,#00H

MOVTEMPLC,#00H

START:

LCALLDIP

JNB00H,START

JNBF0,STA1

LCALLREAD

LCALLDIP

LCALLBCDLC

STA1:

LCALLML

SETBF0

LJMPSTART

TT0:

PUSHPSW

MOVPSW,#10H

MOVTH0,#3CH

DJNZR7,TT0OUT

SETB00H

TT0OUT:

POPPSW

RETI

READ:

LCALLRST1820

MOVA,#0CCH;

发跳过1820的ROM命令

LCALLWRIT1820

MOVR6,#1AH;

延时104us

DJNZR6,$

MOVA,#0BEH;

读1820内部RAM中9个字节的内容

MOVR6,#1AH

MOVR5,#09H

MOVR0,#ZJ9

MOVB,#00H

READ1:

LCALLREAD1820

MOV@R0,A

INCR0

READ2:

LCALLCRC8;

校验读到的八位数

DJNZR5,READ1

MOVA,B

JNZREADOUT

MOVA,ZJ9+0

MOVTEMPL,A

MOVA,ZJ9+1

MOVTEMPH,A

READOUT:

RET

RST1820:

SETBWDCGQ

NOP

CLRWDCGQ

MOVR6,#50H;

延时480us（640us）

MOVR6,#50H

SETBWDCGQ

MOVR6,#12H;

延时70us（75us）

MOVR6,#1EH;

在250us内读复位信号

LOOP:

MOVC,WDCGQ

JCRSTOUT

DJNZR6,LOOP

MOVR6,#032H

SJMPRST1820

RET

RSTOUT:

WRIT1820:

MOVR4,#08H

NOP

LOOP1:

CLRWDCGQ

MOVR6,#03H;

延时15us

RRCA

MOVWDCGQ,C

DJNZR4,LOOP1

READ1820:

LOOP2:

MOVC,WDCGQ

延时120us

DJNZR4,LOOP2

CRC8:

PUSHACC

MOVR4,#08H

LOP1:

XRLA,B

JNCLOP2

XRLA,#18H

LOP2:

RRCA

MOVB,A

POPACC

RRA

PUSHACC

DJNZR4,LOP1

ML:

LCALLRST1820;

给1820复位

给1820发跳过1820的ROM命令

MOVA,#44H;

给1820的RAM发转换指令

BCDLC:

MOVA,TEMPH

ANLA,#80H

JZLP1;

为正数转LP1

CLRC;

为负数时,将补码转换成原码

MOVA,TEMPL

CPLA

ADDA,#01H

MOVA,TEMPH

ADDCA,#00H

MOVTEMPHC,#0BH;

符号位为负的标志为0BH

SJMPLP2

LP1:

MOVTEMPHC,#0AH;

符号位为正的标志为0AH

LP2:

MOVA,TEMPHC

SWAPA

MOVTEMPHC,A

ANLA,#0FH;

乘0.0625

MOVDPTR,#TAB1

MOVCA,@A+DPTR

MOVTEMPLC,A;

小数部分的BCD码

ANLA,#0F0H

ANLA,#0FH

ORLA,TEMPL

LCALLHEXBCD

ORLA,TEMPHC

ORLA,TEMPLC

MOVTEMPLC,A

MOVA,R4

JZTEMPOUT

MOVR4,A

MOVA,TEMPHC

ORLA,R4

TEMPOUT:

TAB1:

DB00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H

DB06H,07H,08H,08H,09H,09H

HEXBCD:

MOVB,#64H

DIVAB

MOVA,#0AH

XCHA,B

ORLA,B

DIP:

MOVDPTR,#TAB

MOVP1,A

CLRP2.0

MOVR6,#0FFH

SETBP2.0