完整版基于单片机的电子温度计设计毕业设计Word格式.docx

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ThisdesignisbasedonAT89C52singlechipdigitalclockanddigitalthermometerisdesigned,usingmodulardesignthought.Hardwareandsoftwarearedividedintotemperaturesensingmodule,clockmodule,controlmodule,displaymodule.AnduseProteusdrawthecircuitprinciplediagram,PCBcircuitboards;

UsingKeiluVisionsourcecodeediting,debuggingprocess.

Tosumupthedigitalelectronicclockthermometerhasreadconvenient,inlinewiththedevelopmenttrendofelectronicinstrumentsandmeters,hasabroadmarketprospect.

绪论

温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。

温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。

因此对温度的检测的意义就越来越大。

温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。

在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。

使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。

温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。

嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。

这条道路就是芯片化道路。

将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。

单片机诞生于二十世纪七十年代末，经历了SCM、MCU和SOC三大阶段。

在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

例如：

在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。

采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

同时温度也是生活中最常见的一个物理量，也是人们很关心的一个物理量，它与我们的生活息息相关，有着十分重要的意义，在工业生产中，温度过高或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件造成一定的损坏，严重的会影响到生产安全。

在日常生活中，温度过高或过低同样会造成一些不良影响。

在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不可或缺的一部分，对温度及时精确的控制和检测显得尤为重要。

现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。

1硬件系统总体方案设计

采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

便于单片机处理和控制，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质稳定，它温用作工业测温元件，此元件线性较好。

在0-100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。

DS18B20的最大特点之一是采用了单总数的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C52构成温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接和计算机连接。

这样温度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，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

该系统利用AT89C52芯片控制温度传感器DS18B20进行温度的实时检测并显示，能够实现快速测量环境温度。

硬件以微控制器为核心，外接时钟电路、复位电路、温度测量电路、LED显示电路组成。

总体硬件电路如1所示：

图1-1系统方案图

本温度计大体分三个工作过程。

首先，由DS18820温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。

然后，通过89C205I单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，井将此结果送入显示模块。

2单元电路设计

2.1传感器电路

2.1.1DS18B20的简单介绍

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，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诸多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。

2.1.2DS18B20的性能特点

●独特的单线接口方式，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。

●DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

●DS18B20在使用中不需要任何外围元件，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。

●适应电压范围更宽，电压范围：

3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。

●温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±

0.5℃。

●零待机功耗。

●可编程的分辨率为9～12位，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。

●在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。

●用户可定义报警设置。

●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。

●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。

●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。

2.1.3DS18B20引脚定义

（1）引脚定义

1）DQ为数字信号输入/输出端；

2）GND为电源地；

3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

图2-1DS18B20引脚图

（2）内部结构

DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

图2-2单片机内部结构图

2.1.4DS18B20功能实现原理

DS18B20的测温原理如图2所示，图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震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，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后进行计数，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-55 

℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 

℃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2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。

另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。

系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。

操作协议为：

初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

图2-3DS18B20测温原理图

在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5℃，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：

首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。

考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度Ts可用下式计算：

Ts=（Tz-0.25℃）+（CD-Cs）/CD 

2.2单片机最小系统

2.2.1STC89C52单片机

stc89C52是一个低电压，高性能CMOS 

8位单片机，片内含4k 

bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 

bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C52提供了高性价比的解决方案。

stc89C52是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

一、引脚排列

图2-4AT89C52引脚图

●VCC：

供电电压。

●GND：

接地。

●P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。

●P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

●P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

●P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL），也是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：

1）P3.0 

RXD（串行输入口）；

2）P3.1 

TXD（串行输出口）；

3）P3.2 

INT0（外部中断0）；

4）P3.3 

INT1（外部中断1）；

5）P3.4 

T0（记时器0外部输入）；

6）P3.5 

T1（记时器1外部输入）；

7）P3.6 

WR 

（外部数据存储器写选通）；

8）P3.7 

RD 

（外部数据存储器读选通）；

●RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

●ALE 

/ 

PROG 

：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时， 

ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

●PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。

●EA/VPP：

当EA保持低电平时，访问外部ROM；

注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；

当EA端保持高电平时，访问内部ROM。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

●XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

●XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

二、STC89C52的功能

兼容MCS51指令系统，8K可反复擦写FlashROM，32个双向I/O口，256x8bit内部RAM，3个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率0-24MHz，2个串行中断，可编程UART串行通道，2个外部中断源，共6个中断源，2个读写中断口线，3级加密位，低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。

2.2.2最小系统

单片机最小系统电路如图：

2-5单片机最小系统图

主要由时钟电路，复位电路和单片机组成。

一、时钟电路

STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。

时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。

内部方式的时钟电路如图4—2（a） 

所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。

定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。

晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。

外部方式的时钟电路如图4—2（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。

对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。

片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。

图2-5时钟电路

二、复位电路

为确保两点间温度控制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。

一般电路正常工作需要供电电源为5V±

5%，即4.75～5.25V。

复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU及各专用寄存器处于一个确定的初始状态。

如：

把PC的内容初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要复位以使其恢复正常工作状态。

RST端的外部复位电路有两种操作方式：

上电自动复位和按键手动复位。

按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种，本系统设计采用上电复位，如图2-6所示。

上电复位是直接将RST端通过电阻接高电平来实现单片机的复位。

图2-6复位电路

2.3显示电路

2.3.1数码块显示 

图2-7数码管

1）数码管使用条件 

a、段及小数点上加限流电阻 

b、使用电压：

段：

根据发光颜色决定；

小数点：

根据发光颜色决定 

c、使用电流：

静态：

总电流 

80mA（每段 

10mA）；

动态：

平均电流 

4-5mA 

峰值电流 

100mA 

2）七段数码管引脚图。

其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的，4位数码管引脚图数码管使用注意事项说明：

（１）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；

（２）焊接温度：

２６０度；

焊接时间：

５Ｓ 

（３）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。

图2-8数码管引脚图

2.3.2数码管的分类

这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；

共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。

图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。

这一次我们选择的是共阴极的数码管。

图2-9共阴极连接方式

3系统软件设计

3.1.主程序

图3-1程序框图

（程序见附录1）

3.2温度检测模块DS18B20

3-2温度检测程序框图

（程序见附录2）

3.3温度显示模块

图3-4温度显示程序框图

（程序见附录2）

4硬件仿真

4.1Proteus介绍

4.1.1关于proteus

Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是比较好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是现今世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。

4.1.2功能

智能原理布图，混合电路仿真与精确分析，单片机软件调试， 

单片机与外围电路的协同仿真，PCB自动布局与布线。

4.1.3硬件仿真电路图

4.1仿真电路图

5安装调试

5.1硬件制作

5.1.1硬件制作过程

1）元件检查：

依次对电解电容的容量，损耗，漏电流进行检测，对晶振的频偏，负载电容进行检查，以及对感温元件，单片机，和数码管进行功能测试。

2）焊接：

对元件的焊接要注意避免虚焊，漏焊的情况。

并且也要注意焊接时间的控制，以免焊接时间过长，造成元件或板子的损坏。

3）连线：

在有的地方，我们可以用连接线来进行元件与元件的连接，在连接线的排列过程中，尽量把排得整齐一点，避免线太乱造成检查困难和影响美观。

5.2系统调试

第一步、检查PCB板

在通电调试之前，先检查PCB电路连线是否有错误。

然后对照PCB电路图，挨个对元件进行检查。

第二步、通电观察

调试好所需要的电源电压数值，并确定PCB电路板电源端无短路现象后，才能给PCB电路接通电源。

电源一经接通，不要急于用仪器观测波形和数据，而是要观察是否有异常现象，如冒烟、异常气味、放电的声光、元器件发烫等。

如果有，不要惊慌失措，而应立即关断电源，待排除故障后方可重新接通