数字温度计课程设计Word格式.docx
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1.2设计内容及要求·
3
二总体方案设计
2.1数字温度计设计案·
2.2系统设计框图·
三设计原理分析
3.1主控器8051芯片·
4
3.2时钟电路·
5
3.3温度传感器DS18B20…………………………………………6
3.4LCD液晶显示电路………………………………………………7
3.5振荡电路·
8
3.6按键电路·
9
3.7DS18B20与单片机接口电路·
10
四电路总设计Proteus仿真效果图及程序框图
4.1概述·
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4.2程序框图·
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五总结和体会………………………………………………………………13
六参考文献·
13
附录A主程序代码（参见单片机原理与实用教程P280）
概述
随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。
传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。
因此，了解并掌握传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。
在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。
而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持,其缺点如下：
1．硬件电路复杂；
2．软件调试复杂；
3．制作成本高。
为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。
本文利用单片机结合传感器技术开发设计，文中把传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用温度传感器DS18B20测量环境温度，同时51单片机在现代电子产品中广泛应用以及其技术已经非常成熟，DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
一设计指导
1.1设计内容及要求
本次单片机课程设计将以51系列单片机为核心，以开发板为平台；
设计一个数字式温度计，要求使用温度传感器（可以采用DS18B20或采用AD590）测量温度，再经单片机处理后，由LCD点阵字符型液晶显示屏显示测量的温度值。
测温范围为0~100℃，精度误差在0.5℃以内。
2.1数字温度计设计的方案
在做数字温度计的单片机电路中，对信号的采集电路大多都是使用传感器，这是非常容易实现的，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。
采集之后，通过使用51系列的单片机，可以对数据进行相应的处理，再由LED显示电路对其数据进行显示。
2.2系统设计框图
整体设计以8051单片机和温度传感器DS18B20芯片为核心，LCD液晶显示电路，按键电路，晶振电路，复位电路，声光报警电路
设计框图如下。
三设计原理分析
3.1主控器89C51芯片
对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8051系列，由于8031没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。
AT89C51以低价位单片机可为提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。
单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要该器件是INTEL公司生产的MCS一5l系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS—51的CMOS产品。
其主要特征有如下几个：
●与MCS-51兼容 ●4K字节可编程FLASH存储器 ●寿命：
1000写/擦循环 ●数据保留时间：
10年
●全静态工作：
0Hz-24MHz ●三级程序存储器锁定
●128×
8位内部RAM ●32可编程I/O线
●两个16位定时器/计数器 ●5个中断源
●可编程串行通道 ·
●低功耗的闲置和掉电模式
●片内振荡器和时钟电路
AT9C51的管脚如下图所示：
图3.1AT89C51芯片管脚图
各管脚功能：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0~P3：
为输入/输出口线，其各有的功能，而P3口每一位还有特殊功能。
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。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN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，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
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。
3.2时钟电路89C51时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。
80C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
本次采用内部震荡电路,瓷片电容采用22PF,晶振为12MHZ。
3.3温度传感器DS18B20
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司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编程实现9~12位的数字值读数方式。
a:
技术性能描述
①、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②、测温范围－55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）0.5℃。
③、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。
④、工作电源:
3~5V/DC（可以数据线寄生电源）
⑤、在使用中不需要任何外围元件
⑥、测量结果以9~12位数字量方式串行传送
b:
引脚定义
DQ:
单线应用的数据输入|输出引脚
GND:
地
VCC:
外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）
c:
电源的连接方式
DS18B20可以使用外部电源VDD，也可以使用内部的寄生电源。
当VDD端口接3~5.5V的电压时使用外部电源：
当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源，采用寄生电源供电时，应给单片机的I\O口线提供一个上拉电阻，采用外部电源供电时，可以不用。
另外还应注意当温度高于100℃时，不推荐使用寄生电源，应采用外部电源供电
d:
ROM操作协议
DS18B20采用一线通信接口，因为为一线通信接口，必须先建立ROM操作协议，才能进行存储器和控制操作。
必须提供以下功能命令
（1）读出ROM
（2）匹配ROM（3）搜索ROM（4）跳过ROM（5）报警检查。
64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。
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器RAM和一个存储高低温度报警触发值TH和TL的非易失性的可电擦除的E²
RAM.。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图所示，头两个字节位实测温度值，低字节在前，高字节在后，第三字节和第四字节是TH和TL的拷贝,是易失的，每次上电复位时被刷新。
第五个字节位配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时按此寄存器的分辨率将温度转换为相应精度的数值。
如下图
该字节的定义如下
低五位一直为一，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是测试模式下。
出厂时该位被设置为0，需自己改动。
R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
高速暂存器的第6.7.8字节保留未用，读出值全为1.第9字节为前面八个字节的CRC校验码，用于保证数据通信的正确性。
e：
存储器操作命令
温度转换，用于启动DS18B20进行温度转换，当命令被执行后DS18B20保持等待状态。
如果主机在这条命令之后跟着发出读时间间隙，而DS18B20又忙于进行温度转换，DS18B20将在总线上输出“0”，若温度转换完成，则输出“1”。
如果使用寄生电源，主机必须在发出这条命令后立即执行强上拉，并保持750ms，在这段时间内总线上不允许进行任何其它操作。
读暂存器，用于读取暂存器中的内容，从字节0开始最多可以读取9个字节，如果不想读完所有字节，主机可以在任何时间发出复位命令中止读取。
写暂存器，用于将数据写入到DS18B20暂存器的的TH和TL字节，可以再任何时刻发出复位命令中止写入
复制寄存器，用于将暂存器的内容复制到DS18B20的非易失性E²
RAM中，即把温度报警触发字节存入非易失性存储器里，如果主机在这条命令之后跟着发出读时间间隙，而DS18B20又忙于将暂存器的内容复制到DS18B20的非易失性E²
RAM中，DS18B20输出“0”，如果复制结束，则输出“1”。
如果使用寄生电源，主机必须在发出这条命令后立即执行强上拉，并保持10ms，在这段时间内总线上不允许进行任何其它操作。
重读E²
RAM，用于将存储在非易失性E²
RAM中的内容重新读入到暂存器中，这种复制操作在DS18B20上电时自动执行，这样一上电暂存器中就马上存在有效的数据。
如果这条命令发出之后发出读时间间隙，器件就会输出温度转换忙的标志，“0”代表忙，“1”代表完成。
读电源，（由于有两种电源连接方式）用于将DS18B20的供电方式发送到主机，0代表寄生电源，1代表外部电源。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换，转化完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存器的第1、2节用一条读命令读出，低位在先，高位在后，数据格式以0,0625℃/LSB形式表示如下。
当符号位S=0时，表示测得的温度为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；
当符号位S=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
如+125℃用二进制表示0000011111010000高8位为MSB字节，低8位为LSB字节，S=0为正值其余的用权依次相加可得。
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH，TL字节内容作比较，若T＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置1，并对主机发出的报警搜索命令做出，因此可用多只DS18B20进行多点温度循环监测。
3.4LCD显示电路
VSS:
：
地线输入端。
VDD：
+5V电源输入端
RS:
寄存器选择信号输入线，低电平选通指令寄存器，高电平选通数据寄存器
R/W：
读/写信号输入线，低电平为写入，高电平为读出D0~D7：
数据线
3.5振荡电路
3.6按键电路
按键扫描子程序对数字温度计的K1~K4键进行扫描。
得到的键值完成相应操作。
设计按下K1键查看温度报警值，按下K3键返回。
按下K2键设定温度报警值，再次按下K2键调整TH的设定值，按下K3键调整TH的设定值，设定过程中可以通过按键K1来决定是增还是减调整，按下K4键将设定的温度报警值写入DS18B20.设定完毕，将温度报警值写入DS18B20的E2RPM中保存，每次开机时自动从DS18B20中读出温度报警值。
3.7DS18B20与单片机接口电路
四电路总设计Proteus电路仿真效果图
4.1EDA概述
本次课程设计采用的是proteus软件仿真，用Keil软件进行编译。
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
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。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，也是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。
仿真图如下：
其中温度设定值为100℃，二极管闪烁，蜂鸣器响，可以再实际操作中观看。
4.2主程序框图
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。
五总结与体会
这是我们的第一个课程设计，从不认识什么是课程设计到本次课程设计的完成，使我们从中学会了很多知识。
本次课程设计使我们学会了单片机的原理结构及应用和对其他器件的认识。
在课设过程中，我们不仅认识到了单片机原理结构，而且通过不断查阅相关资料，学会了单片机的应用。
可以说，通过这次单片机的实践学习，我们学到了很多，而且对单片机的有关知识以及其在现实生活中的多方面应用有了更深层次的认识，这对于我们以后的学习和步入社会后参加工作都有很大的帮助。
在此次课程设计的进程中，我们遇到了很多问题，例如，一开始我们在确定课设题目后，不知道怎么把温度显示在数码管上，用什么元件来采集温度，还有单片机是怎么工作的；
对新器件DS18B20智能测温的相关知识我们很模糊甚至可以说一无所知，不过后来，我们通过查找一些相关的资料书以及寻求基地同学的帮助，终于将原理图和PCB图绘制出来以及写出正确的程序。
在仿真时，由于我们有了之前的数模电课设仿真经验，所以此时我们课设进行的很顺利，并没有受到什么大的阻碍。
通过此次单片机课程设计，从找资料到原理图的绘制再到去实验室做板，我们明白了很多，理论指导实践，但是理论也需要实践给予证明，凡事都要通过自己的思考推敲和动手去做，否则自己不会取的大的进步。
而且在平时的学习生活中应该多和周围的同学相互学习，交流经验，遇到不会的东西时，切忌焦躁，首先要经过自己的独立思考，有了一定想法后，可以去查找相关的资料书刊或者找同学讨论，如果实在解释不了，再去找辅导老师，在这个遇到问题解决问题的过程中，不断加强自我的动脑能力，进而去指导动手能力，也只有这样，你才能学到真正的知识！
六：
参考文献
1刘德全.Protel8电子线路设计与仿真教程编著.清华大学出版社
2徐爱钧.单片机原理及实用教程.电子工业出版社
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