基于单片机温度检测系统说明书课程设计.docx

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基于单片机温度检测系统说明书课程设计

摘要

随着现代信息技术的飞速进展和传统工业改造的慢慢实现，温度自动检测和显示系统在很多领域取得普遍应用。

人们在温度检测的准确度、便利、快速等方面有着愈来愈高的要求。

而传统的温度传感器已经不能知足人们的需求，其渐渐被新型的温度传感器所代替。

本文设计并制作了一个简易温度计。

本设计采纳了单片机STC89C52和温度传感器DS18B20组成了温度自动测控系统，可依如实际需要任意设定温度值，并进行自动操纵。

在此设计中利用了STC89C52单片机作为主操纵器件，DS18B20作为测温传感器通过LCD数码管串口传送数据，实现温度显示。

通过DS18B20直接读取被测温度值，进行数据转换，能够设置温度上下限来设置报警温度。

而且在抵达报警温度后，系统会自动报警。

本文设计是从测温电路、主控电路、报警电路等几个方面来分析说明的。

该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处置及操纵。

另外，该温度计还能直接采纳测温器件测量温度。

从而简化数据传输与处置进程。

此设计的优势要紧体此刻可操作性强，结构基础简单，拥有专门大的扩展空间等。

关键词：

单片机；温度传感器；温度计；报警

Abstract

With the rapid development of modern information technology and the gradual transformation of traditional industries to achieve, automatic temperature detection and display systems are widely used in many fields. People in the temperature measurement accuracy, convenient, rapid, and has a growing demand.  This article was designed and produced a simple thermometer. This design uses a microcontroller STC89C52 and temperature sensor DS18B20 automatic temperature control system formed can be arbitrarily set the temperature according to the actual value and for automatic control. In this design using the STC89C52 microcontroller as the main control device, DS18B20 as an LCD digital temperature sensor tube through the serial transmission of data, to achieve temperature display. DS18B20 measured by direct reading temperature values, data conversion, to set the temperature to set the alarm on the lower temperature. And the temperature reaching the alarm, the system will automatically alarm.  This design is from the temperature measurement circuit, main control circuit, alarm circuit, and several other aspects of the note. The device can transmit digital signals directly to the microcontroller, easy to handle and control MCU. In addition, the thermometer temperature measurement device can be used directly to measure temperature. The major advantages of this design is reflected in operable structural basis is simple, lots of expansionspace.

Keywords：

STC89C52；DS18B20；thermometer；alarm

一前言

目前，单片机已经在测控领域中取得了普遍的应用，它除能够测量电信之外，还能够用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度操纵系统已经普遍应用很多领域。

单片机是一种特殊的运算机,它是在一块半导体的芯片上集成了CPU,存储器，RAM，ROM，及输入与输出接口电路，这种芯片称为:

单片机。

由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，专门是它具有体积小，重量轻，能耗低，价钱廉价，靠得住性高，抗干扰能力强和利用方便的优势，使它迅速的取得了推行应用，目前已成为测量操纵系统中的优选机种和新电子产品中的关键部件。

单片机已不单单局限于小系统的概念，现已普遍应用于家用电器，机电产品，办公自动化用品，机械人，儿童玩具，航天器等领域。

本次课程设计，确实是用单片机实现温度操纵，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的靠得住性差，测量温度准确率低，而且必需通过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处置。

本次采纳DS18B20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。

传统的温度计有反映速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点而下面利用集成温度传感器AD590设计并制作了一款基于AT89C51的4位数码管显示的数字温度计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。

该数字温度计利用AD590集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器ADC0804转换成单片性能够处置的数字信号，然后送到单片机AT89C51中进行处置变换，最后将温度值显示在D4、D3、D二、D1共4位七段码LED显示器上。

系统以AT89C51单片机为操纵核心，加上AD590测温电路、ADC模数转换电路、4位温度数据显示电路和外围电源、时钟电路等组成。

设计目的

现代社会生活中，多功能的数字温度计能够给咱们的生活带来专门大的方便；支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了本钱；以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，以ATMEL公司的STC89C52为操纵器设计的DS18B20温度操纵器结构简单、测温准确、具有必然操纵功能的智能温度操纵器。

这次课程设计，确实是用单片机[1]实现温度操纵，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的靠得住性差，测量温度准确率低，而且必需通过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处置。

本次采纳DS18B20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。

该数字温度计利用AD590集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器ADC0804转换成单片性能够处置的数字信号，然后送到单片机STC89C52中进行处置变换，最后将温度值显示在D4、D3、D二、D1共4位七段码LED显示器上。

系统以AT89C51单片机为操纵核心，加上AD590测温电路、ADC模数转换电路、4位温度数据显示电路和外围电源、时钟电路等组成。

设计要求

设计一个基于单片机的DS18B20数字温度计。

课程设计要求：

 Ø 

（1）5V供电； 

温度搜集采纳DS18B20； Ø 

（3）4位LED显示； Ø 

（4）2个按键； 

设计温度操纵器原理图，学习用PROTEL画出该原理图，并用proteus进行仿真；

（6）设计和绘制软件流程图，用C语言进行程序编写；焊接硬件电路，进行调试。

二基于单片机的温度检测系统的整体方案设计

整体方案的思路

提及到温度的检测，咱们第一会考虑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样都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试也复杂，制作本钱高。

因此，本数字温度计设计采纳智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55°C至+125°C，最大分辨率可达°C。

DS18B20能够直接读出被测量的温度值，而采纳三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低本钱和易利用的特点。

依照系统设计功能的要求，确信系统由三个模块组成：

主操纵器STC89C51，温度传感器DS18B20，驱动显示电路。

整体电路框图如下：

图 系统整体框图

整体设计方案和框图

由于本设计是测温电路，能够利用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度转变的电压或电流搜集过来，进行A/D转换后，就能够够用单片机进行数据的处置，在显示电路上，就能够够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。

 因此，他的设计理论不符合本次设计的方案要求，进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是利用传感器，因此这是超级容易想到的，因此能够采纳一只温度传感器DS18B20，此传感器，能够很容易直接读取被测温度值，进行转换，就能够够知足设计要求。

温度计电路设计整体设计方框图如图1所示，操纵器采纳单片机STC89C52，温度传感器采纳DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。

DS18B20 采纳3 脚PR-35 封装或8 脚SOIC 封装。

图整体设计方框图

主操纵器：

单片机AT89S51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够知足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计利用系统可用二节电池供电。

显示电路：

显示电路采纳3位共阳LED数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。

三系统硬件设计与实现

单片机的选择

STC89C52的特点及选择缘故

STC89C52作为温度测试系统设计的核心器件．该器件是INTEL公司生产的MCS一5l系列单片机中的基础产品，采纳了靠得住的CMOS工艺制造技术．具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS一51的CMOS产品。

片内含8K bytes的可贩毒擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件兼容标准的MCS-51指令系统。

片内置通用8位中央处置器（CPU）和Flash存储单元。

结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特点。

 其具有如下性质：

（1）与MCS-51 产品指令系统完全兼容 

（2）8K字节可重擦写Flash闪烁存储器。

（3）寿命：

1000写/擦循环。

（4）数据保留时刻：

10年。

（5）全静态工作：

0Hz-24Hz。

（6）三级程序存储器锁定。

（7）128*8位内部RAM。

（8）32可编程I/O线。

（9）三个16位按时器/计数器。

（10）8个中断源。

（11）可编程串行通道。

（12）低功耗的闲置和掉电模式。

（13）片内振荡器和时钟电路。

STC89C52单片机提供以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗按时器，2 个数据指针，三个16 位按时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，许诺RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电爱惜方式下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

由于此设计需要编写程序，需要将程序烤入单片机中，因此单片机必需具有足够多的存储空间，其具有8K字节的Flash完全知足要求。

32位的I/O 口线能够使得单片机与温度显示器、温度传感器、键盘、报警电路、按键电路和指示灯连接等等变得可能。

16位的按时计数器使得读取数据变得加倍简单，同时其结构有利于晶振电路和复位电路的连接。

最重要的是，能够在掉电状态下保留RAM内的数据。

同时，与同类51单片机相较，STC89C52具有更强的可操作性。

因此，关于本设计来讲，选择STC89C52是最有利的。

STC89C52的工作模式及注意事项

STC89C52单片机有两种可用软件编程的省电模式，它们是空闲模式和掉电工作模式。

这两种方式是操纵专用寄放器PCON（即电源操纵寄放器）中的PD（PCON1）和IDL（PCON0）位来实现的。

PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。

IDL是空闲等待方式，当IDL=1，激活空闲工作模式，点偏激进入眠眠状态。

如需同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1，那么先激活掉电模式。

在空闲工作状态下，CPU维持睡眠状态而所有的片内的外设都维持激活状态，这种方式由软件产生，现在片内RM和所有特殊功能寄放器的内容维持不变。

空闲模式可由任何许诺的中断请求或硬件复位终止。

终止空闲工作模式的方式有两种，进入中断效劳程序，执行完中断效劳程序并紧随RST1（中断返回）指令后，下一条要执行的指令确实是使单片机进入空闲模式的那条指令后面的一条指令。

其二是通过硬件复位能够将空闲工作模式终止。

需要注意的是，当由硬件复位来终止空闲工作模式时，CPU一般是从激活空闲模式那条指令的吓一跳指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要维持两个机械周期（24个时钟周期）有效，在这种情形下，内部禁止CPU访问片内RAM，而许诺访问其他端口。

为了幸免可能对端口产生意外写入，激活空闲状态的那条指令后一条指令不该是一条端口或外部存储器的写入指令。

在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行

的指令。

片内RAM和特殊功能寄放器的内容在终止掉电模式前被冻结。

退出掉电模式的唯一方式是硬件复位，复位后将从头概念全数特殊功能寄放器但并无因此改变RAM中的内容，在Vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，必需维持一按时刻以使振荡重视启动并稳固工作。

STC89C52单片机具有一些极限参数：

（1）工作温度：

-55摄氏度至+125摄氏度

（2）储藏温度：

-65摄氏度至+150摄氏度

（3）任一引脚对地电压：

至+

（4）最高工作电压：

（5）直流输出电流：

传感器的选择

DS18B20的特点及选择缘故

DS18B20是美国DALLAS公司继DS1820以后推出的增强型单总线数字式温度传感器，它在转换速度、转换时刻、传输距离、分辨率等方面较之前产品有了专门大的改良，给用户带来了更方便、更令人中意的成效。

DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。

DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

温度测量范围为-55～+125 摄氏度，可编程为9位～12 位转换精度，测温分辨率可达摄氏度，分辨率设定参数和用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后仍然保留。

被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既能够在远端引入，也能够采纳寄生电源方式产生；多个DS18B20能够并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能够与诸多DS18B20 通信，占用微处置器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，能够挂很多如此的数字温度计，十分方便。

DS18B20内部结构要紧由四部份组成：

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

DQ 为数据输入/输出引脚。

开漏单总线接口引脚。

当被用着在寄生电源下，也能够向器件提供电源； GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。

当工作于寄生电源时，此引脚必需接地。

在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方式，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，现在UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。

不管是内部寄生电源仍是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻. 

DS18B20 的性能特点如下：

独特的单线接口方式，DS18B20在与微处置器连接时仅需要一条口线即可实现微处置器与DS18B20的双向通信。

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

DS18B20在利用中不需要任何外围元件，全数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。

其具有9条特点：

（1）适应电压范围更宽，电压范围：

～，在寄生电源方式下可由数据线供电。

（2）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±℃。

 （3）零待机功耗。

（4）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度别离为℃、℃、℃和℃，可实现高精度测温。

（5）在9位分辨率时最多在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。

（6）用户可概念报警设置。

（7）报警搜索命令识别并标志超进程序限定温度的器件。

（8）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的测温原理

DS18B20的测温原理如图3-2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的阻碍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

振随温度转变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.计数门的开启时刻由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，第一将-55℃所对应的基数别离置入减法计数器1和温度寄放器中，减法计数器1和温度寄放器被预置在-55℃所对应的一个基数值。

第一用DS1820提供的读暂存寄放器指令（BEH）读出以℃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），取得所测实际温度整个部份T整数，然后再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值M剩余和每度计数值M每度，考虑到DS1820测量温度的整数部份以℃、℃为进位界限的关系，实际温度T实际可用下式计算取得：

T实际=（T整数－℃）+（M每度－M剩余）M角度。

显示器的选择

由于设计中要求同时显示测试温度、温度上限、温度下限和开机时刻，因此显示屏第一要能够一次性容纳这些字符。

工作电压不能太高，与单片机的连接方式需要简单，显示准确。

本设计中采纳的是1602型LCD液晶屏能够专门好的知足这些要求。

此液晶属于工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。

LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3伏就能够够工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时能够显示大量信息，除数字外，还能够显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。

在仪表和低功耗应用系统中取得了普遍的应用。

1602拥有很多超卓的优势：

（1） 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直维持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且可不能闪烁。

（2） 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。

（3）功率消耗小，相较而言液晶显示器的要紧功耗在内部电极和驱动IC上，因此耗电量比其他器件要小很多。

电路原理

整个设计的电路包括了最小系统电路、温度操纵电路、温度显示电路、按键电路和报警电路五部份电路组成。

晶振电路与复位电路

晶振电路和复位电路与单片机连接组成最小系统电路，如何选取适合的引脚，选取何种连接方式都相当重要。

因此需要了解AT89S52的引脚特点。

在晶振电路中，要紧用到了XTAL1和XTAL2两个引脚。

（1）XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

（2）XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

在晶振电路中，AT89S52具有两种晶振方式，一种是片内时钟振荡方式，但需要在引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一样取10-30pf。

另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接外部时钟，XTAL2脚悬空。

图3-1晶振电路

单片机的晶振频率采纳，加两个30pF电容。

XTAL1和XTAL2别离反向放大器的输入和输出，外接石英晶体和振荡电容，组成了片内时钟振荡方式。

而振荡周期指的确实是单片机外接石英晶体振荡器的周期。

那时钟起振后，产生必然的频率的时钟信号，单片机的CPU在时钟信号的操纵下能一步一步完成自己的工作，同时与整个系统相关的周期还有振荡周期、状态周期、机械周期和指令周期。

电容C1和C2要紧用于校正波形，振荡器的作用主若是产生时钟振荡。

而整个电路的作用那么是为了产生自激振荡。

关于复位电路，STC89C52有两种复位方式，别离是上点复位和按键复位。

本设计采纳的是按键复位，即利用一个复位电容和按键的组合使得复位变得加倍直接和简单。

引脚RST作用是复位输入。

当振荡器复位器件时，要维持RST脚两个机械周期的高电平常刻。

在按下按键后，系统自动复位，十分方便。

在复位电路中添加按键主若是为了能够使得复位加倍方便，电容主若是在复位后进行充电，而上拉电阻起到限流的作用，爱惜了电路。

图3-2复位电路

温度搜集电路

温度操纵电路要紧运用到了DS18B20和STC89C52。

如何使二者连接实现功能是温度操纵电路的要紧设计目的。

图3-3DS18B20管脚图

在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方式，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，现在UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。

内部寄生电源I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。

那个地址采纳的是第一种连接方式,如图4-5所示:

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。

传感器数据搜集电路要紧指DS18B20温度传感器与单片机的接口电路。

DS18B20能够采纳两种方式供电，一种是采纳电源供电方式，现在DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。

另一种是寄生电源供电方式考虑到实际应用中寄生电源供电方式适应能力差且易损坏，此处采纳电源供电方式，I/O口接单片机的口。

显示电路

液晶显示器是一种将液晶显示器件,连接器件,集成电路,PCB线路板,背光源,结构器件装配在一路的组件。

在显示电路中，VSS接地，VDD接5V正电源， VEE为液晶显示器对照度调整端，接正电源时对照度最弱，接地电源时对照度最高，为了取得最正确对照度，VEE接地。

RS为寄放器选择，高电平常选择数据寄放器、低电平常选择指令寄放器。

R/W为读写信号线，高电平常进行读操作，低电平常进行写操作。

当RS和RW一起为低电平常能够写入指令或显示地址，当RS为低