毕业设计多功能数字温度计的设计与制作.docx
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毕业设计多功能数字温度计的设计与制作
毕业设计（论文）
《多功能数字温度计的设计与制作》
专业（系）车辆电子
班级
学生姓名
指导老师
完成日期2009.11.16
毕业设计任务书
一、课题名称：
多功能数字温度计的设计与制作
二、指导教师：
三、设计内容与要求
1课题概述
1）温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。
在工业生产和实验研究中，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。
传统的水银或酒精温度计来测量温度,不仅测量时间长、读数不方便、而且功能单一,已经不能满足人们在数字化时代的要求。
因此提出一种新型的数字式温度测量电路的设计方案,该方案集成了基于AT89S51的两位数码管显示温度测量电路和通过编程的方式来实现实时时钟的显示、修改、定时闹铃等功能的时钟电路
2设计内容与要求
设计内容：
1）温度测量：
能够实时显示当前的环境温度
2）时钟功能：
能够作为时钟使用，显示当前时间
3）闹钟功能：
能够在设定时间时钟时，作为闹铃发生
4）时钟设置功能：
能够设定时钟，修改当前时间
5）电源电池或直流稳压电源输入：
稳压至9V供电
6）完成控制器的原理图和PCB板图的设计和制作
7）完成软件程序的编写与调试
8）对整机的调试，完成指定功能
设计要求：
1）原理图规范
2）PCB板图规范、布局合理
3）电路板制作工整、美观
4）软件流程图标准
5）程序采用结构化设计、可读性强
3、设计参考书
电力电子技术与应用高等教育出版社
电机控制技术北京航空航天大学出版社
模拟电子技术高等教育出版社
数字电子技术高等教育出版社
单片机C语言程序设计北京航空航天大学出版社
单片机原理及应用中南大学出版社
传感器与检测技术高等教育出版社
4、设计说明书要求（小四、宋体）
（一）封面
（二）任务书
（三）中文摘要
（四）外文摘要
（五）目录
（六）正文（绪论、正文主体、结论）
（七）参考文献
（八）致谢
（九）附录
5、毕业设计进程安排
序号
内容
要求
完成时间
1
师生见面,下发毕业设计任务书、布置毕业设计
-------
2011.6.28
2
前期准备
完成毕业设计相关资料的收集、设计方案的确定
假期
3
元件选型
参数、型号、数量
2011．9．15
4
控制板原理图设计
-------
2011．9．30
5
控制板PCB板设计与制作
-------
2011.10.14
6
软件程序编写调试
-------
2011.10.31
7
整机调试
完成批定功能
2011．11．10
8
毕业设计任务书编写
毕业设计说明书在规定时间前上交指导教师处
2011.11.25
9
毕业答辩及成绩评定
-------
2011年12月
6、毕业设计答辩及论文要求（小四、宋体）
1毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。
2毕业设计论文要求
文字要求:
说明书要求打印（除图纸外），不能手写。
文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。
图纸要求:
按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
曲线图表要求：
所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
引言
当今社会逐渐步入信息化时代，快节奏、高效率成为当今时代的主题。
人们在日常的工作和生活中对各种信息量的需求也在不断加大，为了满足人们的这种需求，电子万年历应运而生。
电子万年历整合了人们所需的日期、时间、气温、日程安排等诸多常用信息，最大限度的方便了人们的信息获取，可以对工作和生活做出有效的安排。
首先，电子万年历是一种应用非常广泛的日常计时工具，数字显示的日历时钟因其一目了然的特点已经越来越流行，特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用，为人们提供实时信息。
其次，可以通过对电子万年历的研究进一步熟悉和掌握51单片机及其外围电路的应用，加强自己的动手能力，把理论和实际操作联系起来，在实践中达到理论知识的融会贯通，并进一步提高自身在电子技术方面的理论研究及实践能力。
摘要
本课题设计了一种基于单片机控制的数字式多功能温度计.该温度计以52单片机为主控器，通过温度传感器DS1620来检测温度，并通过六位共阴极LED数码管来进行数据的显示，可以方便的实现温度采集和显示.同时可以根据需要设置上下限报警温度，当温度不在设置范围内时可以报警.同时还具有时钟显示的功能，当需要进行时间显示的时候可以进行快速切换显示.具有使用方便，精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点.适用于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块嵌入其它系统中作为其他主系统的辅助扩展.DS1620与AT89S52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景.
关键词：
单片机；温度检测；AT89S52；DS1620
ABSTRACT
Thisprojectisadigitalmulti-functionthermometerbasedonMCU.Thissystemcaneasilyachievetemperatureacquisitionanddisplay,ThisthermometerusesAT89S52asmicrocontroller-basedcontroller,detecttemperaturethroughthetemperaturesensorDS1620,andrealizethetemperaturedisplaybyfourcommoncathodeLEDanditcansetupperandlowerlimitsoftemperatureaccordingtofeedtheneed,whenthetemperatureisnotsetrangeitwillring.Italsohasthefunctionoftheclockdisplay.Itcanswitchthedisplayfastwhenitisneed.Itiseasytouse,withhighprecision,widerange,highsensitivity,smallsizeandlowpowerconsumption.Itissuitableforourdailylivesandindustrialandagriculturalproductioninthetemperaturemeasurement,temperatureprocessingmodulecanalsobeembeddedasothersystems,themainsystemastheotherauxiliaryexpansion.DS1620combinedwiththerealizationofthesimplestAT89S51temperaturedetectionsystem,thesystemissimple,anti-interferenceability,suitableforharshenvironmentsspottemperaturemeasurement,awiderangeofapplications.
Keywords:
MCU;TemperatureMeasurement;AT89S52;DS1620
毕业设计任务书
引言
第5章软件程序设计30
第1章绪论
1.1课题意义及发展前景
随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平.在信息采集、信息传输和信息处理中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义.
测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：
①传统的分立式温度传感器
②模拟集成温度传感器
③智能集成温度传感器.
计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）.社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展，基于单片机的数字温度计设计与传统的温度计相比，其具有读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研实验室使用.
温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用，利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发.本设计为基于DS1620和AT89S52单片机的温度测量及控制系统的硬件结构以及C语言程序设计，系统设计和布线简单，结构紧凑，体积小，重量轻，抗干扰能力强，性价比高，扩展方便，在大型仓库，工厂，智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景.
1.2多功能数字温度计设计的价值
此次的多功能数字温度计不同于以往的传统数字温度计，它明显改善了数字温度计的性能，包括温度采集的速度和测量精度大幅度提高，测量温度的范围也得到了明显的提高。
多功能数字温度计还兼有时钟显示、闹铃和时钟设置功能，所以更加符合市场需求。
如果继续提高测量精度,可以直接作为工业测温仪器使用，由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1620型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125℃，测温精度为±0.2℃。
随着单片机、温度传感器和数码管显示驱动等技术的不断发展，要实现更加高的精度、显示速率快的数字温度计将很快能够实现。
1.3设计内容及性能指标
本设计主要是介绍了单片机控制下的温度检测系统，详细介绍了其硬件和软件设计，并对其各功能模块做了详细介绍，其主要功能和指标如下：
1、温度测量：
利用温度传感器（DS1620）测量某一点环境温度
2、测量范围为-55℃～＋99℃
3、时钟功能：
能够作为时钟使用显示当前时间
4、时钟设置功能：
能够设定时钟修改当前时间
5、用数码管进行实际温度值显示和时间显示
6、闹钟功能：
能够在设定时间时钟时作为闹铃发生
第2章系统方案论证
2.1总体设计分析
本课题设计的是以AT89S52单片机，DS1620温度传感器，MAX7219数码管驱动芯片为核心，采用两个四位数码管显示，辅以必要电路，共同构成的一个具有多功能的数字温度计。
该系统能够准确的显示时间、调整时间、闹钟报时并能够对时钟所在的环境温度进行测量显示。
主程序进行初始化，其他的程序选择模块式的方式。
首先对每个模块进行调试,当模块调试成功后，逐一的加入主程序中，最后完成整个软件部分的设计。
2.2方案的选择与设计
2.2.1核心处理器的比较与选择
方案一：
采用FPGA控制
FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件,自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来,FPGA的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达500万门/片以上,系统性能可达200MHz。
由于FPGA器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。
但是而基于SRAM编程的FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上,需外部存储器芯片,且使用方法复杂,保密性差，而其对于一个简单的多功能数字温度计而言，实用FPGA有点大材小用，成本太高。
方案二：
采用ATMEL公司的AT89S52单片机
AT89S52是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程／擦除只读存储器（FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C52引脚和指令系统完全兼容。
芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。
AT89S52（以下简称89C52）将具有多种功能的8位CPU与FPEROM结合在一个芯片上，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比较高。
ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可提供许多高性价比的应用场合。
单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中AT89S52以MCS-52为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。
经过对比以及我们在日常教学中采用的是采用AT89S52，同时为提高我们对外围电路的焊接等技术，提高综合能力，我们选择使用AT89S52单片机。
设计目标
该设计要求实现：
[1]显示准确的北京时间（时、分）
[2]可以调整系统时间：
时、分；
[3]可以调节闹铃时间：
时、分，可以开启或关闭闹铃；
[4]能显示当前日期对应的时间和温度。
设计结果要求：
完成电路的设计，硬件电路应该设计出原理图并画出PCB板图，完成软件程序的编写（包括流程图和部分源代码）。
2.2.2温度系统的比较与选择
方案一：
采用DS18b20温度传感器
DS18b20数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值。
DS18b20通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18b20之间仅需一条连接线（加上地线）。
用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。
因为每个DS18b20都有一个独特的片序列号，所以多只DS18b20可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。
这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。
方案二：
采用DS1620温度传感器
DS1620是一种半导体温度测控芯片，9位温度数据值，测温范围-55~+125℃，0.5℃的温度测量精度。
通过三线串行接口与CPU连接，可作为热传感器使用；用三个温控触发端控制加热或制冷装置，可用作热继电器。
DS1620的外围接线简单，使用灵活。
根据两方案的比较，从我们的实际情况出发，我们采用DS1620温度传感器。
2.2.3数码管驱动芯片的比较与选择
方案一：
采用CS7219数码管驱动芯片
CS7219是一种串行接口的8位数码管显示驱动器。
它与通用微处理器只有3根串行线相连，最多可驱动8个共阴数码管和64个发光二极管。
它内部有可存储显示信息的8*8静态RAM，动态扫描电路，以及段位驱动器。
串行接口的传输速率可达10MHz，独立的发光二极管段控制，有译码非译码两种显示方式可选，数字、模拟两种亮度控制方式，可以级联使用。
方案二：
采用MAX7219数码管驱动芯片
MAX7219是一种串行共阴极数码管动态扫描显示驱动芯片，其峰值段电流可达40mA，最高串行扫描频率为100MHz，典型扫描频率为1.3K。
仅使用3线串行接口传送数据，可直接与单片机接口。
每个芯片可同时驱动8位共阴极LED或64个独立的LED，可驱动8个数码管。
该电路与单片机接口简单，不需附加元件，占用很小的印刷板面积，是微处理器仪表理想的显示电路。
经过两方案的比较，并且根据实际情况，我们采用MAX7219作为数码管的驱动芯片。
2.3方案初步确定
通过以上两种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以AT89S52单片机作为中央处理器，DS1620温度传感器，MAX7219数码管驱动芯片为主要器件进行此项目的设计。
2.3硬件详细设计
利用单片机芯片AT89S52来控制数码管显示模块DS1620，通过软件编程改变DS1620的工作模式端口及使能端口，从而显示输出相应的内容。
K0键用来设置时钟，当K1=1时，进行闹钟调节，K3键用来移动光标选择调整位置，K4键加法调节。
当K1=0时，可以调节系统时间，K3键用来移动光标选择调整位置，K4键加法调节。
当K2=1时，闹钟开始工作。
当AT89S52的P1.4口输出为高电平时，启动压电式蜂鸣器，整点报时或者闹钟报时。
AT89S52的P0口与液晶显示模块的D0～D7口连接，进行数据的传输，P2口的5、6、7数据位控制数码管显示模块的E、RW和RS。
S键按下系统复位，晶振频率选用12MHZ。
2.4方案的拓展与最终确定：
为实现本设计的要求还可以合理地采用以下几种拓展方案：
方案1：
采用数字电路的方法实现，将用到多级电路的级连，需要考虑电路的延时，如果选择不当，就会有尖峰脉冲产生，导致设计的功能不能实现。
方案2：
采用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的元件组成电子钟。
这样，系统的扩展和器件的再利用困难。
方案3：
利用单片机控制液晶显示模块来实现，不仅具有编程灵活，程序较简洁，便于电子钟功能的扩充，精度较高，而且可将其用于实时控制系统，从而应用到实际工作与生产中去。
对比三种设计拓展方案，本设计采用方案3。
系统总体设计框图如图1所示，本系统的硬件结构主要由单片机AT89S52控制的计时电路、复位等辅助电路，按键控制电路，SMC1602A液晶显示电路，电源系统等组成。
该万年历可以显示年、月、时、分、秒，可以设置年、月、时、分；其中计时控制电路由AT89S52单片机控制，按键电路用于时间设置及复位；时间显示由SMC1602A完成；电源系统由小功率整流滤波稳压电路组成，输出5V直流电压，供各部分使用。
本次设计采用图1系统总体设计框图；如下图所示
AT89S52
单片机控制模块
电源系统
按键控制电路
SMC1602A
液晶显示模块
复位等辅助电路
T0定时器
时钟处理模块
图1系统总体设计框图
本次设计采用如图2-1所示系统原理结构图；如下图所示
图2-1系统原理结构框图
通过数字温度芯片对外界温度进行读取，并通过单片机进行转换，再由数码管进行直观的数字显示.同时设定温度比较程序，由单片机进行测量温度与设定温度的比较，若不在设定温度范围内，则令蜂鸣器报警.
单片机选用AT89S52作为温度测试系统设计的核心器件.它是具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS—51的CMOS产品.不仅结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS—48单片机的体系结构和指令系统.
数字温度芯片采用DS1620测量温度，输出信号全数字化.便于单片机处理及控制，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很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好.在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度.采用52单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便.既可以单独对多DS1620控制工作，还可以与PC机通信上传数据.
利用AT89S52芯片控制温度传感器DS1620进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度.利用按键来进行调时和温度查询.
可以看出此方案测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单.
2.4主控器件
本设计中使用AT89S52为主控芯片，它是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/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，AT89S52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，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，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。
本设计中AT89S52系统主要包括以下几个部分：
[1]晶振电路
单片机的时钟信号通常有两种产生方式：
一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。
内部时钟方式是利用单片机内部的振荡电路产生时钟信号。
外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。
本设计采用内部时钟方式，电路图如图2所示。
在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。
图中电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振[12]。
选用C1=C2=30pF，晶振频率12MHz。
[2]复位电路
复位是使单片机处于某种确定的初始状态。
单片机工作从复位开始，在单片机RST引脚引入高电平并保持2个机器周期，单片机就执行复位操作。
复位操作有两种基本方式：
一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。
上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。
开机与按键均有效的复位，开机复位原理与上电复位相同，另外，在单片机运行期间，还可以利用按钮完成复位操作[12]。
本设计复位电路如图2中所示，上电后，由于电容C3充电，使RST持续一段高电平时间。
若该高电平能保持足够2个机器周期，就可以实现复位操作。
当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现复位的操作。
选用C3=22uF，R1=10KΩ。
[3]T0计时器
在计时过程中本设计利用了AT89S52计时器T0作为计时源，计时器中断的准确度直接关系到整个系统的精度，因此获取精确的定时时钟信号成为该系统的关键。
MCS-51的单片机内有两个16位可编程的定时/
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