数字温度计的课程设计.docx
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数字温度计的课程设计
摘要
本设计是单片机控制的数字温度计，随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，学校，工作，科研等各个领域，已经成为一种比较成熟，要求越来越高，需求越来越迫切的技术,由于世界经济的快速发展，经济竞争已经成为各国经济实力和综合国力的竞争，所以单片机已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。
又因为温度计在实际生产和人们的生活中都有广泛应用，为此我选择了设计一个数字温度计。
本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，基本范围-50℃~110℃，精度误差小于0.5℃，LED数码直读显示可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
本设计以STC89C52单片机为核心，DS18B20数字式温度传感器为温度传感器，74HC573锁存器及数码管构成显示电路。
单片机控制DS18B20进行温度采集，在接收到DS18B20传回数据后进行处理，通过74HC573锁存器及数码管显示实时温度的动态显示。
由于采用的是可编程器件作为控制核心，与传统的温度计相比该温度计具有示数直观，精度可调，功能易扩展等优点。
关键词：
数字温度计，单片机，DS18B20
目录
1前言3
1.1设计概述3
2总体方案设计4
2.1方案选择4
3单元模块设计5
3.1各单元模块功能介绍及电路设计5
3.2电路参数的计算及元器件的选择7
3.3各单元模块的联接9
4软件设计10
4.1主要软件设计流程10
4.2原理图的绘制与仿真10
4.3单片机程序的调试与编译11
5系统调试14
5.1系统单片机程序的调试14
5.2系统电路的调试14
6系统功能、指标参数15
6.1系统能实现的功能15
6.2系统功能及指标参数分析15
7总结与体会16
8参考文献16
附录1：
数字温度计的电路原理图
附录2：
DS18B20测温子程序
1前言
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，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。
设计概述
本电路为一数字式温度测量及显示电路。
上电后系统进入工作状态，单片机控制数字温度传感器DS18B20进行温度测量，并接收其传回的二进制温度数据，将数据处理后通过数码管以十进制的形式显示出实时温度。
设计目标
通过数字式温度传感器测温，将电路设计为;
1）基本范围-50℃~110℃
2）精度误差小于0.5℃
3）LED数码直读显示
4）可以设定温度的上下限报警功能
技术路线
该设计分为几个模块：
电源模块，测温模块，中央处理模块及显示模块。
完成各模块原理图及程序设计，连接各模块电路，整体调试，在51单片机开发板上验证设计结果。
2总体方案设计
原理框图
方案原理：
该方案的各部分电源均由总电源供电，51单片机作为中央处理器及控制核心，控制数字温度计采集温度，数字温度传感器在采集到温度后直接输出数字量，传给单片机进行处理，单片机将传回的二进制数据处理后转换为相应温度，由译码显示电路以十进制形式显示在数码管上。
3单元模块设计
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1电源电路
电源的设计结构如下：
1电源电路框图
图3.2电源部分连线图
电源电路中，CON1口接入经变压器降压的低压交流电，二极管D1、D2、D3、D4组成桥式整流电路，三端稳压器LM7805稳压，稳压后再进行一次滤波，发光二极管D5与电阻R1构成电源工作指示电路，R1起限流作用。
作为滤波电容的C1、C2、C3、C4取值均来自LM7805器件资料中典型应用电路。
电路通过CON2口输出稳定+5V供给整个系统。
3.1.2中央处理电路
中央处理电路主要由时钟振荡电路，复位电路及STC89C52单片机构成，中央处理电路控制数字温度传感器进行测温并对传回的数据进行处理，再控制显示电路将测得温度显示在数码管上。
3.1.3测温电路
测温电路主要由数字温度传感器DS18B20构成。
测温电路完成温度的测量，将测得温度以二进制数据形式反馈给单片机进行处理。
3.1.4显示电路
显示电路主要由74HC573锁存器及七段共阴数码管构成，实现数码管对测得温度值的动态显示。
3.2电路参数的计算及元器件的选择
3.2.1电源电路
根据输入电压、二极管的反向击穿电压、最大整流电流及惯例选择1N4007作为整流二极管，根据LM7805元件资料上给出的典型应用电路决定滤波电容容值：
C1=3300uf、C2=0.22uf、C3=470uf、C4=0.1uf。
3.2.2中央处理电路
中央处理电路主要由STC89C52单片机、时钟振荡电路及复位电路构成。
时钟振荡电路及复位电路的元件选择均根据资料，无需计算。
3.2.3测温电路
测温电路主要由数字温度计DS18B20构成，据其元件资料其数据端的上拉电阻应取5kΩ左右，取标称值4.7kΩ。
3.2.4显示电路
74HC573，数码管选择七段共阴数码管。
3.2。
5STC89C52单片机
STC89C52单片机具有PDIP，TQFP和PLCC三种封装形式。
设计中采用的是PDIP封装，其引脚排列如图3.5所示。
图3.5STC89C52单片机引脚图
3.2·6DS18B20介绍
DS18B20数字温度计是单总线器件，具有线路简单，体积小的特点
1、DS18B20产品的特点
（1）、只要求一个端口即可实现通信。
（2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
（4）基本范围-50℃~110℃，精度误差小于0.5℃
（5）LED数码直读显示
（6）、内部有温度上、下限告警设置。
2、DS18B20的引脚介绍
其引脚功能描述见表3.1。
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
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，也可以向器件提供电源。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
表3.1 DS18B20详细引脚功能描述
3.2.774HC573介绍
74HC573为八进制三态输出透明D锁存器阵列，其引脚排列见图3.7。
74HC573内部共有八路D锁存器，每一路的逻辑图见图3.8。
图3.774HC
573引脚图
图3.774HC573逻辑图
3.3各单元模块的联接
详见附录1
4软件设计
在本设计中用到了三种软件，一是Proteus7Professional，主要用于设计原理图的绘制及电路仿真，二是KeilC51编译系统，主要用于调试、编译STC89C52单片机程序,三是STC-ISPV31，主要用于向单片机下载程序。
4.1主要软件设计流程
图4.1主要软件设计流程图
4.2原理图的绘制与仿真
在设计过程中我主要使用Proteus7Professionalisis软件完成系统原理图的绘制与仿真。
使用Protues对电路进行设计和实验仿真的基本步骤是：
1、用虚拟器件在工作区建立电路；2、选定元件的模式、参数值和标号；
3、连接信号源等虚拟仪器；4、选择分析功能和参数；
5、激活电路进行仿真；6、保存电路图和仿真结果。
Protues的操作流程介绍。
首先，进入Protues的设计页面，按照设计框图找出设计中所需要的基本器件，如图4.2：
图4.2元器件的绘制与连线
原理图画好并设定参数后可点击“运行”按钮进行仿真，根据仿真图中元件各引脚电平变化及电路实现现象可以判断设计是否正确，如图4.3：
图4.3电路的仿真
4.3单片机程序的调试与编译
STC89C52单片机程序的调试与编译用到的编译系统是KeilC51。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
KeilC51工具包uVision是C51forWindows的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
下面简单介绍KeilC51开发系统的使用。
首先，进入KeilC51编译系统，建立工程文件，编辑C语言源文件。
如图4.4：
图4.4建立工程文件
然后，建立C语言源文件，写入源代码并进行编译、调试，如图4.5：
图4.5建立C语言源文件，写入源代码并进行编译、调试
图4.6DS18B20温度读取程序流程图
4.4单片机程序的下载
将HEX文件下载到单片机使用的软件是STC-ISPV31，在源代码调试无错误之后生成HEX文件，将HEX文件下载到单片机开发板进行实物调试，如图4.7：
图4.7将HEX文件下载到单片机开发板
5系统调试
5.1系统单片机程序的调试
5.1.1调试目的
使单片机程序C语言源代码能够正常运行。
5.1.3调试结果
当程序无错误时，如图5.1，就可以将程序下载到单片机开发板进行实物调试。
图5.1单片机程序经调试后无错误
5.2系统电路的调试
5.2.1调试方法
将程序下载到WEE-51单片机开发板进行实物调试。
5.2.2调试结果
将单片机开发板通过串口下载线与电脑相连，用STC-ISPV31将程序下载到单片机，经过对程序的修改后得到结果如图5.2:
图5.2将程序下载到单片机开发板的结果
调试成功，数码管上显示出了精确到十分位的实时温度。
6系统功能、指标参数
6.1系统能实现的功能
系统能够通过DS18B20测量温度，并将实时温度显示到数码管，精确到十分位。
且能动态响应，当温度改变时数码管温度示值能立即改变，显示相应的温度值。
6.2系统功能及指标参数分析
电源电路：
4个1N4007作为整流二极管构成桥式整流，滤波电容容值：
C1=3300uf、C2=0.22uf、C3=470uf、C4=0.1uf。
中央处理电路：
51系列单片机STC89C52作为中央处理电路的处理器。
测温电路：
数字温度传感器为DS18B20，其数据端的上拉电阻R3取标称值4.7kΩ。
显示电路：
显示电路部分的锁存器选择八进制三态输出透明D锁存器74HC573，数码管选择七段共阴数码管。
经测试，系统测温精度达到0.1℃，符合设计要求指标。
7总结与体会
在这次的课程设计中，我做的设计课题是“数字温度计”。
数字温度计是一个用途非常广泛的电路，在很多地方都可以见到它们的身影，如工农业生产、科研、生活中。
我设计的这个数字温度计能动态显示实时温度，示数直观而且通过改进程序最大精度可以达到0.05℃，
本次的数字温度计设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了我对单片机的设计，让我们在设计的实践中获得了更多的知识，同时锻炼了我们的动手能力。
学习了理论知识和实践操作，我们不仅仅得到的事课本上的东西，更重要的是我们通过自己的亲自动手，还有老师和同学的耐心指导，让我们知道了分析电路、设计电路的步骤以及计算机软件辅助等。
在实验中涉及到了二极管、三端稳压器、电容、锁存器、数码管等的使用，加深了我对单片
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