数字温度计设计doc.docx
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数字温度计设计doc
目录
引言................................................................1
第一章系统总体方案及硬件设计......................................2
1.1设计方案选择..................................................2
1.2系统基本组成..................................................2
1.3原理图.......................................................3
1.4模块简介......................................................3
1.4.1主控制器..................................................4
1.4.2显示电路..................................................4
1.4.3温度传感器................................................4
1.4.4报警温度调整按键..........................................5
第二章软件设计.....................................................6
2.1主程序流程图..................................................6
2.2读出温度子程序................................................7
2.3温度转换命令子程序............................................7
2.4计算温度子程序...............................................8
2.5显示数据刷新子程序...........................................8
第三章电路仿真.....................................................9
第四章电路板制作过程..............................................10
4.1原理图编辑...................................................10
4.2PCB制作.....................................................11
第五章心得体会....................................................12
附录一.............................................................13
参考文献...........................................................21
引言
温度是工农业生产中最常见的工艺参数之一，与产品质量、生产效率、安全生产等密切相关，因此在生产过程中常需对温度进行检测和监控。
相比于传统的液体温度计，数字温度计具有读数直观，测量时间短等特点，其应用十分广泛。
常用于温度测量的传感器有金属热电阻、热敏电阻、热电偶等。
动手操作硬件进行要受到各种条件的约束。
而用软件对实验进行模拟则不仅没有时间、地点的限制，还使实验更加方便快捷，减少了硬件操作中一些偶然因素的影响。
本次课程设计重点在加深对单片机知识的认识，用Protues软件进行模拟实验，可以得到比硬件操作更加快速和准确的实验结果，修改设计方案更便捷。
Protues软件是实验很好的辅助工具，使我们充分理解理论知识而不会受到硬件的限制。
将Keil软件与Protues软件联调使用，可以在计算机上模拟实现单片机所有硬件的功能，有助于我们对单片机知识的理解。
做本课题的所用到的知识是我们学过的模拟电子电路以及数字逻辑电路等，当然还用到了刚刚学过不久的单片机知识。
本次课设是把理论和实践结合起来，这不但可以锻炼自己的动手能力，而且还可以加深对数字逻辑电路和模拟电子电路的学习和理解。
同时也激起了我学好单片机的斗志。
第一章系统总体方案及硬件设计
1.1设计方案选择
方案一
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
方案二
用温度传感器采集温度数据，可以采用一只温度传感器DS18B20。
方案选择：
方案一的设计虽然能实现设计要求，但需要用到A/D转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。
而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响从而出现较大的偏差。
在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。
采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
1.2系统基本组成
温度计电路基本组成如图1.1所示:
图1.1基本组成电路
传感器采集温度信号并转换为电信号输入到单片机，单片机完成逻辑判断、数值计算等处理，输出控制信号到显示电路或者蜂鸣报警系统。
1.3原理图
有了总体设计方案后，下面就是原理图的制作了。
原理图如下图1.2及图1.3示。
为了降低绘制PCB是的麻烦度，特意将数码管电路与主控制电路分开画，最后两者是用导线连接。
数码管位选接P20—P23，段选接P0口。
图1.2数码管电路
图1.3单片机控制电路
1.4模块简介
系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。
1.4.1主控制器
单片机STC89C52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，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
晶振采用12MHZ。
复位电路采用上电加按钮复位。
1.4.2显示电路
显示电路采用4位共阴极LED数码管，P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。
P2口的低四位作为数码管的位选端。
采用动态扫描的方式显示。
1.4.3温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新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简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下：
1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能
3、无须外部器件；
4、可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
5、零待机功耗；
6、温度以９或１２位数字；
7、用户可定义报警设置；
8、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；
9、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；
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。
为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
1.4.4报警温度调整按键
本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。
均采用软件消抖。
第二章软件设计
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，按键扫描处理子程序等。
2.1主程序流程图
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，其程序流程见图2.1所示。
图2.1主程序流程图
2.2读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图2.2示
图2.2读文读流程图
2.3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如图2.3所示
图2.3温度转换流程图
2.4计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图2.4所示。
图2.4计算温度流程图
2.5显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。
程序流程图如图2.5。
源程序代码见附录一。
第三章电路仿真
通过仿真软件验证该原理图的可行性。
采用protues软件对电路仿真，可以得到预期效果。
因protues软件中没有STC89C52故用AT89C52代替。
仿真图如图3.1示。
图3.1电路仿真图
当按下SET键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按ADD或DEC分别对报警温度进行加一或减一。
当再次按下SET键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设置的温度报警下线，按ADD或DEC分别对报警温度进行加一或减一。
当第三次按下SET键时，退出温度报警线设置，显示当前温度。
第四章电路板制作过程
随着计算机技术的发展，电路设计中的很多工作都可以交由计算机来完成。
Protel99SE系统是一套建立在PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，很快就成为PC平台上最流行的电子设计自动化软件。
在完成本课程设计过程中，充分运用了Protel99SE的电路及PCB设计功能加快了设计进程，下面将就电路板的制作过程做详细阐述。
Protel进行电路设计有两个步骤如下图所示:
图4.1PROTEL设计步骤
4.1原理图编辑
原理图的设计是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进展。
原理图的设计过程可以按下所示的设计流程进行。
（1）图纸设置是绘制电路图的第一步，必须根据实际电路的大小来选择合
的图纸设置图纸的大小包括设置图纸尺寸、网络和光标的设置等等。
（2）加载元器件库，在Protel99SE中，原理图中的元器件符号均存放在不同的原理图元件库中，在绘制电路原理图之前，必须将所需的原理图元件库装入原理图编辑器。
（3）放置元器件，即将所需的元件符号从元件库中调入原理图中。
（4）调整元器件布局，将各个元件用具有电气性能的导线连接起来并进一步调整元器件的位置、元器件标注的位置及连线等。
（5）最后打印存盘。
4.2PCB制作
在绘制好原理图的情况下要想得到一块电路板还需要绘制一张PCB版图，PCB做的好坏将直接影响电路板的美观和性能，所以要尽量把PCB做的合理。
整个过程中元器件的布局是关键，布局直接影响到最后做板的元件格局，所以在整个过程中要不断的调整直至最终合理。
图4.3是本课程设计的最终PCB印刷电路,USB母座放在边上便于插拔电源线。
图4.3电路PCB图
第五章心得体会
本次课程设计，是对以往所学知识的一次综合性检验。
设计过程涉及到数字电子电子技术、模拟电子技术、单片机原理及计算机控制理论等多学科的知识。
硬件设计要以计算机控制原理为指导，综合模拟电子技术及数字电子技术的知识。
计算机控制原理指导将我们完成设计任务需要有那些功能模块，各功能模块间该如何连接；而数字电子技术和模拟电子技术知识则为各功能模块选择合适的执行器件。
软件设计主要是对单片机知识的巩固和运用。
这次设计过程中遇到了很多问题。
在硬件方面选择器件时，必须考虑它与前后电路间的联系，不能脱离整体而单独考虑。
同一功能模块有多种实现方案，要综合考虑各种方案应用的灵活性、工作的可靠性、电路的简单性等多方面性能，才能确定最优实现方案。
比如在采集温度信号时，既可以用热电偶配合A/D转换器来实现，又可由温度传感器直接采集，而后者电路明显比前者简单明了，而且测量精度更高，故采用温度传感器来采集温度信号。
软件设计方面综合运用了各种语句。
循环程序能大大缩减程序的篇幅，跳转语句则能改变程序的执行方向。
实际调试程序时往往会出现预想不到的错误。
比如判断布尔累加器C转移指令JCrel，当其跳转的位置地址与该语句地址之间的相对地址超过一定范围时该指令不能被执行。
这时可以使用LJMP、AJMP语句跳转到预期位置。
这次设计中本人设计的数字温度计无论是在硬件方面还是在软件方面都还存在很多缺点和不足，需要还进一步改进。
但是我认为解决问题的过程就是我们成长、成熟的过程。
在发现问题以后，我们通过各种途径，包括查阅书籍、上网搜索等寻找解决问题的办法。
这种发现问题与解决问题的能力，无论是在学习中还是在今后的工作与生活中，都是必不可少的。
课程设计是我们理论联系实际的重要途径。
认真对待每一个设计任务，运用积累的知识完成任务，将使我们加深对理论知识的理解，同时能提高我们的动手实践能力。
在课程设计中收获的知识和切身实践的体会，是我们受用终身的宝贵财富。
附录一
程序源代码
#include"reg52.h"
#include"intrins.h"//_nop_（）;延时函数用
#definedmP0//段码输出口
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P2^7;//温度输入口
sbitw0=P2^0;//数码管4
sbitw1=P2^1;//数码管3
sbitw2=P2^2;//数码管2
sbitw3=P2^3;//数码管1
sbitbeep=P1^7;//蜂鸣器和指示灯
sbitset=P2^6;//温度设置切换键
sbitadd=P2^4;//温度加
sbitdec=P2^5;//温度减
inttemp1=0;//显示当前温度和设置温度的标志位为0时显示当前温度
uinth;
uinttemp;
ucharr;
ucharhigh=35,low=20;
ucharsign;
ucharq=0;
uchartt=0;
ucharscale;
//**************温度小数部分用查表法***********//
ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};
//小数断码表
ucharcodetable_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};
//共阴LED段码表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""-"
uchartable_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//个位带小数点的断码表
uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};//读出温度暂放
uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//显示单元数据，共4个数据和一个运算暂用
/*****************11us延时函数*************************/
voiddelay（uintt）
{
for（;t>0;t--）;
}
voidscan（）
{
intj;
for（j=0;j<4;j++）
{
switch（j）
{
case0:
dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay（50）;w0=1;//xiaoshu
case1:
dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay（50）;w1=1;//gewei
case2:
dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay（50）;w2=1;//shiwei
case3:
dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay（50）;w3=1;//baiwei
//else{dm=table_dm[b3];w3=0;delay（50）;w3=1;}
}
}
}
//***************DS18B20复位函数************************/
ow_reset（void）
{
charpresence=1;
while（presence）
{
while（presence）
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;//从高拉倒低
DQ=0;
delay（50）;//550us
DQ=1;
delay（6）;//66us
presence=DQ;//presence=0复位成功,继续下一步
}
delay（45）;//延时500us
presence=~DQ;
}
DQ=1;//拉高电平
}
/****************DS18B20写命令函数************************/
//向1-WIRE总线上写1个字节
voidwrite_byte（ucharval）
{
uchari;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;//从高拉倒低
DQ=0;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//5us
DQ=val&0x01;//最低位移出
delay（6）;//66us
val=val/2;//右移1位
}
DQ=1;
delay
（1）;
}
/****************DS18B20读1字节函数************************/
//从总线上取1个字节
ucharread_byte（void）
{
uchari;
ucharvalue=0;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;
value>>=1;
DQ=0;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//4us
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//4us
if（DQ）value|=0x80;
delay（6）;//66us
}
DQ=1;
return（value）;
}
/*****************读出温度函数************************/
read_temp（）
{
ow_reset（）;//总线复位
delay（200）;
write_byte（0xcc）;//发命令
write_byte（0x44）;//发转换命令
ow_reset（）;
delay
（1）;
write_byte（0xcc）;//发命令
write_byte（0xbe）;
temp_data[0]=read_byte（）;//读温度值的第字节
temp_data[1]=read_byte（）;//读温度值的高字节
temp=temp_data[1];
temp<<=8;
temp=temp|temp_data[0];//两字节合成一个整型变量。
returntemp;//返回温度值
}
/****************温度数据处理函数************************/
//二进制高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一字节,这个
//字节的二进制转换为十进制后,就是温度值的百、十、个位值,而剩
//下的低字节的低半字节转化成十进制后,就是温度值的小数部分
/********************************************************/
work_temp（uinttem）
{
ucharn=0;
if（tem>6348）//温度值正负判断
{tem=65536-tem;n=1;}//负温度求补码,标志位置1
display[4]=tem&0x0f;//取小数部分的值
display[0]=ditab[display[4]];//存入小数部分显示值
display[4]=tem>>4;//取中间八位,即整数部分的值
display[3]=display[4]/100;//取百位数据暂存
display[1]=display[4]%100;//取后两位数据暂存
display[2]=display[1]/10;//取十位数据暂存
display[1]=display[1]%10;//个位数据
r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;
/////符号位显示判断/////
if（!
display[3]）
{
display[3]=0x0a;//最高位为0时不显示
if（!
display[2]）
{
display[2]=0x0a;//次高位为0时不显示
}
}
if（n）{display[3]=0x0b;}//负温度时最高位显示"-"
}
voidBEEP（）
{
if（（r>=high&&r<129）||r{
beep=!
beep;
}
else
{
beep=0;
}
}
//*********设置温度显示转换************//
voidxianshi（inthorl）
{
intn=0;
if（horl>128）
{
horl=256-horl;n=1;
}
display[3]=horl/100;
display[3]=display[3]&0x0f;
display[2]=horl%100/10;
display[1]=horl%10;
display[0]=0;
if（!
display[3]）
{
display[3]=0x0a;//最高位为0时不显示
if（!
display[2]）
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