基于AT89C51的数字温度计的设计与实现可行性方案.docx

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基于AT89C51的数字温度计的设计与实现可行性方案

基于AT89C51`白勺`数字温度计`白勺`设计与实现可行性方案

第1章前言1

第2章数字温度计总体设计方案2

2.1数字温度计设计方案2

2.2总体设计框图2

第3章数字温度计`白勺`硬件设计3

3.1主控制器AT89C513

3.1.1AT89C51`白勺`特点及特征3

3.1.2管脚功能说明3

3.1.3片内振荡器5

3.1.4芯片擦除5

3.2单片机`白勺`主板电路6

3.3温度采集部分`白勺`设计6

3.3.1温度传感器DS18B206

3.3.2DS18B20温度传感器与单片机`白勺`接口电路10

3.4显示部分设计10

3.4.174LS164引脚功能及特征10

3.4.2温度显示电路11

3.5报警系统电路12

第4章数字温度计`白勺`软件设计13

4.1系统软件设计流程图13

4.2数字温度计部分程序清单15

第5章结束语20

参考文献

摘要

随着人们生活水平`白勺`不断提高，单片机控制无疑是人们追求`白勺`目标之一，它所给人带来`白勺`方便也是不可否定`白勺`，其中数字温度计就是一个典型`白勺`例子.

本设计所介绍`白勺`数字温度计与传统`白勺`温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示.该设计控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据，实现温度显示.本温度计属于多功能温度计，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.

此外本文还介绍了数字温度计`白勺`硬件设计和软件设计，硬件设计主要包括主控制器、单片机`白勺`主板电路、温度采集部分电路、显示电路以及报警系统电路.

软件设计包括系统软件`白勺`流程图和数字温度计`白勺`部分程序清单.

关键词：

AT89C51单片机，数字控制，测温传感器，多功能温度计

第1章前言

随着时代`白勺`进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟`白勺`技术，本文将介绍一种基于单片机控制`白勺`数字温度计，本温度计属于多功能温度计，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.

现代信息技术`白勺`飞速发展和传统工业改造`白勺`逐步实现.能够独立工作`白勺`温度检测和显示系统应用于诸多领域.传统`白勺`温度检测以热敏电阻为温度敏感元件.热敏电阻`白勺`成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定`白勺`误差，所以传统`白勺`温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点.

本文是以单片机AT89C51为核心，通过DALLAS公司`白勺`单总线数字温度传感器DS18B20来实现环境温度`白勺`采集和A/D转换，用来测量环境温度，温度分辨率为0.0625℃，并能数码显示.因此本文设计`白勺`数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现等特点.

数字式温度计`白勺`设计将给人们`白勺`生活带来很大`白勺`方便，为人们生活水平`白勺`提高做出了贡献.数字温度计在以后将应用于我们生产和生活`白勺`各个方面，数字式温度计`白勺`众多优点告诉我们：

数字温度计将在我们`白勺`未来生活中应用于各个领域，它将会是传统温度计`白勺`理想`白勺`替代产品.

第2章数字温度计总体设计方案

2.1数字温度计设计方案

方案一：

采用热敏电阻器件，利用其感温效应，再将随被测温度变化`白勺`电压或电流采集过来，进行A/D转换后，利用单片机进行数据`白勺`处理，然后在显示电路上，将被测温度显示出来.

 方案二：

利用温度传感器，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`白勺`，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.

分析上述两种方案可以看出方案一是使用热敏电阻之类`白勺`器件利用其感温效应，进行A/D转换后，利用单片机进行数据`白勺`处理，在显示电路上被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦.方案二是利用温度传感器直接读取被测温度，读数方便，测温范围广，测温精确，适用范围宽而且电路简单易于实现.

综合方案一和方案二`白勺`优缺点，我们选择方案二.

2.2总体设计框图

温度计电路设计总体设计方框图如图2-1所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示.

图2-1　总体设计方框图

第3章数字温度计硬件设计

3.1主控制器AT89C51

3.1.1AT89C51`白勺`特点及特性：

40个引脚，4KBytesFLASH片内程序存储器，128Bytes`白勺`随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器.

此外，AT89C51在空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM`白勺`数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位.同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品`白勺`需求.

主要功能特性：

兼容MCS-51指令系统

4k可反复擦写（>1000次）ISPFLASHROM

32个双向I/O口

4.5-5.5V工作电压

2个16位可编程定时/计数器

时钟频率0-33MHZ

全双工UART串行中断口线

128X8BIT内部RAM

2个外部中断源

低功耗空闲和省电模式

中断唤醒省电模式

3级加密位

看门狗（WDT）电路

软件设置空闲和省电功能

灵活`白勺`ISP字节和分页编程

双数据寄存器指针

3.1.2管脚功能说明：

AT89C51管脚如图3-1所示：

图3-1AT89C51管脚图

（1）VCC：

供电电压.

（2）GND：

接地.

（3）P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流.当P1口`白勺`管脚第一次写1时，被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址`白勺`第八位.在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高.

（4）P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻`白勺`8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流.P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉`白勺`缘故.在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收.

（5）P2口：

P2口为一个内部上拉电阻`白勺`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，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入.并因此作为输入时，P2口`白勺`管脚被外部拉低，将输出电流.这是由于内部上拉`白勺`缘故.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址`白勺`高八位.在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器`白勺`内容.P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号.

（6）P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻`白勺`双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流.当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入.作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉`白勺`缘故.P3口也可作为AT89C51`白勺`一些特殊功能口，如下所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号.

（7）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`白勺`高电平时间.

（8）ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许`白勺`输出电平用于锁存地址`白勺`地位字节.在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲.在平时，ALE端以不变`白勺`频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率`白勺`1/6.因此它可用作对外部输出`白勺`脉冲或用于定时目`白勺`.然而要注意`白勺`是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲.如想禁止ALE`白勺`输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用.另外，该引脚被略微拉高.如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效.

（9）/PSEN：

外部程序存储器`白勺`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`白勺`/PSEN信号将不出现.

（10）/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.注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器.在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）.

（11）XTAL1：

反向振荡放大器`白勺`输入及内部时钟工作电路`白勺`输入.

（12）XTAL2：

来自反向振荡器`白勺`输出.

3.1.3片内振荡器：

该反向放大器可以配置为片内振荡器，如图3-2所示.

图3-2片内振荡器

3.1.4芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位`白勺`电擦除可通过正确`白勺`控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成.在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行.

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率`白勺`条件下静态逻辑，支持两种软件可选`白勺`掉电模式.在闲置模式下，CPU停止工作.但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作.在掉电模式下，保存RAM`白勺`内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止.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`白勺`设计需要，很适合便携手持式产品`白勺`设计使用系统可用二节电池供电.

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`白勺`设计需要，很适合便携手持式产品`白勺`设计使用系统可用二节电池供电.

3.2单片机主板电路

单片机AT89C51是数字温度计`白勺`核心元件，单片机`白勺`主板电路如图3-3所示，包括单片机芯片、报警系统电路、晶振电路、上拉电阻以及与单片机相连`白勺`其他电路.

图3-3单片机`白勺`主板电路

3.3温度采集部分`白勺`设计

3.3.1温度传感器DS18B20

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出`白勺`一种改进型智能温度传感器，与传统`白勺`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`白勺`编程实现9～12位`白勺`数字值读数方式.

TO－92封装`白勺`