基于某51单片机的温度计设计.docx
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基于某51单片机的温度计设计
序号（学号）：
12
学生实习报告书
实习类别
单片机应用实习
实习地址
理工大学信息工程学院
学院
信息工程学院
专业
通信工程
班级
通信1006
姓名
王康
指导教师
黄铮
2012
年
12
月
30
日
实习执行大纲
一、实习目的
1、巩固《单片机原理与应用》理论课的理论知识；
2、熟悉单片机应用系统的硬件设计及软件设计的基本方法；
3、将《单片机原理与应用》理论课的理论知识应用于实际的应用系统中；
4、训练单片机应用技术，锻炼实际动手能力。
二、实习纪律与要求
1、实习纪律
1）参加实习的学生必须按照实习大纲的要求，在指导教师的指导下，全面完成实习任务；
2）听从指导教师安排，严格遵守实习纪律；
3）因故在实习期间缺勤累计超过规定时间的三分之一，不得参加本次实习考核，但可在补足所缺天数后再给予考核并评定实习成绩。
2、基本要求
1）利用PROTEL等软件进行硬件设计；
2）利用KeiluV4软件完成应用系统软件设计；
3）利用PROTEUS软件进行仿真设计；
4）完成单片机最小系统和应用系统电路板的焊接；
5）对电路进行调试；
6）利用stc-isp软件完成在系统编程、下载，并完成系统软件调试；
7）题目由指导教师提供；
8）要求每个学生单独完成硬件软件设计、仿真、焊接、调试任务；
9）写出实习报告，实习报告主要包括以下容：
目录、摘要、关键词、基本原理、方案论证、硬件设计、软件设计（带流程图、程序清单）、仿真结果、实物运行结果照片、结论、参考文献等；
10）实习完成后通过答辩；
11）答辩时交实习报告电子文档，通过答辩后根据修改意见修改并打印、装订成册。
三、实习地点
理工大学信息工程学院通信实验室。
四、实习时间
2012年12月17日---2012年12月30日。
五、实习容
1、实习所需主要材料
1）元件、工具、仪器等
序号
名称
数量
1
单片机开发试验仪
1块
2
USB供电线
1根
3
USB转串口线
1根
4
杜邦线
若干
5
NE5532
两片
6
LM311
一片
7
排针
若干
8
不同阻值的电阻
若干
9
信号源
1台
10
示波器
1台
11
电烙铁、锡丝、钳子
2）软件
序号
名称
数量
1
电路设计软件
1套
2
编程软件KeiluV4
1套
3
仿真软件PROTEUS
1套
4
下载软件stc-isp
1套
2、任务
（1）利用上述材料完成单片机最小系统的设计、焊接、调试；
（2）完成ISP下载电路的设计、焊接；
（3）完成应用系统扩展电路部分的设计、焊接、调试，应用系统扩展电路的具体要求如下：
（1）功能选择
通过功能选择键，使得单片机处于不同的工作状态并通过LED显示相应的容。
（2）温度显示
通过功能选择键选择温度检测、显示后，LED显示温度值。
（3）数据输入
通过功能选择键选择数据输入后，将通过键盘键入的0~9按键值显示在LED上，其中，最后输入的显示在最左边，之前键入向右移动一位。
（4）数据通信
将两个单片机最小系统通过串口连接起来，其中一个作为主系统，另一个作为辅系统。
当通过功能选择键选择数据通信后，当在主系统上进行功能
（2）、功能（3）的操作时，辅系统的LED上显示与主系统同样的容。
（4）利用仿真软件完成系统仿真工作；
（5）完成系统软件的设计，包括程序结构设计、流程图绘制、程序设计。
3、参考资料
[1]自美.电子线路设计·实验·测试（第三版）.：
华中科技大学
[2]群芳.单片微型计算机与接口技术（第3版）.电子工业，2008
[3]教瑜.单片机原理及应用.理工大学，2011
[4]东亮.单片机原理与应用.人民邮电，2009
六、实习具体安排
序号
阶段容
所需时间
1
方案设计
2天
2
硬件设计
2天
3
软件设计
3天
4
系统仿真
1天
5
电路板焊接
2天
6
系统调试
3天
7
答辩
1天
合计
14天
七、实习考核
学生必须按照实习大纲的要求完成实习的全部容，并提交实习报告。
指导教师应对学生进行实习考核并评定实习成绩。
实习成绩评定按优、良、中、及格和不及格五级分制。
1、对报告的要求
实习报告要求逻辑清晰、层次分明、书写整洁。
报告包括标题（中英文）、提要、正文（包括①项目要求与说明；②软件流程分析；③调试分析；④实验数据分析；⑤答辩；⑥成绩评定）、附录（图纸.程序清单或软盘）。
实习要求须每人一份，独立完成。
2、对图纸的要求
图纸要求准确全面并与任务要求完成的容一致。
3、评分标准
1．选题合理、目的明确（10分）
2．方案正确，具有可行性、创新性（20分）
3．结果（如：
硬件成果、软件程序、仿真结果）（20分）
4．态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）
5．报告的规化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）
6．答辩（25分）
总分（100分）
备注：
成绩等级：
优（90分—100分）、良（80分—89分）、中（70分—79分）、及格（60分—69分）、60分以下为不及格。
概况
实习单位：
理工大学信息工程学院
参观考察单位：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
实习开始时间：
2012年12月17日，实习时间共14天。
完成实习报告时间：
2012年12月30日。
实习日记2012年12月17日
今天是单片机实习的第一天，拿到了实习要求，明确了所要完成的任务：
即完成单片机最小系统的设计、焊接、调试，完成ISP下载电路的设计、焊接，并完成应用系统：
矩阵键盘按键显示功能，数字温度计设计，双机串口通信，整个系统的焊接、调试，于是便开始了单片机实习。
首先要确定整个的设计方案。
经过查阅书本以及各种资料，参考实习要求，便确定了键盘电路采用六个七段数码管，16个按键显示电路。
数字温度计用芯片DS18B20做温度采集部分，在数码管上显示温度，由于还要通过串行通信的方式，将采集到的实时温度信息送至第二个单片机系统，并在二个单片机系统显示实时温度，因此还要考虑串口通信部分电路。
在整个设计方案的初步确定中，我又加深了对专业知识的学习，并将原来所学的知识在实践中得以应用，使知识连贯起来，让我觉得收获很多，相信在接下来的几天，会有更大的收获。
实习日记2012年12月18日
今天是实习的第二天，接着昨已经确定的设计方案，开始了硬件设计，硬件设计运用到AltiumDesigner软件。
AltiumDesigner是一个全32位的电路板设计软件，该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，使用该软件的设计者可以容易地设计出电路原理图和画出元件设计电路板图。
在实验室学习时，我就常用AltiumDesigner设计电路图，画过元件设计电路板图，因此对此还有一定的熟悉程度。
在AltiumDesigner里找到所需元件后，开始连线，刚开始遇到了很多问题，比如元件封装的缺失，连线有问题等等，通过自己查找资料，请教别人，都解决了，感觉自己还是有很大的提高。
对AltiumDesigner的使用熟练程度也得到了提高。
其中，硬件电路图的设计也是费了一番功夫的，也需要参考查阅书本以及资料才能确定其正确性，还要加上自己的理解。
但在这个过程中，也进一步巩固了专业知识技能，将这学期所学的单片机知识进行了归纳总结、真正的做到将理论与实践相结合。
实习日记2012年12月19日
前两天的硬件电路已经确定了，接下来就是软件设计部分了，即程序的编写。
因为这次实现的功能模块也不少，因此程序相对来说较为复杂。
由于我对程序运用并不熟练，因此需要花费更多的精力在程序上。
编写程序之初，我准备分模块编写。
将程序分为显示模块、键盘模块、温度采集部分，DS18B20模块、以及串口部分等。
为了能使自己对编程步骤更加熟悉一下，我先翻阅了这学期所学的课本，进一步熟悉了程序的编写步骤，然后开始着手编写，编写中也遇到了很多难题，有时候会不知道如何下手去写，后来通过自己慢慢的摸索总结以及向他人请教，及时解决了问题，在别人的讲解过程中，也逐渐了解到自己的缺点，在哪些方面还需要加强，获益颇丰。
实习日记2012年12月20日
今天我主要完成了DS18B20温度传感器的底层函数代码的编写工作，从仪器的官方上我找到了DS18B20温度传感器的数据手册，全英文的，我一边查词典一边翻译，一字一句得弄懂了DS18B20的操作方法，其中最关键的也是最难懂的是DS18B20操作时序图即和单片机的通信协议，我通过51单片机的IO口控制时序，给高电平和低电平，模拟数据手册上的操作时序，底层驱动函数还有嘴重要的一部分就是对单片机读来的温度数据进行处理，将数据转换成以摄氏度为单位的数据，然后将数据分割成十位、各位、十分位，供数码管显示的函数调用，显示温度。
在实际的代码编写过程中遇到了很多问题，开始一直是读不到DS18B20的数据，通过分析发现是时序的问题，我通过网络查找了别人写好的DS18B20的操作函数，改进了自己的程序，最终调试成功。
实习日记2012年12月21日
软件的设计部分已经快接近尾声了，几个模块的程序也差不多都完成了。
便开始了各个模块的程序的调试。
首先调试的是键盘显示部分，在键盘部分调试的过程中，也出现了各种问题，刚开始也没有加上消抖部分，经过几番调试后，终于调试成功了。
后来进行了数码管部分的调试工作，还是比较顺利的。
调试完数码管、按键部分，在接下里的数字温度计的温度测量部分DS18B20的调试，虽然在这中间出现了各种各样的问题，但是最终还是都一一解决了。
我还是感到很兴奋的，因为这毕竟是自己第一次写这么多模块的程序。
不仅锻炼的了自己的能力，也磨练了自己的态度。
实习日记2012年12月22日
经过几天的调试，软件部分的工作已经完成了。
接下来就是系统的仿真问题了，仿真要用到的软件是proteus仿真软件，在进行仿真前，我先去查阅了关于此仿真软件的使用说明以及观看的视频教程，想先熟悉一下仿真软件的使用。
通过一系列的准备工作，熟悉了工具栏的使用，怎么样去查找元件，放置连接点等基本的技能。
熟悉了使用方法后，便开始进行仿真图的绘制，在绘图的过程中，元件的查找基本没有问题。
下一步就是连线了，连线过程中放置节点、连接总线过程中也遇到了不少问题。
不过最终都能得以解决。
最终的仿真图在一天之也完成了。
实习已经过去近一个星期了，收获还是很多的，从一开始的方案设计、硬件电路的设计到后来的软件设计，程序的调试，以及今天的仿真图的绘制，我也熟悉了整个系统设计的流程、也参与了各方面的工作，收获还是很大的。
既熟悉了各种软件的使用，也明白了如何去进行方案的比较和选择。
使我对整个的专业知识的应用也有了更进一步的认识，总的来说，真的是受益匪浅。
在接下来的后续工作中，我也会继续认认真真的完成，不懂的问题也会及时请教他人，努力做到最好。
实习日记2012年12月23日
本来打算怀着愉悦的心情踏上今天的仿真之旅的，可是刚开始就遭到了一个晴天霹雳。
我把昨天好不容易编译好后生成的hex文件放入主机和从机，发现不能通过仿真，真是六神无主了。
于是经过高手指教之后，才发现一直以来我都忽略了双机通信的模块。
看来做一个编程者，必须要看清全局，把各种可能的冲突不兼容都给消灭掉，看来真的最厉害的编程不是越复杂的编程，而是可以和各种终端兼容的编程。
只能继续研究程序，更改程序了。
不过接口问题让我发现，这是一个比我想象中更麻烦的事情，如何利用好三个P口，而且使他们都不发生冲突真的棘手。
不过开心的事情是时钟模块已经部分可以调节出来了，这么多按键如何分配也是一个大问题呢，明天继续仿真，加油加油！
！
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实习日记2012年12月24日
系统的仿真基本完成后，便开始制作实物，首先要列元件清单，清楚电路所需的各种元件。
拿到元件后，准备好焊接需要的工具，就开始焊接实物。
先焊接的是单片机最小系统，包括时钟电路、复位电路。
由于考虑到串口通信部分，时钟电路选用11.0592MHz的晶振。
最小系统完成后，开始键盘和数码管的焊接。
焊接中同样也出现了一些问题，影响电路板的美观性。
对照电路原理图将DS18B20温度测量部分焊接上去，并将其与单片机的引脚相连，这个过程是需要耐心的细致的，因为引脚部分如果连错的话，就会导致工作不正常的情况。
陆陆续续的将各个元件焊接上去后，硬件制作部分就完成了，电路总体来说还是比较简单的，并不复杂。
由于自己平时焊接工作做的比较少，因此还缺少一定的熟练程度，以后的学习中要加强练习，增强自己的动手能力。
实习日记2012年12月25日
今天打算休息一下大脑，跳出调程序的思路，所以我打算今天去焊接电路。
恰好今天天气也不错，真是天公作美呀，早上打点好元件清单，便火速火燎的骑车去了广埠屯，然后买到了所需要的元件，不贵。
下午在实验室焊电路。
其实从我画的硬件电路上来看，需要附加焊接的电路并不复杂，只不过该如何漂亮布局，合理排版，并且正确无误的将电路焊出来，也不是一件容易的事情。
而且焊板子也得有耐心，重复着重复着重复着同一件事，还得无视那烟味和可能会出现的意外伤害。
真心觉得做一个IT男真不容易啊。
实习日记2012年12月26日
实物焊接工作、系统软件调试工作等各部分的准备工作已经完成了，下面就将进行系统的调试。
首先应用stc-isp下载软件将所编写的单片机程序下载到单片机里。
在网上查阅了一些资料以后，知道STC-ISP是一款单片机下载编程烧录软件，是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC单片机。
它的使用方法也比较简单，因此，程序下载工作很快就完成了。
将下载好程序程序的单片机安装好后，给电路板提供电源，电源供电选用的是5V的USB接口供电。
上电以后，数码管上显示时间温度，说明温度计是可以工作的。
然后再按下按键，按位调整，这个功能也是可以实现的。
其他部分的调试工作将在后几天进行。
实习日记2012年12月27日
继续昨天的系统调试工作。
心情还是很激动的，看着自己亲手制作的电路板，能够达到预期效果，证明自己的努力还没有白费。
紧接着调试数字温度计部分，按下温度测试按键，数字钟上显示29.38的数字，然后用手给DS18B20加温，会看到示数在不断的上升，温度测量部分的功能也是可以实现的。
由于数字温度计部分，还要求串口通信，即两块单片机之间实现温度数据的传输，将串口程序下载到第二块有单片机最小系统、数码管显示部分的电路板的单片机里。
两块单片机之间通过P3.0与P3.1相连，实现串行通信。
结果发现主机部分温度显示正常，但是从机数码管的显示不正确，检查连线没有出错，后再改写程序，试验几次后，仍有问题。
由于时间关系，今天的调试就结束了，对于出现的问题，我也开始查阅资料，咨询他人，希望在最后一天能都得到解决。
实习日记2012年12月28日
昨天焊接好了电路板，现在心情很轻松，感觉整个人都被更新系统了一样，神清气爽的。
怀着好心情，我开始新的一轮仿真，这一次的仿真比以往课设花的时间更久，难度更大。
不过可能是休息了一天大脑，所以重启的更机敏了，故在和同学请假了一段时间之后，再几次失败之后，终于稳定了，不过在这个时候真是一剂强心剂呀。
最后的火候就是硬件调试了，将程序下在单片机里面，不过又出现了意想不到的插曲了，比如按键失灵等，可是要找到问题也是件很麻烦的事情，因为不知道是哪个环节的问题。
到底是芯片问题呢，还是跳线问题呢，还是程序的问题呢。
在同学的帮助下一一排除了问题的所在，终于可以通过按键出来了所有模块的结果，不过就是数码管显示的方式有点问题，从机和主机没法兼容，这个问题就留着明天去解决好了。
实习日记2012年12月29日
今天是倒数第二天，答辩前的最后一天了，对于终审答辩，我的心却没有以往的忐忑，而是非常的平静。
今天应该做的事情就是争取调好我的单片机，让所以的努力都在单片机上展现。
我终于领悟到调试的重要性，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，只有调试过程中遇到那些意外的事情才知道程序的不足性和要改进的方向。
今天只用把双击通信的部分弄好就大功告成了，对于主机和从机的相接，还是主要是对接口的把握，如何使各个部分不相冲突。
在改程序无果后，请教了同学，才得以解决，还是自身学的东西不够硬呀，不过将按键一到十二按下后，数码管显示都一一实现了功能。
心里挺开心的，不管怎么样，对于明天的答辩有了更多的信心。
万事俱备只欠东风，睡个好觉，明天加油加油加油！
！
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实习日记2012年12月30日
对于昨天遗留的问题，今天便着手开始检查问题所在。
首先用示波器检测主机p3.0口是否有数据输出，从示波器观察结果来看，确实有波形，即说明是有数据输出的，接着检测从机部分的p3.0口，结果没有观察到波形，也就说明主机有数据的输出，但是从机并无接受。
两片单片机的晶振都使用的是11.0592的，也没有问题。
后发现从机的电平转换MAX232有问题，将其撤除后，再两机之间串行通信，结果从机也能显示温度了，实现了功能。
温度计部分的调试也已完成，都达到了预期效果。
通过几天的系统调试，几大功能模块的功能都得到了实现，但是还是存在有一些小的瑕疵，数码管的亮度不够，加了电阻，增大驱动电流以后，数码管的亮度有所提高，但是仍旧不是很理想。
但是不影响使用。
实习即将要结束了，经过这段时间的实习，自己也学到了很多知识、培养了自己的动手能力。
也将书本知识运用到实际，将理论与实践相结合。
总的来说，此次单片机实习确实让我获益良多，对我以后的专业学习有很大的帮助。
摘要22
Abstract23
1、基本原理24
1.1单片机引脚介绍24
1.2单片机时钟电路25
1.3复位电路25
1.4数字温度计的设计26
2、方案设计27
2.1模块的设计方案27
2.1.1显示电路设计方案27
2.1.2温度测量模块方案27
2.2实际设计中的改进方案28
2.2.1数码管的设计方案28
2.2.2最小系统的设计方案28
3、硬件电路设计30
3.1单片机最小系统设计30
3.2数码管显示部分设计30
3.3键盘部分设计31
3.4温度采集部分设计31
3.5串口通信部分设计32
3.5供电电路部分设计32
3.6电路PCB布置设计33
4、软件设计34
4.1系统流程图34
4.2温度计流程图34
5、仿真电路35
6、实物照片36
6.1温度计36
6.2数据输入36
6.3数据通信37
6.4最小系统实物图37
6.5整体实物图37
6.6部分电路图38
7、总结39
8、参考文献40
9、附录41
本科生课程设计成绩评定表53
摘要
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统.
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
本文主要是在单片机最小系统的基础上设计一个矩阵按键，一个数字温度计和一个数据通信设计，并能用按键进行功能切换显示。
关键词：
单片机、最小系统、数字温度计、双机通信、矩阵键盘
Abstract
SCMisAkindofintegratedcircuitchips,istouseverylargescaleintegratedcircuittechnologyhastheabilitytohandledataCPU,RAMandROM,RAMreadonlymemoryofI/Omouthandinterruptsystem,timer/timerfunction（mayincludedisplaydrivercircuit,pulsewidthmodulationcircuit,simulationwaymoreconverter,A/Dconvertercircuits,etc）integratedintooneoftheseformsofAsmallandperfectminiaturecomputersystem
Singlechipmicrocomputerwithsmallsize,lowpowerconsumption,controlfunctionisstrong,flexible,miniaturizationandexpandconvenientuseandsoon,widelyusedininstrumentation,combinedwithdifferentkindsofsensors,whichcanrealizesuchasvoltage,current,power,frequency,humidity,temperatureandflowrate,speed,thickness,Angle,length,hardness,elements,suchasthephysicalpressuremeasurement.Bysinglechipmicrocomputercontrolmakesinstrumentsdigital,intelligent,miniaturization,andfunctionbyelectronicorthandigitalcircuitmorepowerful.
Ofthispaperistodesignadigitalclockonthebasisofthesmallestsingle-chipsystem,adigitalthermometer,andusethebuttontoswitchthedisplay.
Keywords：
SCM、digitalclock、digitalthermometer、datacommunication
1、基本原理
1.1单片机引脚介绍
89C52单片机是一种高性能、低功效的采用CMOS工艺制造的8位微控制器。
它提供以下标准特征：
4K字节的程序存储器、128字节的RAM、32条I/O线、2个16位定时/计数器、一个5中断源两级中断优先
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