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1、基于单片机的数字温度计的设计毕设论文 本文由372133376贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 南京邮电大学 毕 业 设 计（论 文） 题 专 目 业 基于单片机的数字温度计的设计 学生姓名 班级学号 指导教师 指导单位 通信和信息工程学院 日期：2010 年 月 日至 2010 年 月 日 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 摘 要 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应 用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作

2、可靠，使用方便等特点，因此特别适合于和控制有关的系统，越来越广泛地使用 于自动控制， 智能化仪器， 仪表， 数据采集， 军工产品以及家用电器等各个领域， 单片机往往是作为一个核心部件来使用， 在根据具体硬件结构，以及针对具体应 用对象特点的软件结合，以作完善。 本文介绍了数字传感器 DS18B20 的特点和功能，并和 89C51 单片机、显示 器 LED 组成数字温度计，在 Proteus 仿真软件的基础上，给出了硬件电路图，软 件流程图和主要的程序。 关键词： 关键词：89C51 单片机；数字传感器 DS18B20；显示器 LED； Proteus 仿真软件；流程图；硬件电路 . 南京邮电大

3、学 2006 届本科生毕业设计（论文） ABSTRACT In recent years, with computer penetration in the social sphere and the development of large-scale integrated circuits, SCM applications are constantly deepening, as it has a function of strong, small size, low power consumption, cheap, reliable, Easy to use, and other c

4、haracteristics, and therefore particularly suited to control the system, more widely used in automatic control, intelligent instruments, meters, data acquisition, military products and household appliances, and other fields, the SCM is often as a core Parts to use, in accordance with specific hardwa

5、re and application-specific characteristics of the object with software to make perfect. This paper introduces a digital thermometer DS1820, and presents a temperature measurement system with the Singlechip 89C51 and LED panel based on it. Based on the simulation of the software Proteus, the hardwar

6、e and software flow of the system are also presented. Key words：Singlechip 89C51; digital thermometer DS18D20；LED panel; ： Simulation Software named Proteus；flow chart；software circuit. 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 目 录 第一章 绪论 1 1.1 数字温度计的介绍 1.2 单片机简介 1.3 单片机的历史 1.4 单片机的使用领域 1.5 常用的单片机芯片 第二章 Proteus 软件介绍

7、 2.1 Proteus 入门 2.2 Proteus 和 Keil C 的连接调试 第三章 DS18B20 温度传感器 3.1 DS18B20 的主要特性 3.2 DS18B20 的外形和内部结构 3.3 DS18B20 的工作原理 3.4 高速暂存存储器 3.5 DS18B20 的操作 3.6 使用的场合 第四章 数字温度计的设计 4.1 设计方案的选定 4.2 总体设计框图 4.3 硬件电路设计及其分析 4.4 系统软件设计及其分析 4.5 总电路图 结束语 致谢语 参考文献 附录 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 第一章 1.1 数字温度计的介绍 绪 论 温度是我们日常

8、生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不 到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能 指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出 现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。 数字温度计采用进口芯片组装精度高、高稳定性，误差0.5%， 内电 源、微功耗、不锈钢外壳，防护坚固，美观精致。数字温度计采用进口高 精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温型液晶显示器，内置高能量电池 连续工作5 年无需敷设供电电缆，是一种精度高、稳定性好、适用性极强 的新型现场温度显示仪。是传统现场指针双金属温度计的理想替代产品， 广泛使用于各类工矿企业，大专院校，

9、科研院所。 数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶， 半导体，热敏电阻等） ，将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流 的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲 线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即 AD 转换电路将模拟信号 转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者 PC 机等，处理 单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示 出来的温度数值，如 25.0 摄氏度，然后通过显示单元，如 LED,LCD 或者电 脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。 数字温度计根据使用的传感器的

10、不同，AD 转换电路，及处理单元的不同， 它的精度，稳定性，测温范围等都有区别，这就要根据实际情况选择符合 规格的数字温度计。 1.2 单片机简介 单片机是一种集成在电路芯片，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计算 机系统。 单片机也被称为 微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母 的缩写 MCU 表示单片机，它最早是被用在工业控制

11、领域。单片机由芯片内 仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对 体积要求严格的控制设备当中。 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的 处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因 为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随 着工业控制领域要

12、求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理 想并未得到很广泛的使用。90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技 术得到了巨大提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应 用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而 传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了 数百倍。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年 代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高端 的型 号也只有 10 美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用， 大量专用

13、的嵌入式操作系统被广泛使用在全系列的单片机上。而在作为掌 上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。 单片机比专用处理器更适合使用于嵌入式系统，因此它得到了最多的 使用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的 几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家 用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。 而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单 片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片 机的数量不仅远超过 PC 机和其他计

14、算的总和，甚至比人类的数量还要多。 1 1.3 单片机的历史 单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、MCU、SoC 三大阶段。 SCM 即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求 最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠 定了 SCM 和通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展 道路上，Intel 公司功不可没。 MCU 即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方 向是：不断扩展满足嵌入式使用时，对象系统要求的各种外围电路和接口 电路，突显其对象的智能化控制能

15、力。它所涉及的领域都和对象系统相关， 因此，发展 MCU 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度 来看，Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。在发展 MCU 方面，最著 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 名的厂家当数 Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式使用方面的巨大优 势，将 MCS-51 从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾 嵌入式系统发展道路时，不要忘记 Intel 和 Philips 的历史功绩。 图 1-2 MCU 外形 单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向 MCU 阶段发展的重要因素， 就是寻求使用系统在

16、芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然 形成了 SoC 化趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的发展，基于 SoC 的单片机使用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单 片微型计算机、单片微控制器延伸到单片使用系统。 1.4 单片机的使用领域 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有 单片机的踪迹。 导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络 通讯和数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各 种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗 衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机

17、。更不 用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学 习、开发和使用将造就一批计算机使用和智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛使用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备 的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的使用 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 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，广泛使用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸 如电压、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

18、能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的 测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 2.在工业控制中的使用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流 水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，和计算机联网构成 二级控制系统等。 图 1-3 各种用途的单片机 3.在家用电器中的使用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、 洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备， 五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的使用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地和计算机进行数据通 信，为在计算机网络

19、和通信设备间的使用提供了极好的物质条件，现在的 通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交 换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见 的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的使用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析 仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6.在各种大型电器中的模块化使用 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块 化使用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简 单的功能，微缩在纯电子

20、芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的 类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 在大型电路中，这种模块化使用极大地缩小了体积，简化了电路，降 低了损坏、错误率，也方便于更换。 7.单片机在汽车设备领域中的使用 单片机在汽车电子中的使用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器， 基于 CAN 总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS 导航系统，abs 防抱死系 统，制动系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有 着十分广泛的用途。 1.5 常用的单片机芯片 STC 单片机 STC

21、公司的单片机主要是基于 8051 内核,是新一代增强型单片机,指令 代码完全兼容传统 8051,速度快 812 倍,带 ADC,4 路 PWM,双串口,有全球唯 一 ID 号,加密性好，抗干扰强. PIC 单片机： 单片机 ： 是 MICROCHIP 公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集, 抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其 兼容的 FLASH 程序存储器的芯片. 单片机： EMC 单片机 ： 是台湾义隆公司的产品,有很大一部分和 PIC 8 位单片机兼容,且相兼 容产品的资源相对比 PIC 的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差. 单片

22、机(51 单片机) ATMEL 单片机 (51 单片机 ) ： ATMEl 公司的 8 位单片机有 AT89、AT90 两个系列,AT89 系列是 8 位 Fl ash 单片机,和 8051 系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90 系列单片机是 增强 RISC 结构、全静态工作方式、内载在线可编程 Flash 的单片机,也叫 A VR 单片机. 系列单片机(51 单片机) PHLIPIS 51PLC 系列单片机 (51 单片机 ) ： PHILIPS 公司的单片机是基于 80C51 内核的单片机,嵌入了掉电检测、 模拟以及片内 RC 振荡器等功能,这使 51LPC 在高集成度、低成本、低功耗

23、 的使用设计中可以满足多方面的性能要求. 单片机： HOLTEK 单片机 ： 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 台湾盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于 消费类产品. 公司单片机 单片机) TI 公司单片 机 (51 单片机 ) ： 德州仪器提供了 TMS370 和 MSP430 两大系列通用单片机.TMS370 系列单 片机是 8 位 CMOS 单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复 杂的实时控制场合;MSP430 系列单片机是一种超低功耗、 功能集成度较高的 16 位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合 松翰单片机（ SONIX）：

24、 松翰单片机 （ SONIX）： 是台湾松翰公司的单片，大多为 8 位机，有一部分和 PIC 8 位单片机 兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有 PMW ADC 内振 内部杂讯滤 波。缺点 RAM 空间过小，抗干扰较好。 本仿真主要用到的单片机是 ATMAL 公司生产的 AT89S51 单片机。 1.6 论文的结构安排 本文第二章主要是介绍仿真环境，主要是 Proteus 仿真软件和 Keil C 编译软件。第三章主要介绍的是 DS18B20 温度传感器的特点和功能。第四 章是本次设计的主要部分，包括具体的方案、电路图和流程图以及设计的 过程。 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（

25、论文） 第二章 Proteus 软件介绍 2.1 Proteus 入门 2.1.1 功能概述 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件 （该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司） 。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真 单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱 好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发使用的科技工作者的青 睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调 试到单片机和外围电路协同仿真，一键切换到 PCB

26、 设计，真正实现了从概 念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和 虚拟 模型 仿 真软 件三 合一 的设 计 平 台， 其 处 理器 模型 支 持 8051、 HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年 即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在 编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。 Proteus 具有四大功能模块： （1）智能原理图设计（ISIS） 丰富的器件库：超过 27000 种元器件，可方便地创建新

27、元件； 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘 图时间； 支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰； 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的 BMP 图纸， 可以方便地供 WORD、POWERPOINT 等多种文档使用。 （2）完善的电路仿真功能（Prospice） ProSPICE 混合仿真：基于工业标准 SPICE3F5，实现数字/模拟电 路的混合仿真； 超过 27000 个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的 SPICE 文件自行设计仿真器件，Labcenter 也在不断地发布新的

28、仿真器件，还可导 入第三方发布的仿真器件； 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使 用 wav 文件）、指数信号、单频 FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的 信号输入； 丰富的虚拟仪器：13 种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻 辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案 发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI 调试器、I2C 调试器 等； 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色 表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用 可以使仿真更加直观、生

29、动； 高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的 多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、 傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析； （3）独特的单片机协同仿真功能（VSM） 支持主流的 CPU 类型：如 ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、 PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430 等，CPU 类型 随着版本升级还在继续增加，如即将支持 CORTEX、DSP 处理器； 支持通用外设模型：如字符 LCD 模块、图形 LCD 模块、LED 点阵、 LED 七段显示模块、键盘

30、/按键、直流/步进/伺服电机、RS232 虚拟终端、 电子温度计等等，其 COMPIM（COM 口物理接口模型）还可以使仿真电路通 过 PC 机串口和外部电路实现双向异步串行通信； 实时仿真：支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中断仿真、SPI/I2C 仿真、MSSP 仿真、PSP 仿真、RTC 仿真、ADC 仿真、CCP/ECCP 仿真； 编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内 带 8051、AVR、PIC 的汇编编译器，也可以和第三方集成编译环境（如 IAR、 Keil 和 Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试； （4）实用的 PCB 设计平

31、台 原理图到 PCB 的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入 ARES 的 PCB 设计环境，实现从概念到产品的完整设计； 先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无 网格自动布线或人工布线； 支持引脚交换/门交换功能使 PCB 设计更为合理； 完整的 PCB 设计功能：最多可设计 16 个铜箔层，2 个丝印层，4 个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查， 3D 可视化预览； 多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括 Gerber 文件 南京邮电大学 2006 届本科生毕业设计（论文） 的导入或导出，便利和其它 PCB 设计工具的互转（如 p

32、rotel）和 PCB 板的 设计和加工。 2.1.2 界面介绍 安装完 Proteus 后，运行 ISIS 6 Professional，会出现以下窗口界面： 图 2-1 ISIS 6 Professional 主界面 为了方便介绍，我分别对窗口内各部分进行中文说明（见上图）。下面简单 介绍各部分的功能： 1原理图编辑窗口（The Editing Window）：顾名思义，它是用来绘制原 理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是 没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。 2预览窗口（The Overview Window）：它可显示两个内容，一个是：当你 在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠 标焦点落在原理图编辑窗口时 （即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑 窗口中点击鼠标后） 它会显示整张原理图的缩略图， ， 并会显示一个绿色的方框， 绿色的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在 它上面