1、姓 名 專 業 班 級 微電子 論 文 名 稱 數字溫度計設計與實現 指 導 教 師 目錄摘要：3abstract3第一章 前言31.1 課題研究地意義41.2本課題主要地研究工作4第二章 總體方案設計52.1設計要求52.2選擇方案與論證5第三章 系統硬件設計63.1硬件總設計63.2單片機介紹73.3單片機地應用83.4單片機地開發過程93.5 ds18b20介紹113.6顯示電路設計123.7電路設計圖12第四章 系統軟件設計134.1主程序流程圖134.2溫度轉換命令子程序134.3顯示數據刷新子程序14參考文獻15附錄一15源程序代碼15摘要：利用單片機at89s52作為控制器,以及

2、用改進型智能溫度傳感器ds18b20作為溫度采集器,設計了一款數字溫度計。該數字溫度計能夠測出-55+125 之間地溫度,與傳統地溫度計相比,具有讀數方便、測溫范圍廣、測溫準確等特點,適合日常生活、工業生產與科學研究等領域對溫度測量地需要。關鍵詞:溫度測量; ds18b20; at89s52; 數字溫度計。abstracta digital thermometer was designed with at89c2051 mcu as controller and improved intelligent temperature sensor ds18b20 as temperature col

3、lector. the temperature between -55+125 can be measured by this digital thermo-meter. compared with the traditional thermometer, this digital thermometer has features of convenient reading, wide range temperature measurement, accurate temperature measurement and so on, it is suitable for the require

4、ment of temperature measurement in daily life, industrial production and scientific research fields. keywords: temperature measurement; ds18b20; at89c2051; digital thermometer第一章 前言 單片機技術作為計算機技術地一個分支-,廣泛地應用于工業控制-,智能儀器儀表-,機電一體化產品-,家用電器等各個領域。“單片機原理與應用”在工科院校各專業中已作為一門重要地技術基礎課而普遍開設。學生在課程設計-,畢業設計,科研項目中會廣泛

5、應用到單片機知識-,而且-,進入社會后也會廣泛接觸到單片機地工程項目。鑒于此-,提高“單片機原理及應用”課地教學效果-,讓學生參與課程設計實習甚為重要。單片機應用技術涉及地內容十分廣泛-,如何使學生在有限地時間內掌握單片機應用地基本原理及方法-,是一個很有價值地教學項目。為此-,我們進行了“單片機地學習與應用”方面地課程設計-,鍛煉學生地動腦動手以及協作能力。 單片機課程設計是針對模擬電子技術-,數字邏輯電路-,電路-,單片機地原理及應用課程地要求-,對我們進行綜合性實踐訓練地實踐學習環節-,它包括選擇課設任務、軟件設計-,硬件設計-,調試與編寫課設報告等實踐內容。通過此次課程設計實現以下三個

6、目標:第一-,讓學生初步掌握單片機課程地試驗、設計方法-,即學生根據設計要求與性能約束-,查閱文獻資料-,收集、分析類似地相關題目-,并通過元器件地組裝調試等實踐環節-,使最終硬件電路達到題目要求地性能指標；第二-,課程設計為后續地畢業設計打好基礎-,畢業設計是系統地工程設計實踐-,而課程設計地著眼點是讓學生開始從理論學習地軌道上逐漸引向實際運用-,從已學過地定性分析、定量計算地方法-,逐步掌握工程設計地步驟與方法-,了解科學實驗地程序與實施方法。第三-,培養學生勤于思考樂于動手地習慣-,同時通過設計并制作單片機類產品-,使學生能夠自己不斷地學習接受新知識（如在本課設題目中存在智能測溫器件ds

7、18b20-,就是課堂環節中不曾提及地“新器件”）-,通過多人地合作解決現實中存在地問題-,從而不斷地增強學生在該方面地自信心及興趣-,也提高了學生地動手能力-,對學生以后步入社會參加工作打下一定良好地實踐基礎。1.1 課題研究地意義隨著科技地不斷發展-,現代社會對各種信息參數地準確度與精確度要求都有了幾何地增長-,而如何準確而又迅速獲得這些參數就需要受制于現代信息基礎地發展水品。在三大信息信息采集（即傳感器技術）信息傳輸（通信技術）與信息處理（計算機技術）中-,傳感器屬于信息技術地前沿尖端產品-,尤其是溫度傳感器技術-,在我國各領域已經引用地非常廣泛-,可以說是參透到社會地每一個領域-,人民

8、地生活與環境地溫度息息相關-,在工業生產過程中需要實時測量溫度-,在農業生產也離不開溫度測量-,因此研究溫度地測量方法與裝置具有重要地意義。1.2本課題主要地研究工作 溫度是工業對象地一個重要地被控參數。然而采用地測溫元件與測溫方法也不相同：產品地工藝不同-,控制溫度地精度也不同。傳統地控制方式已不能滿足高精度-,高速度地控制要求-,如溫度控制表溫度接觸器-,其主要缺點是溫度波動范圍大-,由于他主要通過控制接觸器地通斷時間比例來達到改變加熱功率地目地-,受儀表本身誤差與交流接觸器地壽命限制-,通斷頻率很低。近幾年來快速發展了多種先進地溫度控制方式-,如：pid控制-,模糊控制-,神經網絡及遺傳

9、算法控制等。這些控制技術大大地提高了控制精度-,不但使控制變地簡便-,而且使產品地質量更好-,降低了產品地成本-,提高了生產效率。第二章 總體方案設計2.1設計要求1.溫度大于上限或小于下限時可以進行兩路繼電器地控制-,并有狀態指示燈顯示。2.溫度上限下限可以設定。3.用按鍵進行上下限地設定操作：1.按下設置鍵-,進入溫度下限設置報警值-,按加則加-,減則減2.再按下設置鍵-,進入溫度上限設置報警值-,按加則加-,減則減3.再按下設置鍵-,返回顯示當時地溫度值。2.2選擇方案與論證芯片方案一 采用at89s51芯片作為硬件核心-,內部具有4kb rom存儲空間-,能于3v地超低壓工作-,而且與

10、mcs-51系列地單片機完全兼容-,但是運用于電路設計中時由于不具備isp在線編程技術-,所以在對電路進行調試時-,由于程序地錯誤修改或對程序地新增功能需要燒入程序時-,對芯片地多次撥插會對芯片造成一定地損壞。芯片方案二 采用at89s52芯片-,at89s52是一種低功耗-,高性能地8位cmos微控制器-,具有8k地可編程flash存儲器。同時具有at89s51地功能-,且具有在線編程可擦除技術-,當對電路進行調試時-,由于程序地錯誤修改或對程序新增功能需要燒入程序時-,不需要對芯片多次拔插-,所以不會對芯片造成損壞-,隱刺選擇采用at89s52作為主控制系統核心。溫度傳感方案一 由于本設計

11、是測溫電路-,可以使用熱敏電阻之類地器件利用其感溫效應-,在將隨被測溫度變化地電壓或電流采集過來-,進行a/d轉換后-,就可以用單片機進行數據地處理-,在現實點路上-,就可以將被測溫度顯示出來-,這種設計需要用到a/d轉換電路-,感溫電路比較麻煩。溫度傳感方案二 進而考慮到用溫度傳感器-,在單片機電路設計中-,大多都是使用傳感器-,所以這是非常容易想到地-,所以可以采用一只溫度傳感器ds18b20-,此傳感器-,可以很容易直接讀取被測溫度值-,進行轉換-,就可以滿足設計要求。最終方案采用at89s52作為主控制芯片-, ds18b20采集溫度來設置此畢業作品。第三章 系統硬件設計3.1硬件總設

12、計系統框圖：如圖3-1所示 圖3-1 系統框圖3.2單片機介紹 二十世紀跨越了三個“電”地時代-,即電氣時代、電子時代與現已進入地電腦時代。不過-,這種電腦-,通常是指個人計算機-,簡稱pc機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機-,大多數人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械地單片機（亦稱微控制器）。顧名思義-,這種計算機地最小系統只用了一片集成電路-,即可進行簡單運算與控制。因為它體積小-,通常都藏在被控機械地“肚子”里。它在整個裝置中-,起著有如人類頭腦地作用-,它出了毛病-,整個裝置就癱瘓了。現在-,這種單片機地使用領域已十分廣泛-,如智能儀表、實時工控、通訊設備、導

13、航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機-,就能起到使產品升級換代地功效-,常在產品名稱前冠以形容詞“智能型”-,如智能型洗衣機等。 計算機地產生加快了人類改造世界地步伐-,但是它畢竟體積大。單片機在這種情況下誕生了。截止今日-,單片機應用技術飛速發展-,縱觀我們現在生活地各個領域-,從導彈地導航裝置-,到飛機上各種儀表地控制-,從計算機地網絡通訊與數據傳輸-,到工業自動化過程地實時控制與數據處理-,以及我們生活中廣泛使用地各種智能ic卡、電子寵物等-,這些都離不開單片機。單片機自70年代問世以來得到蓬勃發展-,目前單片機功能正日漸完善:單片機集成越來越多資源-,內部存儲資源日益豐富-,用

14、戶不需要擴充資源就可以完成項目開發-,不僅是開發簡單-,產品小巧美觀-,同時抗干擾能力加強,系統也更加穩定-,使得它更加適合工業控制領域-,具有更加廣闊地市場前景；提供在線編程能力-,加速了產品地開發進程-,為企業產品上市贏得寶貴時間。此外單片機具有性能高、速度快、體積小、價格低、穩定可靠、應用廣泛、通用性強等突出優點。單片機地設計目標主要是增強“控制”能力-,滿足實時控制(就是快速反應) 地需要。 我作為21世紀地工科大學生-,學地是電氣地專業-,無論是從事科學研究工作-,還是開辦電子器件地工廠還是經營電子廠品地貿易-,不僅要熟練地使用通用微機進行各種數據處理-,還要把計算機技術運用到本專業

15、領域或相關領域-,既具有開發創新能力。這就要求我們要熟練地掌握單片機。單片機是一種集成在電路芯片-,是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力地中央處理器cpu隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口與中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、a/d轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成地一個小而完善地計算機系統。這些電路能在軟件地控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者實現規定地任務。3.3單片機地應用單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備地智能化管理及過程控制等領域-,大致可分如下幾個范疇：1.在智能儀器儀表上地應用

16、 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化與使用方便等優點-,廣泛應用于儀器儀表中-,結合不同類型地傳感器-,可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量地測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化-,且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密地測量設備（功率計-,示波器-,各種分析儀）。2.在工業控制中地應用 用單片機可以構成形式多樣地控制系統、數據采集系統。例如工廠流水線地智能化管理-,電梯智能化控制、各種報警系統-,與計算機聯網構成二級控制系統等。 3.在家用電器中地應用 可以這樣說-,現在地家用電器基本上都

17、采用了單片機控制-,從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備-,五花八門-,無所不在。 4.在計算機網絡與通信領域中地應用 現代地單片機普遍具備通信接口-,可以很方便地與計算機進行數據通信-,為在計算機網絡與通信設備間地應用提供了極好地物質條件-,現在地通信設備基本上都實現了單片機智能控制-,從手機-,電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見地移動電話-,集群移動通信-,無線電對講機等。 5.單片機在醫用設備領域中地應用 單片機在醫用設備中地用途亦相當廣泛-,例如醫用呼吸機-,各種分析儀-,監護儀-,超聲診斷設備及病床

18、呼叫系統等等。 6.在各種大型電器中地模塊化應用 某些專用單片機設計用于實現特定功能-,從而在各種電路中進行模塊化應用-,而不要求使用人員了解其內部結構。如音樂集成單片機-,看似簡單地功能-,微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機地原理）-,就需要復雜地類似于計算機地原理。如：音樂信號以數字地形式存于存儲器中（類似于rom）-,由微控制器讀出-,轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 在大型電路中-,這種模塊化應用極大地縮小了體積-,簡化了電路-,降低了損壞、錯誤率-,也方便于更換。 7.單片機在汽車設備領域中地應用 單片機在汽車電子中地應用非常廣泛-,例如汽車中地發動機控制器-,基于can總線地汽車

19、發動機智能電子控制器-,gps導航系統-,abs防抱死系統-,制動系統等等。 此外-,單片機在工商-,金融-,科研、教育-,國防航空航天等領域都有著十分廣泛地用途。3.4單片機地開發過程這里所說地開發過程并不是一般書中所說地從任務分析開始-,我們假設已設計并制作好硬件-,下面就是編寫軟件地工作。在編寫軟件之前-,首先要確定一些常數、地址-,事實上這些常數、地址在設計階段已被直接或間接地確定下來了。如當某器件地連線設計好后-,其地址也就被確定了-,當器件地功能被確定下來后-,其控制字也就被確定了。然后用文本編輯器（如edit、cced等）編寫軟件-,編寫好后-,用編譯器對源程序文件編譯-,查錯-

20、,直到沒有語法錯誤-,除了極簡單地程序外-,一般應用仿真機對軟件進行調試-,直到程序運行正確為止。運行正確后-,就可以寫片（將程序固化在eprom中）。在源程序被編譯后-,生成了擴展名為hex地目標文件-,一般編程器能夠識別這種格式地文件-,只要將此文件調入即可寫片。單片機 at89s52 如圖3-2所示圖3-2 單片機原理圖而at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器-,具有8k在系統可編程flash存儲器。使用atmel公司高度密度非易失性存儲器技術制造-,與工業80c51產品指令與引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統可編程-,亦適于常規編程器。在單芯片上-,擁有靈

21、巧地8位cpu與在系統可編程flash-,使得at89s52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效地解決方案。at89s52具有以下標準功能：8k字節flash-,256字節ram,32位i/o口線-,看門狗定時器-,2個數據指針-,三個16位定時器/計數器-,一個6向量2級中斷結構-,全雙工串行口-,片內晶振及時鐘電路。另外-,at89s52可降至0hz靜態邏輯操作-,支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下-,cpu停止工作-,允許ram、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下-,ram內容被保存-,振蕩器被凍結-,單片機一切工作停止-,直到下一個中斷或硬件復位為止。at89

22、s52主要性能1. 與mcs-51單片機產品兼容2. 8k字節在系統可編程flash存儲器3. 1000次擦寫周期4. 全靜態操作：0hz33hz5. 三級加密程序存儲器6. 32個可編程i/o口線7. 三個16位定時器/計數器8. 八個中斷源9. 全雙工uart串行通道10. 低功耗空閑與掉電模式11. 掉電后中斷可喚醒12. 看門狗定時器13. 雙數據指針14. 掉電標識符3.5 ds18b20介紹傳感器 如圖3-3所示 圖3-3 實物圖 ds18020數字溫度計以9位數字量地形式反映器件地溫度值, ds18020通過一個單線接口發送或接收信息-,因此在中央微處理器與ds1820只見僅需一

23、條連接線（加上地線）。用于讀寫與溫度轉換地電源可以從數據線本身獲得-,無需外部電源。因為每個ds1820都有一個獨特地片序列號-,所以多只ds1820可以同時連在一根單線總線上-,這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同地地方。這一特性用在hvac環境控制、探測建筑物。ds1820是這樣測溫地用一個高溫系數地振蕩器確定一個們周期-,內部計數器在這個們周期內對一個低溫度系數地震蕩器地脈沖進行計數來得到溫度值。計數器被預置到對應于-55地一個值。如果計數器在們周期結束前到達0-,則溫度寄存器（同樣被預置到-55）地值增加-,表明所測溫度大于-55。同時-,計數器被復位到一個值-,這個值由斜坡式累加器電路

24、確定-,斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器地拋物線特性-,然后計數器又開始計數直到0-,如果門周期仍未結束-,將重復這一過程。3.6顯示電路設計顯示電路采用4位共陰極led數碼管-,p0口由上拉電阻提高驅動能力-,作為段碼輸出并作為數碼管地驅動。p2口地低四位作為數碼管地位選端。采用動態掃描地方式顯示。如圖3-4所示 圖3-4 顯示電路原理圖3.7電路設計圖電路pcb圖如3-5所示 圖3-5 電路pcb圖第四章 系統軟件設計4.1主程序流程圖程序地主要功能是負責溫度地實時顯示、讀出并處理ds18b20地測量地當前溫度值-,溫度測量每1s進行一次。如圖4-1所示 圖4-1主程序流程圖4.2溫度轉

25、換命令子程序溫轉換命令子程序主要是發溫度轉換開始命令-,當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms-,在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換地完成。如圖4-2所示 圖4-2溫度轉換流程圖4.3顯示數據刷新子程序顯示數據刷新子程序主要是對分離后地溫度顯示數據進行刷新操作-,當標志位位為1時將符號顯示位移入第一位。如圖4-3所示 圖4-3顯示數據流程圖參考文獻1.avr單片機原理及其應用宋建國2.單片機基礎李光弟附錄一源程序代碼 /*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char dispc

26、ount;unsigned char code dispcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/七段共陽數碼管09代碼sbit dq = p14;sbit key1 = p20;sbit key2 = p21;sbit key3 = p22;sbit beel = p10;sbit d_re = p11;sbit u_re = p12;sbit led_sum_1 = p24;sbit led_sum_2 = p25;sbit led_sum_3 = p26;sbit led_sum_4 = p27; /*/uchar d

27、ata disdata5;uchar data d_disdata3;uchar data u_disdata3;uint tvalue;/溫度值uchar tflag;uchar flag;uint d_tvalue;uint u_tvalue;/*18b20溫度傳感程序*/void delay1ms(unsigned int ms)/延時1毫秒（不夠精確地）unsigned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j0;i-) dq = 0; /給脈沖信號 dat=1; dq = 1; /給脈沖信號 if(dq) dat|=0x80; delay_18b20(10

28、); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*寫數據*/unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) dq = 0; dq = wdata&0x01; delay_18b20(10); dq = 1; wdata=1; /*讀溫度*/ read_temp()/*讀取溫度值并轉換*/ uchar a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ds1820wr(0x44);/*啟動溫度轉換*/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ ds1820wr(0xb

29、e);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue0x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴大10倍-,精確到1位小數return(tvalue);/* 延時n個ms函數 */ void delay_nms(uint ms) /delay ms function uchar i; while(ms-) for(i = 0; i 80; i+); /*/ void ds1820d

30、isp()/溫度值顯示 disdata0=tvalue/100;/十位數 disdata1=tvalue%100/10;/個位數 disdata2=tvalue%10;/小數位 d_disdata0=d_tvalue/100;/十位數 d_disdata1=d_tvalue%100/10;/個位數 d_disdata2=d_tvalue%10;/小數位 u_disdata0=u_tvalue/100;/十位數 u_disdata1=u_tvalue%100/10;/個位數 u_disdata2=u_tvalue%10;/小數位 if(flag=0) p0=dispcodedisdata0; l

31、ed_sum_1 = 1; led_sum_2 = 0; led_sum_3 = 1; led_sum_4 = 1; delay_nms(1); p0=0xff; p0=dispcodedisdata1 & 0x7f; led_sum_1 = 1; led_sum_2 = 1; led_sum_3 = 0; led_sum_4 = 1; delay_nms(1); p0=0xff; p0=dispcodedisdata2; led_sum_1 = 1; led_sum_2 = 1; led_sum_3 = 1; led_sum_4 = 0; delay_nms(1); p0=0xff; els

32、e if(flag=1) p0=dispcoded_disdata0; led_sum_1 = 1; led_sum_2 = 0; led_sum_3 = 1; led_sum_4 = 1; delay_nms(1); p0=0xff; p0=dispcoded_disdata1 & 0x7f; led_sum_1 = 1; led_sum_2 = 1; led_sum_3 = 0; led_sum_4 = 1; delay_nms(1); p0=0xff; p0=dispcoded_disdata2; led_sum_1 = 1; led_sum_2 = 1; led_sum_3 = 1; led_sum_4 = 0; delay_nms(1); p0=0xff; else if(flag=2) p0=dispcodeu_disdata0;