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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 数字温度计显示设计安徽农业高校工学院作者：指导老师：合肥 230036 08机械设计制造及其自动化摘要： 随着现代化信息技术的飞速进展,单片机技术已经非常普及,在实时检测 和自动掌握的单片机应用系统中,单片机往往是作为核心部件来使用；本论文介绍了一种以单片机AT89S52为主要掌握器件,以DS18B20为温度传感器通过 LED屏传送数据,实现温度显示的新型数字温度计；该数字温度计的测量范畴为 -10 120,显示辨论率为0.1 ,误差0.10 ；由于采纳了温度传感器 DS18B20作为检测元件,与传统的温度计相比,本文设计的数字温度计减 少了外
2、部的硬件电路,具有读数便利,测温范畴广,测温精确,数字显示,适用 范畴宽等特点； DS18B20温度计仍可以在高温报警、远距离多点测温掌握等方面 进行应用开发；该系统结构简洁,抗干扰才能强,适合于各种环境下进行现场温 度测量,可广泛应用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系 统；关键词 ：单片机 AT89S52；温度传感器 DS18B20；LED显示屏等；1 引言随着现代信息技术的飞速进展和传统工业改造的逐步实现,人们在生产过程中会越来越关注精密而有用的仪器,能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域；其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,要为现代人工作、
3、科研、生活等供应更好更便利快捷的设施就需要从单片机技术入手,一切向着数字化掌握,智能化掌握方向进展；1.1 讨论背景目前温度计的进展很快,从原始的玻璃管温度计进展到了现在的热电阻温度 计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等,温度计中传感器是它的重要 组成部分,它的精度、灵敏度基本打算了温度计的精度、测量范畴、掌握范畴和 用途等；传感器应用极其广泛,目前已经研制出多种新型传感器；传统的温度检测以热敏电阻为温度敏锐元件；热敏电阻的成本低,但需后续 信号处理电路,而且牢靠性相对较差,测温精确度低,检测系统也有肯定的误 差；本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数便利,测温范畴广,测
4、温精确,数字显示,适用范畴宽等特点,主要用于对测温比较精确的场所或科1 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 研试验室使用,可广泛用用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测 控系统；目前,该产品已在温控系统中得到了广泛使用；因此本设计就尝试通过编程与芯片的结合来解决传统数字温度计的弊端,设 计出新型数字温度计；1.2 讨论现状温度传感器的进呈现状：温度传感器使用范畴广,数量多,居各种传感器之首,其进展大致经受了以下3 个阶段：, 主要是能够进行1、传统的分立式温度传感器含敏锐元件）热电偶传感器非电量和
5、电量之间转换；2、模拟集成温度传感器 / 掌握器,集成传感器是采纳硅半导体集成工艺制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器；3、智能温度传感器；它是微电子技术、运算机技术和自动测试技术 ATE_）的结 晶；智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D 传感器、信号处理器、储备器 或 寄存器）和接口电路；2 总体设计方案2.1 设计思路本设计是一个基于单片机 AT89S51的数字温度计和温度传感器 DS18B20的 设计,用来测量环境温度,测量范畴为-10 120,显示辨论率为 0.1 ,误差 0.5 . 整个设计系统主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计；硬件电路 主要包括主掌握器,测温电路和
6、显示电路等；主掌握器采纳单片机 AT89S51,温 度传感器采纳美国 DALLAS半导体公司生产的 DS18B20来实现环境温度的采集和 A/D 转换,同时因其输出为数字形式,且为串行输出,这就便利了单片机进行数 据处理,但同时也对编程提出了更高的要求；单片机把采集到的温度进行相应的转换后,显示电路采纳LED显示器以动态扫描法直读显示；系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,写入温度子程序等；2.2 总体设计框图本系统采纳单片机作为微掌握器,如图 器用 DS18B20,采纳 12MHZ晶振,电源采纳 真调试、制板、焊接等工作后温度计成形；2.1 ；单片机用 AT89S51、温度传感 5V；该电
7、路经过设计分析、绘图、仿采纳数字温度芯片 DS18B20测量温度,输出信号全数字化；便于单片机处理及掌握,省去传统的测温方法的很多外围电路；且该芯片的物理化学性很稳固,它能用做工业测温元件,此元件线形较好；在0100 摄氏度时,最大线形偏差小于 1 摄氏度； DS18B20的最大特点之一采纳了单总线的数据传输,由数字温度 计 DS18B20和微掌握器 AT89S51构成的温度测量装置 , 它直接输出温度的数字信2 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 号, 可直接与运算机连接；这样, 测温系统的结构就比较简洁
8、, 体积也不大；采纳52 单片机掌握,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑掌握,而且体积小,硬件实现简洁,安装便利；稳压电源电路主 控 制 单 元温度数字显示时钟芯片电路温度掌握输出温度探测单元数据储存单元图 2.1 总体设计框图2.3 所用主要元器件单片机 AT89S51一个,温度传感器DS18B20一个, 12MHz晶振一个, LED显示屏一个,电源一个,排阻一个,USB一个,电阻电容及导线如干；3 硬件设计3.1 单片机的挑选 AT89S51 作为温度测试系统设计的核心器件；该器件是 INTEL公司生产的 MCS一 5l 系列单片机中的基础产品,采是一个低电压,高性
9、能 CMOS 8位单片 机,片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序储备器和 256 bytes 的随 机存取数据储备器 RAM）,器件采纳 ATMEL公司的高密度、非易失性储备技术生产,兼容标准 MCS-51指令系统,片内置通用8 位中心处理器和 Flash 储备单元,AT89S51单片机在电子行业中有着广泛的应用；单片机小系统的电路图如图 3-1-1 所示；3 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3.1 单片机小系统电路3.1.1 AT89S51 单片机的主要特性 ：1）兼容
10、MCS-51指令系统, 4K字节可编程闪耀储备器；2）8k 可反复擦写 大于 1000 次） Flash ROM；3）寿命为 1000 次写/ 擦周期,数据保留时间可 10 年以上；4）全静态工作模式： 0Hz-33Hz；5）三级程序储备器锁定；6）128*8 位内部 RAM,32 可编程 I/O 线；7）两个 16 位定时器 / 计数器, 6 个中断源；8）全双工串行 UART通道,低功耗的闲置和掉电模式；9）低功耗闲暇和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能； 10 ）有 PDIP、PQFP、TQFP及 PLCC等几种封装形式,以适应不同产品的需求；3.1.2 引脚功能及管脚电压 AT89S51
11、为 8 位通用微处理器,采纳工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的1）P0口89S52相同；如图 3.2 所示；图 3.2 AT89S51 引脚图4 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - P0口是一组 8 位漏极开路型双向I/O 口,也即地址 / 数据总线复用口；作为输出口用时,每位能吸取电流的方式驱动8 个 TTL 规律门电路,对端口P0写“ 1” 时,可作为高阻抗输入端用；在拜访外部数据储备器或程序储备器时,这组口线分时转换地址 低 8 位）和数据总线复用,在拜访期间激活内部上拉电阻；在 F
12、lash 编程时, P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校 验时,要求外接上拉电阻；2）P1口P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口, P1的输出缓冲级可驱动 ；与 AT89C51不同之处是, P1.0 和 P1.1 仍可分别作为定时 / 计数器 2 的外部计数输入 P1.0/T2 ）和输入 P1.1/T2EX）,参见表 3.1 ；Flash 编程和程序校验期间, P1 接收低 8 位地址；表 3.1 P1.0 和 P1.1 的其次功能引脚号 功能特性P1.0 T2,时钟输出P1.1 T2EX定时 / 计数器 2）3）P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8 位双向 I/
13、O 口, P2的输出缓冲级可驱动 ；在拜访外部程序储备器或 16 位地址的外部数据储备器 例如执行 MOVXDPTR令）时, P2口送出高 8 位地址数据；在拜访 8 位地址的外部数据储备器 如执行MOVXRI 指令）时, P2 口输出 P2 锁存器的内容；Flash 编程或校验时, P2亦接收高位地址和一些掌握信号；4）P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口； P3口输出缓冲级可驱动 吸取或输出电流） 4 个 TTL规律门电路；对P3口写入“1” 时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口；此时,被外部拉低的 IIL ）；P3 口将用上拉电阻输出电流P3口除了作为一般的
14、I/O 口线外,更重要的用途是它的其次功能；P3口仍接收一些用于 5）RST Flash 闪速储备器编程和程序校验的掌握信号；5 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 复位输入；当振荡器工作时,片机复位；6）ALE/PROG RST引脚显现两个机器周期以上高电平将使单当拜访外部程序储备器或数据储备器时,ALE地址锁存答应）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节；一般情形下, ALE仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的；要留意的是：每当拜访外部数据储备器时将跳过一个
15、ALE脉冲；对 Flash 储备器编程期间,该引脚仍用于输入编程脉冲 PROG）；如有必要,可通过对特殊功能寄存器 可禁止 ALE操作；该位置位后,只有一条SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位,MOVX和 MOVC指令才能将 ALE激活；此外,该引脚会被柔弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置 ALE禁止位无效；7）PSEN 程序储存答应 PSEN）输出是外部程序储备器的读选通信号,当 AT89C52由 外部程序储备器取指令 或数据）时,每个机器周期两次 PSEN有效,即输出两个 PSEN信号；脉冲；在此期间,当拜访外部数据储备器,将跳过两次 8）EA/VPP 外部拜访答应；欲使CPU仅
16、拜访外部程序储备器 地址为 0000HFFFFH）,EA 端必需保持低电平 接地）；需留意的是：假如加密位 LB1 被编程,复位时内 部会锁存 EA端状态；如 EA端为高电平 接 VCC端）, CPU就执行内部程序储备器中的指令；Flash 储备器编程时,该引脚加上+12V 的编程答应电源VPP,当然这必需是该器件是使用 12V编程电压 VPP；9）XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端；10）XTAL2 振荡器反相放大器的输出端；3.2 温度传感器的挑选DS18B20温度传感器是美国 DALLAS公司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
17、被测温度,并且具有耐磨耐碰,体积小,使用便利,封装形式多样等特点,适用于各种狭小空间设备数字测温顺掌握领域；3.2.1 DS18B20 的主要特性1）适应电压范畴更宽,电压范畴：3.0 5.5V,在寄生电源方式下可由数据线 供电；2）特殊的单线接口方式, DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实6 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 现微处理器与 DS18B20的双向通讯；3）DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯独的三线上,实现 组网多点测温；4）DS18B20在使用中
18、不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；5）温范畴 55 125,在 -10 +85时精度为0.5 ；6）可编程的辨论率为 912 位,对应的可辨论温度分别为 0.5 、0.25 、0.125 和 0.0625,可实现高精度测温；7）在 9 位辨论率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字, 12 位辨论率时最多在 750ms内把温度值转换为数字,速度更快；8）测量结果直接输出数字温度信号,以“ 一线总线” 串行传送给 CPU,同时可传送 CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错才能；9）负压特性：电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作；3.2.2
19、 DS18B20 的实物图如图3.3 图 3.3 DS18B20 实物图3.2.3 DS18B20 使用中留意事项DS18B20虽然具有测温系统简洁、测温精度高、连接便利、占用口线少等优点,但在实际应用中也应留意以下几方面的问题：1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿,由于 DS18B20与微处理器间采纳串行数据传送,因此,在对 DS18B20进行读写编程时,必需严格的保证读写时序,否就将无法读取测温结果；在使用 PL/M、C 等高级语言进行系统程 序设计时,对 DS18B20操作部分最好采纳汇编语言实现；2）在 DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS18B20数量问题,容
20、易使人误认为可以挂任意多个 DS18B20,在实际应用中并非如此；当单总线上所挂 DS18B20超过 8 个时,就需要解决微处理器的总线驱动问题,这一点在进行多7 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 点测温系统设计时 要加以留意；3）连接 DS18B20的总线电缆是有长度限制的；试验中,当采纳一般信号电缆传输长度超过50m 时,读取的测温数据将发生错误；当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时,正常通讯距离可达150m,当采纳每 M绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时,正 常通讯距离进一步加长；这种情形主要是由总线分
21、布电容使信号波形产生畸变造成的；因此,在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考 虑总线分布电容和阻抗匹配问题；,同时芯片的性能也有所降低；因此,在条件答应的场合,尽量采纳外供电方式；无论是内部寄生电源仍是外部供电,I/O口线要接 5K 左右的上拉电；在这里采纳前者方式供电；DS18B20与芯片连接电路如图 3.4 所示：图 3.4 DS18B20 和单片机的接口连接外部电源供电方式是DS18B20正确的工作方式,工作稳固牢靠,抗干扰才能8 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 强,而且电路也比较简洁
22、,可以开发出稳固牢靠的多点温度监控系统；在开发中使用外部电源供电方式,究竟比寄生电源方式只多接一根 VCC引线；在外接电源方式下,可以充分发挥 DS18B20宽电源电压范畴的优点,即使电源电压 VCC降到3V时,依旧能够保证温度量精度；由于 DS18B20只有一根数据线,因此它和主机单片机）通信是需要串行通信,而 AT89S51 有两个串行端口,所以可以不用软件来模拟实现；经过单线接口拜访 DS18B20必需遵循如下协议：初始化、ROM操作命令、储备器操作命令和控制操作；要使传感器工作,一切处理均严格依据时序；3.4 复位电路如图 3.5 所示；上电复位用RC电路,电容用 10uF,电阻用 1
23、0K；依据 DS18B20的通讯协议,主机 ,如采纳带屏蔽的双绞电缆线,连线的长度可以达到 150m,输出脚 I 0 直接与单片机的 P34 相连, R1 为上拉电阻,传感器采纳 外部电源供电； AT89S51是整个系统的核心部分,内含 2 KB 的 FLASH ROM,用户 程序存放在这里；显示器模块由四位一体的共阳数码管和四个 9012 组成；系统 程序分传感器掌握程序和显示器程序两部分,传感器掌握程序是依据 DSl8B20 的 通信协议编制；系统的工作是在程序掌握下,完成对传感器的读写和对温度的显 示；4 软件设计4.1 概述整个系统的功能是由硬件电路协作软件来实现的,当硬件基本定型后,
24、软件 的功能也就基本定下来了；从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件 主 程序）,它是整个掌握系统的核心,特地用来和谐各执行模块和操作者的关系；二是执行软件 子程序）,它是用来完成各种实质性的功能如测量、运算、显 示、通讯等；每一个执行软件是一个小的功能执行模块；这里将各执行模块一一 列出,并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义；各执行模块规划好后,就 可以规划监控程序了；第一要依据系统的总体功能挑选一种最合适的监控程序结 构,然后依据实时性的要求,合理地支配监控软件和各执行模块之间地调度关 系；4.2 主程序模块主程序需要调用 2 个子程序,各模块程序功能如下：1）数码管显示程序：向数
25、码的显示送数,掌握系统的显示部分；2）温度测试及处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理,进行判定和显示；主程序流程见图 4.1 ：12 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 开头初始化调用显示程序调用温度测试处理程序N Y 是否显示完图 4.1 主程序流程图5 仿真5.1 PROTEUS介绍Proteus 软件是英国 Labcenter electronics公司出版的 EDA工具软件 ,从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到 PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计；是目前世界
26、上唯独将电路仿真软件、 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, 2022 年即将增加 Cortex 和 DSP系列处理器,并连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 软件具有其它 EDA工具软件的功能；这些功能是：13 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1）原理布图；2）PCB自动或人工
27、布线；3）SPICE电路仿真；革命性的特点：1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采纳诸如 分 SPI 器件,部分 IIC 器件；RAM,ROM,键盘,马达, LED,LCD,AD/DA,部2）仿真处理器及其外围电路 可以仿真 51 系列、 AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机；仍可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,再协作显示及输出,能看到运行后输入输出的效果；协作系统配置的虚拟规律分析仪、示波器等,Proteus建立了完备的电子设计开发环境；6 综合调试6.1 焊接6.1.1 焊接要求 均采纳水平安装,紧贴印刷版；2）电解电容等尽量插究竟,元件底面离印刷版最高不能大于 4 毫 M；3）插件
28、装配要美观、匀称、端正、整齐,不能歪斜,高矮要有序；4）所焊出来的焊点要求圆滑、光亮、防止虚焊、搭焊和散锡；5）布局合理,疏密适当；6）用比较好的助焊剂；6.1.2 焊接方法 1）右手持电烙铁；左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线；焊接前,电烙铁 要充分预热；烙铁头刃面上要吃锡,即带上肯定量焊锡；2）将烙铁头刃面紧贴在焊点处；电烙铁与水平面大约成 60角；以便于熔 化的锡从烙铁头上流到焊点上；烙铁头在焊点处停留的时间掌握在 23 秒钟；3）抬开烙铁头 , 左手仍持元件不动；待焊点处的锡冷却凝固后,才可松开 左手；4）用镊子转动引线,确认不松动,然后可用偏口钳剪去余外的引线；5）焊接时先用焊锡把导线
29、接一下,一遍有毛刺,有放电现象；6.2 调试对于整个系统的调试是将温度传感器置于被监测温度处,接通系统电源,系统开始运行,随着温度的不断上升,显示温度不断变化,离开被监测温度处,显示温14 / 26 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 度不断下降；结论经过我的努力,完成了本次课题的任务；设计制作的数字温度计 LED 显示屏,通过仿真很好的完成了基本要求部分和发挥需要的功能,达到了预期的目的；致谢在做这次设计的过程中,我查阅了大量的设计资料；为了让自己的设计更加完善,查阅这方面的实际资料是非常必要的,也是必不行少的；
30、其次,在这次课程设计中,全面实践一个基于单片机的应用系统的开发过程,我们运用了以前学过的专业课学问,如：C 语言、单片机学问等是一个综合性很高的实践；一些以前没有学得很杂实的课程的内容,由于需要在实践中运用,刚开头也感到很头 痛；但回过头再去看有关的资料和书籍,经过一段时间的钻研,对与这些学问点 的相关的背景,概念和解决方案懂得得更透彻了,学习起来也越来越有爱好,越 来越轻松；通过这次设计,受益匪浅,这主要得益于仔细负责的工作态度、严谨活泼的 治学精神和深厚专业的理论水平；在撰写论文之前,自己对论文的基本要求懂得 不是很充分,在老师的帮忙与指导下,现在对论文有了肯定的熟悉,对它的基本 结构、所
31、要论述的重点问题、以及撰写论文的基本步骤和评审都达到了相当的水 平；老师无论在理论上仍是在实践中,都赐予了本人很大的帮忙,使自己的理论 和技术水平都得到很大的提高,这对于自己以后的工作和学习都是一种庞大的鼓 舞；在本系统的设计过程和论文编写过程中,很多同学和伴侣赐予了我很多无私 的帮忙,给我的设计和论文提出了很多珍贵的修改看法,在这里,我向这些无私 帮忙我的人表示诚心的感谢和良好的希望；至此,诚心感谢各位老师及同学多年来的辛勤培养和教诲！参考文献1. 高吉利 . 全国高校生电子设计竞赛培训系列教程数字系统与自动掌握系 统设计 . 北京 : 电子工业出版社, 2007. 15 / 26 名师归纳
32、总结 - - - - - - -第 15 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2. 陈梓城等 . 有用电子电路设计与调试 . 北京：中国电力出版社,2006. 3. 黄智伟等 . 全国高校生电子设计竞赛系统设计 版社, 2022. . 北京：北京航空航天高校出4. 赵广林 . Protel 99SE 电路设计与制版 . 电子工业出版社, 2005. 5. 高等学校毕业设计 论文）指导手册电子信息卷 . 高等训练出版社 . 6. Baker , Bonnie.Designing with temperature sensors, part five: IC temp
33、erature sensors. 2022. 7. Masayuki Matsui.Manufacturing SCM. 2022. 8. Benabadji, Noureddine.Use an LED matrix horizontally. 2022.Titel: Bitmap electronic display productionABSTRACT： With the rapid development of modern information technology, microcontroller technology has become quite common, real-
34、time detection and automatic control in the microcomputer application systems, microcontroller is often used as a core component to use. This paper introduces a single-chip control device for main AT89S52 for temperature sensor DS18B20, to transmit data by LED screen, realize temperature display of
35、the new digital thermometer. This digital thermometer measurement range is -10 120 , the display resolution for 0.1 , error acuities + 0.5.As a result of the temperature sensor DS18B20 as the test components compared with the traditional thermometer, this paper designed digital thermometer reduce ex
36、ternal hardware circuit, which readings convenient, temperature measuring range, temperature measurement precision, the digital display characteristics, wide application scope.DS18B20 thermometer can still in high temperature alarm, long-range multi-point measurement temperature control aspects of application development. The system structure is simple, strong anti-jamming capability, suitable for all kinds of environment temperature measurement on the site, and can be widely