數(shù)字溫度計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電氣與電子信息工程學(xué)院</p><p>　　《單片機(jī)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　題 目： 數(shù)字溫度計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化2011級(jí)（2）班 </p><p>　　學(xué)　　號(hào)：　 　 　 </

2、p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013年12月9日—2013年12月13日 </p><p>　　設(shè)計(jì)地點(diǎn)： K2-407單片機(jī)、微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室 <

3、;/p><p>　　2013年11月20日</p><p>　　單片機(jī) 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： </p><p>　　2013 年 12 月 日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p>

4、<p>　　2013～2014 學(xué)年第 1 學(xué)期</p><p>　　工作部門： 電氣與電子信息工程學(xué)院 電氣自動(dòng)化教研室 </p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)題目 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（含技術(shù)指標(biāo)）</p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)目的及要求&l

5、t;/b></p><p>　　（1） 根據(jù)具體設(shè)計(jì)課題的技術(shù)指標(biāo)和給定條件，以單片機(jī)為核心器件，能獨(dú)立而正確地進(jìn)行方案論證和電路設(shè)計(jì)，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整；</p><p>　?。?） 熟悉、掌握各種外圍接口電路芯片的工作原理和控制方法；</p><p>　?。?） 熟練使用單片機(jī)匯編語(yǔ)言或C51進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)；</p

6、><p>　　（4） 熟練使用Proteus、Keil軟件進(jìn)行仿真電路測(cè)試；</p><p>　?。?） 熟練使用Protel軟件設(shè)計(jì)印刷電路板；</p><p>　　（6） 學(xué)會(huì)查閱有關(guān)參考資料和手冊(cè)，并能正確選擇有關(guān)元器件和參數(shù)；</p><p>　?。?） 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，參考畢業(yè)設(shè)計(jì)論文格式撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p

7、>　　2．設(shè)計(jì)內(nèi)容（題目名稱： 數(shù)字溫度計(jì) ）</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì) 一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。采用AT89C52作為主控制系統(tǒng);，顯示電路由1602液晶顯示模塊芯片，可以進(jìn)行多行顯示；溫度報(bào)警按鍵設(shè)為五個(gè)，可以顯示

8、華氏溫度，調(diào)節(jié)高低報(bào)警溫度；溫度傳感器電路主要由DS18B20測(cè)溫器件構(gòu)成，該器件主要功能有：采用單總線技術(shù)；每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)立的不可修改的64位序列號(hào)；低壓供電，電源范圍為3～5V；測(cè)溫范圍為-20℃～+125℃，誤差為±0.5℃，并且還可以通過(guò)需要來(lái)調(diào)整分辨率；復(fù)位電路是10K電阻構(gòu)成的上電自動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)考核辦法與成績(jī)?cè)u(píng)定</p><p&

9、gt;　　根據(jù)過(guò)程、報(bào)告、答辯等確定設(shè)計(jì)成績(jī)，成績(jī)分優(yōu)、良、中、及格、不及格五等。</p><p>　　2013年11月 </p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　一、數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證</p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　由于

10、本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。</p><p><b>　　方案二 </b></p><p>　　(1).進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用

11、傳感器，所以這是非常容易想到的，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(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　1、測(cè)溫范圍-50℃-

12、110℃</p><p>　　2、精度誤差小于0.5℃</p><p>　　3、LCD顯示溫度值</p><p>　　4、可通過(guò)人機(jī)接口任意設(shè)定溫度報(bào)警的上限值和下限值</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如上圖所示，控制器采用單片機(jī)AT8

13、9C52，溫度傳感器采用DS18B20，用LCD實(shí)現(xiàn)溫度顯示。</p><p><b>　　四、硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、原理圖</b></p><p><b>　　2、硬件電路概述：</b></p><p>　　系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫

14、度傳感器等組成。</p><p>　　本電路是由AT89C52單片機(jī)為控制核心，具有與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節(jié)可編程閃存，工作電壓范圍為2.7～6V，全靜態(tài)工作頻率為0～24MHZ；顯示電路由1602液晶顯示模塊芯片，可以進(jìn)行多行顯示；溫度報(bào)警按鍵設(shè)為五個(gè)，可以顯示華氏溫度，調(diào)節(jié)高低報(bào)警溫度；溫度傳感器電路主要由DS18B20測(cè)溫器件構(gòu)成，該器件主要功能有：采用單總線技術(shù)；每只

15、DS18B20具有一個(gè)獨(dú)立的不可修改的64位序列號(hào)；低壓供電，電源范圍為3～5V；測(cè)溫范圍為-20℃～+125℃，誤差為±0.5℃；復(fù)位電路是10K電阻構(gòu)成的上電自動(dòng)復(fù)位。</p><p><b>　　晶振電路 </b></p><p><b>　　AT89C52</b></p><p><b>

16、;　　復(fù)位電路</b></p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)顯示電路采用1602液晶顯示模塊芯片，該芯片可現(xiàn)實(shí)16x2個(gè)字符，比以前的七段數(shù)碼管LED顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外，由于1602芯片編程比較簡(jiǎn)單，界面直觀，因此更加易于使用者的操作和觀測(cè)。1602A芯片的接口信號(hào)說(shuō)明如下表：</p>

17、<p>　　1602A芯片的接口信號(hào)說(shuō)明</p><p><b>　　報(bào)警溫度調(diào)節(jié)電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)一共設(shè)置了三個(gè)按鍵。</p><p>　　如圖所示，K1表示切換上限和下限溫度。</p><p><b>　　K2表示增加溫度。</b></p><

18、p><b>　　K3表示降低溫度。</b></p><p>　　溫度傳感器及DS18B20測(cè)溫原理</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：<

19、/p><p>　　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見(jiàn)下圖，其引腳功能描述見(jiàn)表1。</p><p><b>　　（底視圖）</b></p><p>　　DS18B20表1　DS18B20詳細(xì)引腳功能描述</p><p>　　DS18B20的性能特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）獨(dú)特的單線接口

20、僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　?。?）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)測(cè)溫；</p><p>　?。?）無(wú)須外部器件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；</p><p>　?。?）可通

21、過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0-5.5Ｖ；</p><p><b>　?。?）零待機(jī)功耗；</b></p><p>　?。?）溫度以9或12位數(shù)字，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；</p><p>　?。?）用戶可定義報(bào)警設(shè)置；</p><p>　?。?）報(bào)警搜

22、索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；</p><p>　　（9）負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；</p><p>　　（10）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力</p><p>　　DS18B20采用3腳PR35封裝

23、或8腳SOIC封裝，其引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖及測(cè)溫原理圖如下所示：</p><p><b>　　五、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序流程圖 讀溫度流程圖</p><p><b>　　讀出溫度子程序</b></p><p>　　讀

24、出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。其程序流程圖如圖8示</p><p>　　圖9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖</p><p><b>　　溫度轉(zhuǎn)換命令子程序</b></p><p>　　溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中

25、采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示</p><p><b>　　計(jì)算溫度子程序</b></p><p>　　計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖10所示。</p><p>　　圖10　計(jì)算溫度流程圖 　　</p&

26、gt;<p><b>　　六、仿真及分析</b></p><p>　　如圖所示，“temp”“TH”“TI”分別表示當(dāng)前溫度，上限溫度，下限溫度。</p><p>　　如圖所示，當(dāng)當(dāng)前溫度處于上限溫度和下限溫度之間事時(shí)，此時(shí)蜂鳴器不會(huì)報(bào)警，燈不會(huì)閃爍。</p><p>　　如圖所示，當(dāng)當(dāng)前溫度高于上限溫度時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，燈光閃爍。

27、</p><p>　　如圖所示，當(dāng)當(dāng)前溫度低于下限溫度時(shí)，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，燈光閃爍。</p><p><b>　　七、可靠性及抗干擾</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬其電路簡(jiǎn)單，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)采用進(jìn)

28、口高精度、低溫漂、超低功耗集成電路和寬溫型液晶顯示器，內(nèi)置高能量電池連續(xù)工作≥5年無(wú)需敷設(shè)供電電纜，是一種精度高、穩(wěn)定性好、適用性極強(qiáng)的新型現(xiàn)場(chǎng)溫度顯示儀。是傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)指針雙金屬溫度計(jì)的理想替代產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各類工礦企業(yè)，大專院校，科研院所。</p><p>　　溫度是我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中實(shí)時(shí)在接觸到的物理量，但是它是看不到的，僅憑感覺(jué)只能感覺(jué)到大概的溫度值，傳統(tǒng)的指針式的溫度計(jì)雖然能指示溫度，但是精度低，使用不

29、夠方便，顯示不夠直觀，數(shù)字溫度計(jì)的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少度。</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)采用DS18B20溫度傳感器，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號(hào)的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，一定的曲線關(guān)系等，這個(gè)電信號(hào)可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)再送給處理單元，如單片機(jī)或者PC機(jī)等，處理單元經(jīng)過(guò)內(nèi)部的軟件計(jì)算將這

30、個(gè)數(shù)字信號(hào)和溫度聯(lián)系起來(lái)，成為可以顯示出來(lái)的溫度數(shù)值，然后通過(guò)顯示單元，如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來(lái)給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計(jì)的基本測(cè)溫功能。</p><p>　　、該數(shù)字溫度計(jì)能對(duì)環(huán)境的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。</p><p>　?。?）、數(shù)字溫度計(jì)要能夠?qū)崟r(shí)顯示環(huán)境的溫度信息，使用戶及時(shí)了解到環(huán)境溫度情況。</p><p>　?。?）、數(shù)字溫度計(jì)能夠在

31、程序跑飛的情況下自動(dòng)重啟，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行正確的測(cè)量。</p><p>　　本電路是由AT89C52單片機(jī)為控制核心，具有與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節(jié)可編程閃存，工作電壓范圍為2.7～6V，全靜態(tài)工作頻率為0～24MHZ；顯示電路由1602液晶顯示模塊芯片，可以進(jìn)行多行顯示；溫度報(bào)警按鍵設(shè)為五個(gè)，可以顯示華氏溫度，調(diào)節(jié)高低報(bào)警溫度；溫度傳感器電路主要由DS18B20測(cè)溫器件構(gòu)成，該

32、器件主要功能有：采用單總線技術(shù)；每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)立的不可修改的64位序列號(hào)；低壓供電，電源范圍為3～5V；測(cè)溫范圍為-20℃～+125℃，誤差為±0.5℃；復(fù)位電路是10K電阻構(gòu)成的上電自動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　采用AT89C52單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)相比有兩大優(yōu)勢(shì)：第一，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用閃存，使程序的寫(xiě)入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個(gè)硬件電路的體積更小，且管腳

33、數(shù)目為20個(gè)，與MCS-51相比減少一倍，使理解更容易。</p><p>　　采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20的內(nèi)部3腳（或8腳）封裝；使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號(hào)；3.0～5.5V的電源供電方式和寄生電源供電方式；ROM由64位二進(jìn)制數(shù)字組成，共分為8個(gè)字節(jié)；RAM由9個(gè)字節(jié)的高速暫存器和非易失性電擦寫(xiě)ROM組成。</p><p>　　基于DS18B20的

34、性能，器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小。</p><p><b>　　八、課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)將近兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說(shuō)，還是高興的。雖然沒(méi)有做實(shí)物，但是能夠仿真出來(lái)，對(duì)我來(lái)說(shuō)，還是一個(gè)不小的進(jìn)步。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程

35、中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，雖然以前還做過(guò)這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫(xiě)過(guò)幾次程序，但我覺(jué)的寫(xiě)好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。 從這一次制作過(guò)程的心得體會(huì)當(dāng)中，我意識(shí)到在以后的設(shè)計(jì)中我還需要做到再細(xì)心、再耐心、再專心?；叵霃闹谱鏖_(kāi)始到結(jié)束，沒(méi)有哪一步不是注入了

36、自己的心血，心情就激動(dòng)不已，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我感到，基礎(chǔ)知識(shí)一定要扎實(shí)，沒(méi)有完全的融會(huì)貫通的基礎(chǔ)知識(shí)就無(wú)法將設(shè)計(jì)進(jìn)行下去，所以我在以后的生活和學(xué)習(xí)中一定要注重基礎(chǔ)知識(shí)的積累和運(yùn)用。于此同時(shí)我還要增強(qiáng)自己的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用，將自己的課堂擴(kuò)展到整個(gè)生活當(dāng)中?？傊谶@次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我學(xué)習(xí)到了許多的知識(shí)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和改正，增強(qiáng)了我分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高了我獨(dú)立思考問(wèn)題，以及充分利用現(xiàn)有條件和同學(xué)