數(shù)字溫度計的課程設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計是單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計，隨著時代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，學(xué)校，工作，科研等各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟，要求越來越高，需求越來越迫切的技術(shù),由于世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)競爭已經(jīng)成為各國經(jīng)濟(jì)實力和綜合國力的競爭，所以單片機(jī)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。又因為溫度計在實際生產(chǎn)和人們的

2、生活中都有廣泛應(yīng)用，為此我選擇了設(shè)計一個數(shù)字溫度計。本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，基本范圍-50℃~110℃，精度誤差小于0.5℃，LED數(shù)碼直讀顯示可以設(shè)置上下報警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時，可以報警。本設(shè)計以STC89C52單片機(jī)為核心，DS18B20數(shù)字式溫度傳感器為溫度傳感器，74HC573鎖存器及數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。單片機(jī)控制DS18B20進(jìn)行溫度采集，在接收到DS18B20傳回數(shù)據(jù)后進(jìn)

3、行處理，通過74HC573鎖存器及數(shù)碼管顯示實時溫度的動態(tài)顯示。由于采用的是可編程器件作為控制核心，與傳統(tǒng)的溫度計相比該溫度計具有示數(shù)直觀，精度可調(diào)，功能易擴(kuò)展等優(yōu)點。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 數(shù)字溫度計，單片機(jī)，DS18B20</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前言3</

4、b></p><p>　　1.1 設(shè)計概述3</p><p>　　2總體方案設(shè)計4</p><p>　　2.1方案選擇4</p><p>　　3單元模塊設(shè)計5</p><p>　　3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計5</p><p>　　3.2電路參數(shù)的計算及元器件的選

5、擇7</p><p>　　3.3各單元模塊的聯(lián)接9</p><p><b>　　4軟件設(shè)計10</b></p><p>　　4.1主要軟件設(shè)計流程10</p><p>　　4.2原理圖的繪制與仿真10</p><p>　　4.3單片機(jī)程序的調(diào)試與編譯11</p>

6、<p><b>　　5系統(tǒng)調(diào)試14</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)單片機(jī)程序的調(diào)試14</p><p>　　5.2系統(tǒng)電路的調(diào)試14</p><p>　　6系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)15</p><p>　　6.1系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能15</p><p>　　6.2系

7、統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析15</p><p>　　7 總結(jié)與體會16</p><p>　　8 參考文獻(xiàn)16</p><p>　　附錄1：數(shù)字溫度計的電路原理圖</p><p>　　附錄2：DS18B20測溫子程序</p><p><b>　　1前言</b></p><p&

8、gt;　　隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。</p><p><b>　　設(shè)計概述</b></p><p>　　本電路為一數(shù)字式溫度測量及顯示電路。

9、上電后系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度測量，并接收其傳回的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后通過數(shù)碼管以十進(jìn)制的形式顯示出實時溫度。</p><p><b>　　設(shè)計目標(biāo)</b></p><p>　　通過數(shù)字式溫度傳感器測溫，將電路設(shè)計為;</p><p>　　1）基本范圍-50℃~110℃</p>&l

10、t;p>　　2）精度誤差小于0.5℃</p><p>　　3）LED數(shù)碼直讀顯示</p><p>　　4）可以設(shè)定溫度的上下限報警功能</p><p><b>　　技術(shù)路線</b></p><p>　　該設(shè)計分為幾個模塊：電源模塊，測溫模塊，中央處理模塊及顯示模塊。完成各模塊原理圖及程序設(shè)計，連接各模塊電路，整體調(diào)

11、試，在51單片機(jī)開發(fā)板上驗證設(shè)計結(jié)果。</p><p><b>　　2總體方案設(shè)計</b></p><p><b>　　原理框圖</b></p><p>　　方案原理：該方案的各部分電源均由總電源供電，51單片機(jī)作為中央處理器及控制核心，控制數(shù)字溫度計采集溫度，數(shù)字溫度傳感器在采集到溫度后直接輸出數(shù)字量，傳給單片機(jī)進(jìn)行處理

12、，單片機(jī)將傳回的二進(jìn)制數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)溫度，由譯碼顯示電路以十進(jìn)制形式顯示在數(shù)碼管上。</p><p><b>　　3單元模塊設(shè)計</b></p><p>　　3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計</p><p>　　3.1.1 電源電路</p><p>　　電源的設(shè)計結(jié)構(gòu)如下：</p><p&

13、gt;<b>　　1電源電路框圖</b></p><p>　　圖3.2電源部分連線圖</p><p>　　電源電路中，CON1口接入經(jīng)變壓器降壓的低壓交流電，二極管D1、D2、D3、D4組成橋式整流電路，三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后再進(jìn)行一次濾波，發(fā)光二極管D5與電阻R1構(gòu)成電源工作指示電路，R1起限流作用。作為濾波電容的C1、C2、C3、C4取值均來自LM78

14、05器件資料中典型應(yīng)用電路。電路通過CON2口輸出穩(wěn)定+5V供給整個系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.2 中央處理電路</p><p>　　中央處理電路主要由時鐘振蕩電路，復(fù)位電路及STC89C52單片機(jī)構(gòu)成，中央處理電路控制數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行測溫并對傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再控制顯示電路將測得溫度顯示在數(shù)碼管上。</p><p>　　3.1.3 測溫電路

15、</p><p>　　測溫電路主要由數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成。測溫電路完成溫度的測量，將測得溫度以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式反饋給單片機(jī)進(jìn)行處理。</p><p>　　3.1.4 顯示電路</p><p>　　顯示電路主要由74HC573鎖存器及七段共陰數(shù)碼管構(gòu)成，實現(xiàn)數(shù)碼管對測得溫度值的動態(tài)顯示。</p><p>　　3.2電路參數(shù)的計算

16、及元器件的選擇</p><p>　　3.2.1 電源電路</p><p>　　根據(jù)輸入電壓、二極管的反向擊穿電壓、最大整流電流及慣例選擇1N4007作為整流二極管，根據(jù)LM7805元件資料上給出的典型應(yīng)用電路決定濾波電容容值：C1=3300uf、C2=0.22uf、C3=470uf、C4=0.1uf。</p><p>　　3.2.2 中央處理電路<

17、/p><p>　　中央處理電路主要由STC89C52單片機(jī)、時鐘振蕩電路及復(fù)位電路構(gòu)成。時鐘振蕩電路及復(fù)位電路的元件選擇均根據(jù)資料，無需計算。</p><p>　　3.2.3 測溫電路</p><p>　　測溫電路主要由數(shù)字溫度計DS18B20構(gòu)成，據(jù)其元件資料其數(shù)據(jù)端的上拉電阻應(yīng)取5kΩ左右，取標(biāo)稱值4.7kΩ。</p><p>　　3.

18、2.4 顯示電路</p><p>　　74HC573，數(shù)碼管選擇七段共陰數(shù)碼管。</p><p>　　3.2。5 STC89C52單片機(jī)</p><p>　　STC89C52單片機(jī)具有PDIP，TQFP和PLCC三種封裝形式。設(shè)計中采用的是PDIP封裝，其引腳排列如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 STC89C52單片機(jī)引腳

19、圖</p><p>　　3.2·6 DS18B20介紹</p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度計是單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點</p><p>　　1、DS18B20產(chǎn)品的特點</p><p>　?。?）、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。</p><p>　?。?）、在DS18B20中的每個器件上都

20、有獨一無二的序列號。</p><p>　　（3）、實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。</p><p>　　（4）基本范圍-50℃~110℃，精度誤差小于0.5℃</p><p>　?。?）LED數(shù)碼直讀顯示</p><p>　?。?）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。</p><p>　　2、DS18B20的引腳

21、介紹 </p><p>　　其引腳功能描述見表3.1。</p><p>　　表3.1　DS18B20詳細(xì)引腳功能描述</p><p>　　3.2.7 74HC573介紹</p><p>　　74HC573為八進(jìn)制三態(tài)輸出透明D鎖存器陣列，其引腳排列見圖3.7。74HC573內(nèi)部共有八路D鎖存器，每一路的邏輯圖見圖3.8。</p>

22、<p>　　圖3.7 74HC573引腳圖</p><p>　　圖3.7 74HC573邏輯圖</p><p>　　3.3各單元模塊的聯(lián)接</p><p><b>　　詳見附錄1</b></p><p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p>　　在本設(shè)計

23、中用到了三種軟件，一是Proteus 7 Professional，主要用于設(shè)計原理圖的繪制及電路仿真，二是Keil C51編譯系統(tǒng)，主要用于調(diào)試、編譯STC89C52單片機(jī)程序,三是STC-ISP V31，主要用于向單片機(jī)下載程序。</p><p>　　4.1主要軟件設(shè)計流程</p><p>　　圖4.1 主要軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　4.2原理圖的繪制

24、與仿真</p><p>　　在設(shè)計過程中我主要使用Proteus 7 Professional isis軟件完成系統(tǒng)原理圖的繪制與仿真。</p><p>　　使用Protues對電路進(jìn)行設(shè)計和實驗仿真的基本步驟是：</p><p>　　1、用虛擬器件在工作區(qū)建立電路；2、選定元件的模式、參數(shù)值和標(biāo)號；</p><p>　　3、連接信號源等虛擬

25、儀器；4、選擇分析功能和參數(shù)；</p><p>　　5、激活電路進(jìn)行仿真；6、保存電路圖和仿真結(jié)果。</p><p>　　Protues的操作流程介紹。首先，進(jìn)入Protues的設(shè)計頁面，按照設(shè)計框圖找出設(shè)計中所需要的基本器件，如圖4.2：</p><p>　　圖4.2 元器件的繪制與連線</p><p>　　原理圖畫好并設(shè)定參數(shù)后可點擊“運

26、行”按鈕進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真圖中元件各引腳電平變化及電路實現(xiàn)現(xiàn)象可以判斷設(shè)計是否正確，如圖4.3：</p><p>　　圖4.3 電路的仿真</p><p>　　4.3單片機(jī)程序的調(diào)試與編譯</p><p>　　STC89C52單片機(jī)程序的調(diào)試與編譯用到的編譯系統(tǒng)是Keil C51。</p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功

27、能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面?！?lt;/p><p>　　Keil C51工具包uVision是C51 for Windows的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。下面簡單介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)的使用。</p><p>　　首先，進(jìn)入Keil C51編譯系統(tǒng)，建立工程文件，編輯C語言源文件。如圖4.4：

28、 </p><p>　　圖4.4建立工程文件</p><p>　　然后，建立C語言源文件，寫入源代碼并進(jìn)行編譯、調(diào)試，如圖4.5：</p><p>　　圖4.5 建立C語言源文件，寫入源代碼并進(jìn)行編譯、調(diào)試</p><p>　　圖4.6 DS18B20溫度讀取程序流程圖</p><p>　　4.4單片機(jī)程序的下載&

29、lt;/p><p>　　將HEX文件下載到單片機(jī)使用的軟件是STC-ISP V31，在源代碼調(diào)試無錯誤之后生成HEX文件，將HEX文件下載到單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行實物調(diào)試，如圖4.7：</p><p>　　圖4.7 將HEX文件下載到單片機(jī)開發(fā)板</p><p><b>　　5系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)單片機(jī)

30、程序的調(diào)試</p><p><b>　　5.1.1調(diào)試目的</b></p><p>　　使單片機(jī)程序C語言源代碼能夠正常運行。</p><p><b>　　5.1.3調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　　當(dāng)程序無錯誤時，如圖5.1，就可以將程序下載到單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行實物調(diào)試。</p>

31、<p>　　圖5.1 單片機(jī)程序經(jīng)調(diào)試后無錯誤</p><p>　　5.2系統(tǒng)電路的調(diào)試</p><p><b>　　5.2.1調(diào)試方法</b></p><p>　　將程序下載到WEE-51單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行實物調(diào)試。</p><p><b>　　5.2.2調(diào)試結(jié)果</b></p>

32、;<p>　　將單片機(jī)開發(fā)板通過串口下載線與電腦相連，用STC-ISP V31將程序下載到單片機(jī)，經(jīng)過對程序的修改后得到結(jié)果如圖5.2:</p><p>　　圖5.2 將程序下載到單片機(jī)開發(fā)板的結(jié)果</p><p>　　調(diào)試成功，數(shù)碼管上顯示出了精確到十分位的實時溫度。</p><p>　　6系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) </p><p>

33、;　　6.1系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能</p><p>　　系統(tǒng)能夠通過DS18B20測量溫度，并將實時溫度顯示到數(shù)碼管，精確到十分位。且能動態(tài)響應(yīng)，當(dāng)溫度改變時數(shù)碼管溫度示值能立即改變，顯示相應(yīng)的溫度值。</p><p>　　6.2系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析</p><p>　　電源電路：4個1N4007作為整流二極管構(gòu)成橋式整流，濾波電容容值：C1=3300uf、C2=0.2

34、2uf、C3=470uf、C4=0.1uf。</p><p>　　中央處理電路：51系列單片機(jī)STC89C52作為中央處理電路的處理器。</p><p>　　測溫電路：數(shù)字溫度傳感器為DS18B20，其數(shù)據(jù)端的上拉電阻R3取標(biāo)稱值4.7kΩ。</p><p>　　顯示電路：顯示電路部分的鎖存器選擇八進(jìn)制三態(tài)輸出透明D鎖存器74HC573，數(shù)碼管選擇七段共陰數(shù)碼管。&

35、lt;/p><p>　　經(jīng)測試，系統(tǒng)測溫精度達(dá)到0.1℃，符合設(shè)計要求指標(biāo)。</p><p><b>　　7總結(jié)與體會</b></p><p>　　在這次的課程設(shè)計中，我做的設(shè)計課題是“數(shù)字溫度計”。數(shù)字溫度計是一個用途非常廣泛的電路，在很多地方都可以見到它們的身影，如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、生活中。我設(shè)計的這個數(shù)字溫度計能動態(tài)顯示實時溫度，示數(shù)直觀而且

36、通過改進(jìn)程序最大精度可以達(dá)到0.05℃，</p><p>　　本次的數(shù)字溫度計設(shè)計實踐將我們學(xué)到的知識應(yīng)用到了實踐，深化了我對單片機(jī)的設(shè)計，讓我們在設(shè)計的實踐中獲得了更多的知識，同時鍛煉了我們的動手能力。學(xué)習(xí)了理論知識和實踐操作，我們不僅僅得到的事課本上的東西，更重要的是我們通過自己的親自動手，還有老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)，讓我們知道了分析電路、設(shè)計電路的步驟以及計算機(jī)軟件輔助等。在實驗中涉及到了二極管、三端穩(wěn)壓器、

37、電容、鎖存器、數(shù)碼管等的使用，加深了我對單片機(jī)的理解，同時加深了我對幾種元件的使用的認(rèn)識。</p><p>　　設(shè)計一開始不知道如何下手，經(jīng)過廣泛的查閱資料，我找到了很多有用的信息，為我的設(shè)計帶來了很多方便。通過這個設(shè)計讓我得到了很多，很多事情做不做得好是回事，關(guān)鍵是自己要親自去實踐，親自動手做，要善于思考總結(jié)。我自知這次的設(shè)計有很多不足之處，盡管我們很努力，但效果卻不是很好，平時很多東西學(xué)得也不是很透徹，我覺得

38、做課程設(shè)計從每一個細(xì)節(jié)都在鍛煉著我們。通過這次課程設(shè)計，我收獲頗多，我深切體會到了把知識轉(zhuǎn)換為實踐的快樂。</p><p><b>　　8參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社.2006</p><p>　　[4] 賈更新.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗設(shè)計與仿真[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，20

39、06，10</p><p>　　[5] 譚浩強(qiáng)，C程序設(shè)計[M].第3版.北京：清華大學(xué)出版社2005,7</p><p>　　附錄1：系統(tǒng)的電路原理圖</p><p>　　附錄2：DS18B20測溫子程序</p><p>　　void dsreset(void) //發(fā)送DS18B20復(fù)位與初始化命令</p>&l

40、t;p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p><b>　　DS=0;</b></p><p><b>　　i=103;</b></p><p>　　while(i>0)i--;</p&

41、gt;<p><b>　　DS=1;</b></p><p><b>　　i=4;</b></p><p>　　while(i>0)i--;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　bit tmpreadbit(void) /

42、/讀一位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p><b>　　bit dat;</b></p><p>　　DS=0;i++; //i++用于延時</p><p>

43、　　DS=1;i++;i++;</p><p><b>　　dat=DS;</b></p><p>　　i=8;while(i>0)i--;</p><p>　　return (dat);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　uchar tmpr

44、ead(void) //讀一字節(jié)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j,dat;</p><p><b>　　dat=0;</b></p><p>　　for(i=1;i<=8;i++)</p><p><b>

45、;　　{</b></p><p>　　j=tmpreadbit();</p><p>　　dat=(j<<7)|(dat>>1); //讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個字節(jié)在DAT里</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(dat);<

46、/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void tmpwritebyte(uchar dat) //寫一字節(jié)到DS18B20 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p>

47、;<b>　　uchar j;</b></p><p>　　bit testb;</p><p>　　for(j=1;j<=8;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　testb=dat&0x01;</p><p>　　dat=da

48、t>>1;</p><p>　　if(testb) //寫1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DS=0;</b></p><p><b>　　i++;i++;</b></p><p><b&g

49、t;　　DS=1;</b></p><p>　　i=8;while(i>0)i--;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　DS

50、=0; //寫0</p><p>　　i=8;while(i>0)i--;</p><p><b>　　DS=1;</b></p><p><b>　　i++;i++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&

51、lt;b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void tmpchange(void) //DS18B20 開始轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dsreset();</p><p>

52、<b>　　delay(1);</b></p><p>　　tmpwritebyte(0xcc); // 尋址總線上所有的驅(qū)動器</p><p>　　tmpwritebyte(0x44); // 開始單個溫度轉(zhuǎn)化}</p><p>　　uint tmp() //獲取溫度子程序</p><p&

53、gt;<b>　　{</b></p><p><b>　　float tt;</b></p><p>　　uchar a,b;</p><p>　　dsreset();</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p>　　tmpw

54、ritebyte(0xcc);</p><p>　　tmpwritebyte(0xbe);</p><p>　　a=tmpread();</p><p>　　b=tmpread();</p><p><b>　　temp=b;</b></p><p>　　temp<<=8;

55、 //兩字節(jié)組成一個整型變量 </p><p>　　temp=temp|a;</p><p>　　tt=temp*0.0625;</p><p>　　temp=tt*10+0.5;</p><p>　　return temp;</p><p><b>　　}</b></p>

56、;<p>　　void readrom() //讀序列</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar sn1,sn2;</p><p>　　dsreset();</p><p><b>　　delay(1);</b></p>&