數(shù)字溫度計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課題名稱： 數(shù)字顯示溫度計(jì) </p><p>　　一、   設(shè)計(jì)任務(wù)目的</p><p>　　隨著科技的不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機(jī)來對這些被控參數(shù)進(jìn)行控制已成為當(dāng)今的主流。本文介紹了數(shù)字溫度測量及自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。它的主要組成部分有：AT8

2、9S51單片機(jī)、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。它可以實(shí)時的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對溫度的自動控制。通過測試表明，本設(shè)計(jì)對溫度的控制有方便、簡單的特點(diǎn)，從而大幅提高了被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　二、  設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　正常工

3、作溫度范圍： 5℃~60℃</p><p><b>　　溫度誤差：<1℃ </b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案選取與論證</b></p><p><b>　　方案論證</b></p><p>　　方案比較，設(shè)計(jì)和論證</p><p>&l

4、t;b>　　1溫度傳感器的選擇</b></p><p>　　1.1 采用模擬集成溫度傳感器</p><p>　　集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小

5、、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。  </p><p>　　1.2 采用數(shù)字單片智能溫度傳感器</p><p>　　智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU).可以脫離微控制器單獨(dú)工作,自行構(gòu)成一個溫控儀

6、。測量溫度范圍為 -55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內(nèi),精度為0.5℃。DS18B20的精度較差為±0.2℃ 。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。</p><p>　　由于DS18B20將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單片機(jī)連接簡單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用

7、DS18B20。</p><p><b>　　2 顯示器的選擇</b></p><p>　　2.1 LED顯示器</p><p>　　采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼LED顯示器。LED雖然價格便宜，但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被LCD所取代。</p><p>　　2.2 LCD液晶屏</p><p>

8、;　　采用LCD液晶屏進(jìn)行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要2～3伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　雖然LCD顯示器的價格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)今顯示器的主流，所以采用LCD 作為顯示器。&

9、lt;/p><p><b>　　3 單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　3.1 采用凌陽單片機(jī)</p><p>　　利用凌陽單片機(jī)有一定的好處凌陽的優(yōu)勢是硬件性能，抗干擾能力強(qiáng)，但凌陽單片機(jī)我們沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這對于剛接觸單片機(jī)的我們來說不是很容易上手，其價格也要比89S51昂貴一些，因此我們并沒有將其作為首選。</p>&l

10、t;p>　　3.2 采用AT89S51單片機(jī)</p><p>　　51的優(yōu)點(diǎn)是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51單片機(jī)是最理想的選擇。MCS51有極好兼容性所以用AT89S51。</p><p><b>　　原理框圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)基本方框圖</b></p&g

11、t;<p>　　系統(tǒng)框圖主要由主控制器、單片機(jī)復(fù)位、報警按鍵設(shè)置、時鐘振蕩、LED顯示、溫度傳感器組成。</p><p><b>　　1. 主控制器</b></p><p>　　單片機(jī)AT89C52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。</p>&l

12、t;p><b>　　2. 顯示電路</b></p><p>　　顯示電路采用LED液晶顯示數(shù)碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用口資源比較少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的發(fā)送和接收，四只數(shù)碼管采用74LS164右移寄存器驅(qū)動，顯示比較清晰。</p><p><b>　　液晶顯示接口電路&

13、lt;/b></p><p><b>　　3. 溫度傳感器</b></p><p>　　溫度傳感器采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器。DS18B20輸出信號全</p><p>　　數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，在0—100 攝氏度時，最大線形偏差小于1 攝氏度，采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸，可直接與計(jì)算機(jī)連接。</

14、p><p>　　用AT89C52芯片控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報警溫度。獲得的數(shù)據(jù)可以通過MAX232芯片與計(jì)算機(jī)的RS232接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　溫度傳感器接口</b></p><p><b>　　4、時鐘

15、振蕩電路</b></p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的時鐘是采用時鐘芯片DS1302，其接口原理圖如下圖9所示：</p><p><b>　　時鐘接口電路</b></p><p><b>　　單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　89C52單片機(jī)的介紹</p><

16、p>　　89C52單片機(jī)最初是由Intel 公司開發(fā)設(shè)計(jì)的，但后來Intel 公司把51 核的設(shè)計(jì)方案賣給了幾家大的電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出現(xiàn)了各式各樣的但均以51 為內(nèi)核的單片機(jī)，倒是Intel 公司自己的單片機(jī)卻顯得遜色了。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容51 指令、并在51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與51 一致的。</p><p>　　

17、89C52有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計(jì)數(shù)器。89C52的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)組成。</p><p>　　89C52單片機(jī)的基本組成框圖見下圖。</p><p>　　89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　由圖4-1可見，8051單

18、片機(jī)主要由以下幾部分組成：</p><p><b>　　1. cpu系統(tǒng)</b></p><p>　　8位cpu，含布爾處理器；</p><p><b>　　時鐘電路；</b></p><p><b>　　總線控制邏輯。</b></p><p><

19、b>　　2. 存儲器系統(tǒng)</b></p><p>　　4K字節(jié)的程序存儲器（ROM/EPROM/Flash，可外擴(kuò)至64KB）；</p><p>　　128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（RAM，可再外擴(kuò)64KB）；</p><p>　　特殊功能寄存器SFR。</p><p>　　3. I/O口和其他功能單元</p><

20、;p><b>　　4個并行I/O口；</b></p><p>　　2個16位定時計(jì)數(shù)器；</p><p>　　1個全雙工異步串行口；</p><p>　　中斷系統(tǒng)（5個中斷源，2個優(yōu)先級）。</p><p>　　4.1.1 89C52單片機(jī)主要特性</p><p>　　1. 一個8 位的微處

21、理器(CPU)。</p><p>　　2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機(jī)最多提供1K 的RAM。</p><p>　　3. 片內(nèi)程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢

22、是將RAM 和ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的89 系列單片機(jī)分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。</p><p>　　4. 四個8 位并行I／O 接口P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。</p><p>　　5. 兩個定時器／計(jì)數(shù)器，每個定時器／計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，

23、用</p><p>　　以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的52 系列單片機(jī)都會提供3 個16 位定時器/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有9 個中斷源。</p><p>　　7. 一個全雙工UA

24、RT(通用異步接收發(fā)送器)的串行I／O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。</p><p>　　8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá)40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。</p><p>　　4.1.2 89C52單片機(jī)管腳圖</p><p>　　8

25、9C52單片機(jī)管腳圖</p><p><b>　　部分引腳說明：</b></p><p>　　1. 時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2：</p><p>　　XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。<

26、;/p><p>　　要檢查8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。</p><p>　　XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。</p><p>　　控制信號引腳RST,ALE,PSEN 和EA：</p><p&g

27、t;　　RST/VPD(9 腳)：RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。當(dāng)主電源Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將＋5V 電源自動兩個機(jī)器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。RST 引腳的第二功能是VPD,即接入RST 端，為RAM 提供備用電源，以保證存儲在RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。</p><p>　　ALE/PROG(30

28、 腳)：地址鎖存允許信號端。當(dāng)8051 上電正常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fOSC 的1/6。CPU 訪問片外存儲器時，ALE 輸出信號作為鎖存低8 位地址的控制信號。</p><p>　　平時不訪問片外存儲器時，ALE 端也以振蕩頻率的1/6 固定輸出正脈沖，因而ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果想確定8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有

29、脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，則8051/8031 基本上是好的。</p><p>　　ALE 端的負(fù)載驅(qū)動能力為8 個LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)負(fù)載。</p><p>　　此引腳的第二功能PROG 在對片內(nèi)帶有4KB EPROM 的8751 編程寫入(固化程序)時，作為編程脈沖輸入端。</p><p>　　PSEN(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。

30、在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接EPROM 的OE 端(見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖)。PSEN 端有效，即允許讀出EPROM／ROM 中的指</p><p>　　令碼。PSEN 端同樣可驅(qū)動8 個LS 型TTL 負(fù)載。要檢查一個8051/8031 小系統(tǒng)上電后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。如有則說明基本

31、上工作正常。</p><p>　　EA/Vpp(31 腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)EA 引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)EPROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，但當(dāng)PC(程序計(jì)數(shù)器)的值超過0FFFH(對8751/8051 為4K)時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號EA 引腳接低電平(接地)時，CPU 只訪問外部EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指

32、令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無片內(nèi)ROM 的8031 或8032,需外擴(kuò)EPROM，此時必須將EA 引腳接地。此引腳的第二功能是Vpp 是對8751 片內(nèi)EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12V～21V)的輸入端。</p><p>　　3. 輸入/輸出端口P0/P1/P2/P3：</p><p>　　P0口(P0.0～P0.7，39~32 腳)：P0口是一個漏極開路的

33、8 位準(zhǔn)雙向I/O口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8 個LS 型TTL 負(fù)載。當(dāng)P0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器(地址80H)寫入全1,此時P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在CPU 訪問片外存儲器時，P0口分時提供低8 位地址和8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。</p><p>　　P1口(P1.0～P1.7，1~8 腳)

34、：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P1口每位能驅(qū)動4 個LS 型TTL 負(fù)載。在P1口作為輸入口使用時，應(yīng)先向P1口鎖存地址(90H)寫入全1,此時P1口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。</p><p>　　P2口(P2.0～P2.7，21~28 腳)：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P口每位能驅(qū)動4個LS 型TTL 負(fù)載。在訪問片外EPROM/RAM 時，它輸出高8 位地址。&

35、lt;/p><p>　　P3口(P3.0～P3.7，10~17 腳)：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P3口每位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3口與其它I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下：</p><p>　　P3.0：(RXD)串行數(shù)據(jù)接收。</p><p>　　P3.1：(RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。</p><

36、p>　　P3.2：(INT0#)外部中斷0輸入。</p><p>　　P3.3：(INT1#)外部中斷1輸入。</p><p>　　P3.4：(T0)定時/計(jì)數(shù)器0的外部計(jì)數(shù)輸入。</p><p>　　P3.5：(T1)定時/計(jì)數(shù)器1的外部計(jì)數(shù)輸入。</p><p>　　P3.6：(WR#)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。</p>

37、<p>　　P3.7：(RD#)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。</p><p><b>　　四、制作及調(diào)試過程</b></p><p>　　將溫度傳感器與冰水混合物接觸，經(jīng)過充分?jǐn)嚢柽_(dá)到熱平衡后調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使顯示讀數(shù)為0.00(標(biāo)定0℃)；利用氣壓計(jì)讀出當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)，并根據(jù)大氣壓強(qiáng)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣扔?jì)算出當(dāng)時的實(shí)際壓強(qiáng)；根據(jù)沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的關(guān)系查出沸點(diǎn)溫度。把溫度傳感

38、器放入沸水中，待顯示讀數(shù)穩(wěn)定后重新調(diào)節(jié)，使顯示器顯示讀數(shù)等于當(dāng)?shù)禺?dāng)時沸點(diǎn)溫度后工作結(jié)束。該溫度計(jì)的量程為-50℃～150℃，讀數(shù)精度為0.1℃，實(shí)際使用一般在0℃～100℃。采用0℃～50℃和50℃～100℃的精密水銀溫度計(jì)作檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)計(jì)的溫度計(jì)進(jìn)行測試，其結(jié)果表明能達(dá)到該精度要求。</p><p><b>　　五、結(jié)論</b></p><p>　　作為一名電子信

39、息工程的大四學(xué)生，我覺得做單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是很有意義的，而且也是必要的。在做這次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的實(shí)際資料是十分必要的，也是必不可少的。</p><p>　　其次，在這次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用了所學(xué)的專業(yè)課知識，如：匯編語言、模擬和數(shù)字電路知識等，自學(xué)了porters仿真。學(xué)了雖然過去我從未獨(dú)立應(yīng)用過他們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效

40、率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。</p><p>　　最后，要做好一個課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時，不能妄想一次將整個程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，這樣為資料的保留和交流提供了方便；在設(shè)計(jì)中遇到的問題要記錄，以免下次遇到同樣的問題。&