数字温度计的设计毕业论文.doc
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1、郑州大学西亚斯国际学院本科毕业论文(设计) 题 目 数字温度计的设计 指导教师 白银生 职称 讲师 学生姓名 万帅 学号 20081521134 专 业电子信息工程 班级 电信(1)班 院 (系) 电子信息工程学院电子信息工程 完成时间 2012年4月30号 数字温度计的设计摘要本文综述了数字温度计的设计与制作过程,详细介绍了设计制作一个完整的数字温度计需要做的前期准备和制作过程。通过对题目的透彻理解以及所要设计的产品的各项性能功能,决定用单片机作为控制内核,其次主要用温度传感器DS18B20,及其他主要电路配合下设计出一套完整的硬件系统和一套满足设计要求的软件系统,最后得到了一款基于AT89
2、S52单片机控制的数字温度计。本温度计属于多功能温度计,设计不仅实现了用LCD1602显示器显示温度,而且可以同步显示时间日历,日期和时间都可通过按键校整,以及可以设置上下报警温度,当温度不再设置范围内时,可以报警。关键词:AT89S52 单片机;数字温度传感器 DS18B20;显示器LCD1602;THE DIGITAL THERMOMETER DESIGNAbstractDigital thermometer was reviewed in this paper the design and manufacture process, detailed introduces the desi
3、gn of a complete digital thermometer need to do preparation and production process. Through the thorough understanding of subject and the design products of various performance function, decided to use single chip microcomputer as control core, second main use temperature sensor DS18B20, and other m
4、ain circuit design with a complete set of hardware system and a set of software system to meet the design requirements, and finally got a AT89S52 SCM control based on the digital thermometer. The thermometer belongs to the multi-function thermometer, designed with LCD1602 display shows temperature a
5、nd time to modify functions, the year, month, day and week display function and can be set up and down the temperature alarm, when the temperature is no longer set range, you can call the police.KEY WORDS:AT89S52 single-chip microcomputer; Digital temperature sensor DS18B20; Display LCD1602.目录中文摘要Ab
6、stract 第一章 绪论11.1 选题背景11.2 数字温度计简介21.2.1数字温度计的特征21.2.2设计实现的目标2第二章 数字温度计的设计方案22.1 设计方案论证与比较2 2.1.1 显示电路方案2 2.1.2 测温电路方案32.2 系统总体方案3第三章 数字温度计的硬件电路的设计43.1 系统硬件框图.432 控制电路4 3.2.1 单片机AT89S52芯片的功能特性4 3.2.2 最小系统模块6 3.2.3 系统模块分析6 3.2.4 单片机的复位电路7 3.2.5单片机的晶振电路83.2 温度传感器设计9 3.2.1 DS18B20 简介9 3.2.2 温度传感器与单片机的连
7、接12 3.3 单片机与报警电路123.4 显示电路133.4.1 LCD液晶显示模块133.4.2LCD1602液晶显示屏143.4.3液晶显示器的工作原理153.5 掉电充电电路163.6系统整体硬件电路17第四章 软件设计184.1主程序设计184.2 键盘子程序设计204.3 温度子程序224.4 显示子程序设计 24第五章 数据测试25结束语25致谢26参考文献26附录一 源程序代码27第一章 绪论1.1选题背景国际上从20世纪70年代开始,国内自80年代开始,单片机的应用十分广泛。目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹,对各个行业的技术改造和产品智
8、能化的更新换代起着重要的推动作用,而现在最受关注的是单片机广泛用于各种实时测控系统中,对于控制过程中的各种物理参数(如转速,位移,压力,流量,温度等)进行测量和控制.将测量技术,自动控制技术和计算机技术相结合,充分发挥数据处理和实时控制功能,使系统工作在最佳状态,提高系统的生产效率和产品的质量。所以日常生活中各种控制系统都可以使用单片机作为控制器。例如近年来家用电器涉及千家万户,生产规模大。如全自动洗牙机,热水器,高级音响设备和电子游戏机等,配上微电脑后其身价更是提高百倍,深得用户的欢迎。廉价的单片机微机在家用电器中应用前途十分广阔。此外,单片机在工商,金融,科研,教育,国防航天等领域都有着十
9、分广泛的用途。综上所述单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统,以前必须由模拟电路和数字电路实现的大部分功能,现在能用单片机通过软件方法实现了。随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现。能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻作为温度敏感元件。热敏电阻的成本低,但需后续信号处理电路,而且可靠性相对较差,测温准确度低,检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比,该设计的数字温度计具有读数方便,测温范围广,测温精确,数字显示,适用范围宽等特点。选用AT89S52单片机作为主控制器件,DS18B20作为温度传感器通过LCD1602并行传送数据,实现温度显示。
10、通过DS18B20直接读取被测温度值,进行数据转换,该器件的物理化学性能稳定,线性度较好,在-55125最大线性偏差小于0.1。该器件可以直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。另外,该温度计还能直接采用测温器件测量温度,从而简化数据传输与处理过程。1.2 数字温度计简介1.2.1 数字温度计的特征温度是我们日常生产和生活中实时接触到的物理量,但是它是看不到的,仅凭感觉只能感觉到大概的温度值。数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器(如铂电阻,热电偶,半导体,热敏电阻等),将温度的变化转换成电信号的变化,如电压和电流的
11、变化,温度变化和电信号的变化有一定的关系,如线性关系,一定的曲线关系等,这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号,数字信号再送给处理单元,如单片机或者PC机等,处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来,成为可以显示出来的温度数值,如25.0摄氏度,然后通过显示单元,如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温。1.2.2 设计实现的目标1) 测温基本范围-55125。2) 测温精度误差小于或等于0.5。3) 超温报警(2030)。4) LCD屏幕显示实时温度,时间,日期。5) 四个按键可以对时间,日期进行调整。第二
12、章 数字温度计的设计方案2.1 设计方案论证和比较2.1.1 显示电路方案 方案一: 用动态数码管显示采用七段LED数码管,采用动态显示的方法来显示各项指标,该方案价格成本低,但是显示单一,不具有灵活性,且功耗较大。 方案二:采用1602LCD液晶显示采用该液晶显示,此方案显示内容丰富,灵活性较好,价格不贵,且功耗相对较小。综合上述原因,采用方案二。2.1.2 测温电路方案 方案一: 采用模拟温度传感器测温本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用它们的感温效应,把被测温度的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,用单片机进行数据处理,被测温度就能够在显示电路中显示出来。但是这种设计需要用
13、到A/D转化电路,感温电路比较麻烦。 方案二:采用数字温度传感器在单片机的设计电路中,大多都是使用传感器,所以可以采用温度传感器DS18B20,此传感器可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,电路简单,软件设计也比较简单,满足设计要求。 综合上述原因,采用方案二2.2 系统总体方案根据上述方案之间的比较,结合题目可以将系统分文主控模块,温度采集模块,显示模块,其框图如下:MCUDS18B20温度采集模块报警电路显示模块掉电保护电路看门狗第三章 数字温度计的硬件电路的设计3.1 系统硬件框图单片机AT89S52开关电路复位电路DS18B20温度采集模块报警电路显示模块按键输入电路时钟电路掉电保护
14、电路3.2 控制电路3.2.1单片机AT89S52芯片的功能特性主要性能1)与Mcs-51单片机兼容 2)8k字节在系统可编程Flash存储器 3)1000次擦写周期 4)全静态操作:0Hz33Hz 5)三级加密程序存储器 6)32个可编程I/O口线 7)三个16位定时器/计数器 8) 八个中断源9) 全双工UART串行通道10)低功耗空闲掉电模式11) 掉电后中断可唤醒12)看门狗定时器13) 双数据指针14) 掉电标识符AT89S52是一种低功耗,高性能的CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程flash存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80c51产品指令和引
15、脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统中可编程,亦适用于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程flash,使得ATS89S52位众多嵌入式控制应用系统提供高灵活,有效的解决方案。ATS89S52具有以下功能标准功能:8K字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及实时时钟。另外,ATS89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM,定时器/计数器,串口,中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振
16、荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。 3.2.2 最小系统模块3.2.3系统模块分析在本系统中,最小系统模块居于非常重要的地位。它是整个系统的中枢,系统运行所需的每个操作指令都要由其发出。它一方面控制着测温模块进行温度信息的采集和时钟信息,另一方面也控制着显示模块的工作。最重要的是,由测温模块所采集到的温度信息必须经由主控模块的处理才能在显示模块上显示,从而使整个系统进行正常的运转和工作。针对以上分析本系统主控模块中的单片机芯片采用了AT89S52芯片,此芯片功能强大,能够完全满足系统运行的需求。3.2.4 单片机的复位电路单片机复位时RESET需要保持96个晶振周期
17、的高电平(即需8个机器周期)。复位以后P0P3口输出高电平,堆栈指针SP指向07H,其他特殊功能寄存器和程序计数器PC清零。只要RESET保持高电平,AT89S52就会循环复位。RESET当由高电平变为低电平后,单片机从程序存储器0地址开始执行程序。但单片机复位不影响内部RAM的状态,包括工作寄存器R0R7。常见的复位电路有:上电复位电路和上电按钮复位电路,在本设计中均采用上电复位电路,对于微型单片机而言,复位是一项很重要的归零调整操作。该复位就是将高电平加到RESET引脚上,并保持时间超过两个机器周期以上,也就是2S如图2.3所示。 RESET复位电路3.2.5 单片机的晶振电路所谓的晶振电
18、路即指单片机的时钟电路。该电路通常有内部时钟电路和外部时钟电路。一般选用前者。单片机芯片内部有一个反相放大器构成的振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2,把XTAL1和XTAL2与外部石英晶体及两个电容连接起来可构成一个石英晶体振荡器如图2.4所示。时钟发生器是一个2分频电路。它把晶体振荡器的频率2分频后供给片内其他电路。一般电容C1和C2起到稳定振荡频率、快速起振的作用。晶振电路3.2 温度传感器设计3.2.1 DS18B20 简介引脚说明序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。3VDD可
19、选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。1)DS18B20简介(1)独特的单线接口方式:DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 (2)在使用中不需要任何外围元件。 (3)可用数据线供电,电压范围:+3.0 +5.5 V。 (4)测温范围:-55 +125 。固有测温分辨率为0.5 。 (5)通过编程可实现912位的数字读数方式。 (6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。 (7)支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点测温。(8)负压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。2)DS
20、18B20的测温原理DS18B20内部结构图DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:用1
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