(毕业设计)数字温度计论文.doc
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1、(毕业设计)数字温度计论文数字温度计的设计摘 要温度是一种最基本的环境参数,人们生活与环境温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在工业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和控制具有重要的意义。本论文介绍了一种以单片机为主要控制器件,以DS18B20为温度传感器的新型数字温度计。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要包括主控制器,测温控制电路和显示电路等,主控制器采用单片机AT89C52,温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20,显示电路采用8位共阴极LED数码管,ULN2803A为驱动的动态扫描直读显示。测温控制电路由温度传感器和预置温度
2、值比较报警电路组成,当实际测量温度值大于预置温度值时,发出报警信号,即发光二极管亮。系统程序主要包括主程序,测温子程序和显示子程序等。DS18B20新型单总线数字温度传感器是DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器, 集温度测量和 A /D转换于一体 ,直接输出数字量,具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。由于采用了改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,与传统的温度计相比,本数字温度计减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。DS18B20温度计还可以在高温报警、远距离多点测温控制等方面进行应用开发,具有很好的发展前景。此外,还介绍了系统的调试和性能分析。关
3、键词:显示电路,单片机,AT89C52,温度传感器,DS18B20 ,单总线The Design of DS18B20 Digit ThermometerABSTRACTTemperature is a basic parameters of the environment, peoples lives and the environment are closely related to temperature. in the course of industrial production immediate need for temperature measurement in indust
4、rial production has to do with temperature measurement, The study of the temperature measurement and control is of great significance. Thepaperintroduced one kindnewdigital thermometer that take the Micro Controller Unit as the primary control component and takeDS18B20 as the temperaturesensor. Main
5、lyincluded the design of the hardware electric circuit and the design of the system program .The hardware electric circuit mainly included the master controller, the temperature measured electric circuit and the display circuit and so on, the master controller used Micro Controller Unit AT89C52, the
6、 temperature sensor used DS18B20 which the American DALLAS semiconductor companyproduces, the display circuit used 8 altogether anodes LED numerical code tube by the dynamic scanningmethod straight to read the demonstration.ULN2803A-driven dynamic scan showed straight time. Temperature control circu
7、it from temperature sensors and preset temperature value compared alarm circuit components, When measured temperature greater than preset temperature value, issued warning signal that the bright light emitting diodes. The system program mainly included the master routine, the temperature subroutine,
8、 the data renovatessubroutine and so on. DS18B20 is a digital temperature sensor of single bus .It is producted by DALLAS cooperation . DS18B20 assembles temperature measure and A /D converter, exports digital signal directly, operation easily, better precise, protecting disturb, running steably and
9、 so on.Because used the advanced version intelligence temperaturesensor DS18B20 as the examinepart, compared with the traditional thermometer, this digital thermometer reduced the exterior hardware electric circuit, has characteristic that the low cost and was easy to use. The DS18B20 thermometer al
10、so may usedtothehigh temperaturewarning, the long-distance range multi- spots temperaturemeasured aspect and so on temperature control carries on the applicationdevelopment, has the very good prospects for development. In addition, introduced the system debugging and the performance analysis. KEY WO
11、RDS: Display Circuit, Microcontroller Unit , AT89C52,Temperature Sensor, DS18B20,1-Wire目 录前言0第1章 设计任务及方案分析11.1 设计任务及要求11.2 设计总体方案及方案论证11.3 温度测量的方案与分析11.3.1 芯片选择21.3.2 实现方法简介21.3.3 测温流程图2第2章 芯片功能简介32.1 AT89C52的功能简介32.1.1 AT89C52芯片简介32.1.2 引脚功能说明32.2 DS18B20的功能简介82.2.1 芯片简介82.2.2 DS18B20外形和内部结构82.2.3
12、DS18B20的工作时序122.2.4 DS18B20与单片机的典型接口设计152.2.5 DS18B20的各个ROM命令16第3章 系统硬件电路的设计183.1 主控制电路和测温控制电路原理图183.2 驱动电路模块原理图193.3 显示模块原理图20第4章 软件编程调试及性能分析214.1 主程序流程图214.2 主程序224.3 温度子程序254.3.1 DS18B20复位子程序254.3.2 读DS18B20子程序274.3.3 写DS18B20子程序284.3.4 比较报警子程序304.3.5 按键子程序314.4 显示子程序314.5 调试性能分析和注意事项334.5.1 调试性能
13、分析334.5.2 DS18B20使用中的注意事项34结论35参考文献36致谢37附录38前言日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制,在冶金、食品加工、化工等工业生产过程中,广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等,都要求对温度进行严格控制。在日常生活中,电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等电器也需要进行温度检测与控制。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部硬件支持,硬件电路复杂,软件调试复杂,制作成本高。而采用单片机对温度进行控制,不仅具有控制方便,简单和灵活等优点,而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。测量温度的关键是
14、温度传感器,温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向发展。在测温电路中,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,将随被测温度变化的电压或电流采集过来,先进行A/D转换,然后用单片机进行数据的处理,再在显示电路上,将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换电路,因此感温电路的设计比较复杂。进而想到采用智能温度传感器来设计数字温度计。本数字温度计的设计采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,其温度值可以直接被读出来,通过核心器件单片机AT89C52控制温度的读写和显示,用LED数码管显示。测温范围为5512
15、5,最大分辨率可达0.0625。而且采用3线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。 按照系统设计功能的要求,确定系统有5个模块组成:主控制器、温度传感器DS18B20、报警电路、按键预置温度值电路及显示电路。控制器使用AT89C52,温度传感器使用DS18B20,用8位共阴极LED数码管以动态扫描法实现温度显示。系统程序主要包括主程序、温度控制子程序及显示子程序等等。综上所述,本设计以智能集成温度传感器DS18B20为例,介绍基于DS18B20传感器的数字温度计的设计,该设计适用于人们的日常生活及工农业生产中用于温度的检测及控制。第1章 设计任务及方案分析1.1 设计
16、任务及要求设计一个以单片机为核心的温度测量系统,可实现的功能为:(1)测量温度值精度为1。(2)系统允许的误差范围为1以内。(3)系统可由用户预设温度值,测温范围为55125。(4)超出预置值时系统会自动报警,即发光二极管亮。(5)系统具有数码显示功能,能实时显示设定温度值和测得的实际温度值。1.2 设计总体方案及方案论证在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制,传统的测温元件有热电偶和热点阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部硬件支持,硬件电路复杂,软件调试复杂,制作成本高。 本数字温度计设计采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出
17、的一种改进智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测温范围为55125,最大分辨率可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测量的温度值,而采用3线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。 按照系统设计功能的要求,确定系统由5个模块组成:主控制器AT89C52,温度传感器DS18B20,报警电路,按键电路及驱动显示电路。数字温度计总体电路框图如图1-1所示。1.3 温度测量的方案与分析1.3.1 芯片选择本设计的测温系统采用芯片DS18B20, DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器,它的体积更小、适用电压更宽、更经济,DS18B20是世界上第一
18、片支持“一线总线”接口的温度传感器,具有一线总线独特而且经济的特点。采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测温范围为55125,最大分辨率可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测量的温度值,而且采用3线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。1.3.2 实现方法简介DS18B20采用外接电源方式工作,一线测温的一线与AT89C52的P3.7连接并加上上拉电阻使其工作,测出的数据存放在寄存器10H-12H中,将数据经过BCD码转换后送LED显示。具体实现步骤见软件设计章节。主控制器AT89C52驱动显示电路按键电路报警电路DS18B20图1-1 总体电路框
19、图1.3.3 测温流程图初始化跳过ROM匹配数码管显示温度变换读暂存器 转换成显示码延时1S跳过ROM匹配图1-2 测温流程图第2章 芯片功能简介2.1 AT89C52的功能简介2.1.1 AT89C52芯片简介AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电平,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM ),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,32个可编程I/O口线, 3个16
20、位定时/计数器, 低功耗空闲和掉电模式。功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。2.1.2 引脚功能说明(1)VCC:电源电压(2)GND:地(3) P0口: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,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复位,在访问期间激活内部上拉电阻。(4)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(吸收或输出电流)4个TTE逻辑门电路。对端口写“1”,通过
21、内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ILL)。与AT89C51不同之处是,P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P 1.0/T2)和输入(P 1.1/T2EX ),参见表4-1。 Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。表4-1 P1.0和P1.1的第二功能引 脚 号 功能特性P1.0T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入),时钟输出P1.1T2EX(定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制)(5)P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸
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