单片机课程设计（论文）-基于单片机的数字温度计设计

辽 宁 工 业 学 院单片机课程设计（论文）题目： 数字温度计设计 院（系）：电子与信息工程学院专业班级： 电子081 学 号： 指导教师： 教师职称： 讲师 起止时间：2011.07.042011.07.10辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 论 文课程设计（论文）任务及评语（院系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程教研室学 号学生姓名专业班级电子081班课程设计（论文）题目数字温度计课程设计（论文）任务任务和要求：1、采用单片机设计数字温度计，温度测量范围-25502、测量误差小于0.13、具有LED数码显示功能设计内容：1、分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。2、论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体结构框图，分析工作原理。3、完成各单元具体电路的设计：单片机最小系统、A/D转换、显示等电路。包括元器件选择、工作原理分析。4、写出程序流程图及汇编源程序。5、完成课程设计说明书。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计。在硬件方面介绍单片机温度控制系统的设计, 对硬件原理图做简洁的描述。系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序。软硬件分别调试完成以后，将程序下载入单片机中，电路板接上电源，电源指示灯亮，按下开关按钮，数码管显示当前温度。由于采用了智能温度传感器DS18B20，所以本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比它的转换速率极快，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离的点温度。系统具有微型化、微功耗、测量精度高、功能强大等特点，加之DS18B20内部的差错检验，所以它的抗干扰能力强，性能可靠，结构简单。关键词：STC89C51，数字控制，温度计，DS18B20目录1 绪 论11.1 背 景12 设计要求与方案论证22.1 设计要求22.2 方案论证22.3 总体设计方案33 硬件设计43.1 主要元件介绍53.1.1 主控制器53.1.2 温度传感器DS18B2073.2 显示电路143.3 DS18B20与单片机的接口电路163.4 复位电路174 软件设计185 调试195.1 软件调试195.2 系统调试195.3 数据检测20总 结20参考文献21II 1 绪 论1.1 背 景单片机，更确切的应称作微控制器，是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，其特点是功能强大、体积小、可靠性高、价格低廉。它一面世便在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领域得到广泛应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化程度。因此，单片机的开发、应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它给人带来的方便也是无可置疑的，其中数字温度计就是一个典型的例子。随着人们对它的要求越来越高，要为现代人工作和生活提供更好、更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化控制、智能化控制方向发展。温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。现在所使用的温度计通常都是精度为1和0.1的水银、煤油或酒精温度计，这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要供测温要求准确的场所和科研实验室使用。2 设计要求与方案论证2.1 设计要求本设计主要是应用51系列单片机设计一个数字温度计，该数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于要求测温比较准确的场所或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机STC89C51，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管实现温度显示,其主要功能有：数字温度计测温范围：-2550；可以实现四位温度显示，温度值精确到小数点后一位；测温误差在正负0.1以内。2.2 方案论证方案一：由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，将被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案二：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，传统的测温原件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，在转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持。其缺点如下：硬件电路复杂；软件调试复杂；制作成本高。方案三：采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-2550，最高分辨率可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。从以上三种方案，很容易看出，采用方案三，电路比较简单，软件设计也比较简单，本文采用了方案三。2.3 总体设计方案按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路、显示电路。数字温度计总体电路结构框图如图2-1所示。DS18B20主控制器STC89C51显示电路扫描驱动图2-1 数字温度计总体电路结构框图3 硬件设计温度计电路设计原理图如图3-1所示，控制器使用单片机STC89C51，温度传感器使用DS18B20，用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。用9012实现数码管驱动。图3-1 电路原理图3.1 主要元件介绍3.1.1 主控制器本次设计采用的是单片机STC89C51。图3-2 STC89C51管脚图 芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口，如图3-2所示。左边那列逆时针数起，依次为1，2，3，4.40，其中芯片的1脚顶上有一个凹点。在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。 STC89C51单片机有4组8为可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。每一根引脚都可以编程，比如用来控制电机、交通灯等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功能。P0口：8位双向I/O口线，名称为P0.0-P0.7；P1口：8位准双向I/O口线，名称为P1.0-P1.7；P2口：8位准双向I/O口线，名称为P2.0-P2.7；P3口：8位准双向I/O口线，名称为P3.0-P3.7。由于本次设计主要利用了单片机的P1口和P3口，所以对这两个I/O口做详细的介绍。图3-3 P1口结构图图3-3为P1口其中一位的电路图，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，1写入锁存器，Q(非)=0，T2截止，内上拉电阻将电位拉至"1"，此时该口输出为1，当0写入锁存器，Q(非)=1,T2导通，输出则为0。作为输入口时，锁存器置1，Q(非)=0，T2截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正因为这个原因，所以P1口常称为准双向口。需要说明的是，作为输入口使用时，有两种情况，其一是：首先是读锁存器的内容，进行处理后再写到锁存器中，这种操作即读修改写操作，象JBC(逻辑判断)、CPL(取反)、INC(递增)、DEC(递减)、ANL(与逻辑)和ORL(逻辑或)指令均属于这类操作。其二是：读P1口线状态时，打开三态门G2,将外部状态读入CPU。  P3口的电路如图3-4所示，P3口为准双向口，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。由于第二功能信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。  P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、定时/计数器、串行口和特殊功能寄存器有关，P3口的第一功能和P1口一样可作为输入输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模式下，每一位均可定义为输入或输出。  我们着重讨论P3口的第二功能，P3口的第二功能各管脚定义如下：  P3.0    串行输入口(RXD)；  P3.1    串行输出口(TXD)；  P3.2    外中断0(INT0)；  P3.3    外中断1(INT1)；  P3.4    定时/计数器0的外部输入口(T0)；  P3.5    定时/计数器1的外部输入口(T1)；  P3.6    外部数据存储器写选通(WR)；  P3.7    外部数据存储器读选通(RD)。 对于第二功能为输出引脚，当作I/O口使用时，第二功能信号线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出口数据输出通路畅通无阻。而当作第二功能口线使用时，该位的锁存器置高电平，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。对于第二功能为输入的信号引脚，在口线上的输入通路增设了一个缓冲器，输入的第二功能信号即从这个缓冲器的输出端取得。而作为I/O口线输入端时，取自三态缓冲器的输出端。这样，不管是作为输入口使用还是第二功能信号输入，输出电路中的锁存器输出和第二功能输出信号线均应置“1”。图3-4 P3口结构图3.1.2 温度传感器DS18B201DS18B20的主要特性3适应电压范围更宽，电压范围为35.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；独特的单线接口方式，DS18B20在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；DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；D测温范围-55125，在-1085时精确度为正负0.1；测温结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；负压特性:电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2DS18B20外形和引脚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。DS18B20引脚定义：（1）DQ为数字信号输入/输出端；（2）GND为接地端；（3）VDD为外接供电电源输入端（