数字测温仪.doc

课程设计报告课程名称:单片机原理及应用课程设计设计题目： 数字测温仪的设计 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 电子信息工程专业 班 级： 学生姓名: 学 号: 起止日期: 指导教师: 教研室主任： 指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日 摘 要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于STC89C52单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。

对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展DS18B20与STC89C52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景在学习了单片机的的基本原理的基础上进行设计的，综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并仿真实现，从而加深对单片机软硬件知识的理解，获得初步的应用经验；进一步熟悉和掌握单片机的内部结构和工作原理，了解单片机应用系统的基本方法和步骤本设计的目标是单片机和温度传感器及其相关实现温度的测量和数字显示，测量精度小于0.5C，可以设置温度的上下限，超出测温范围可以有蜂鸣器报警本设计是一款简单实用的小型数字温度计，本次数字温度计的设计共分为六部分，主控制器，LED显示部分，传感器部分，外围电路部分，报警电路，电源电路主控制器即单片机部分，用于存储程序和控制电路；LED显示部分是指两位共阴极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器，用来采集温度，进行温度转换；外围电路部分，即复位电路和时钟电路。

测量的总过程是，传感器采集到外部环境的温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示本设计能完成的温度测量范围是18℃～25℃，超出此范围报警部分就会发出警告关键词：单片机；数字测温仪；DS18B20；8255；LED数码管；报警目 录1．设计要求 12 总体设计方案 12.1 数字测温仪设计方案比较论证 12.2 方案的总体设计框图 23．单元电路的设计 23.1 主控芯片 23.2 温度采集模块 43.3 报警模块 53.4 温度显示模块 53.5 其他外围电路 73.6 电源电路 84 程序设计 84.1 流程图 94.2 程序分析 105 实例测试 145.1软件调试步骤 146 总结与体会 15参考文献： 16附录：设计程序 17 数字测温仪1．设计要求 本设计主要是介绍了单片机控制下的温度检测系统，详细介绍了其硬件和软件设计，并对其各功能模块做了详细介绍，其主要功能和指标如下：（1）单点温度测试；（2）测温范围：10℃～40℃；（3）分辨率：0～1℃；（4）温度输出显示：2 位；（5）设定上下限(下限18℃，上限25℃)，超出范围时报警2．总体设计方案2.1 数字测温仪设计方案比较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，再将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以利用单片机进行数据的处理，进而用显示模块将温度显示出来，这种设计需要用到感温电路和A/D转换电路，相对比较麻烦。

主案二 采用一只温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，可以直接读取被测温度，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测2.2 方案的总体设计框图 测温计电路设计总体设计框图如图2-1所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，用2位LED数码管以串口传送数据实现温度显示图2-1 总体设计框图3．单元电路的设计3.1 主控芯片本设计的主控芯片有STC89C52和8255STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K Byte的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 Byte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，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以编程(S系列的才支持编程)其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本 主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8K可反复擦写ROM，256x8bit内部RAM 32个双向I/O口 可编程UART串行通道 共5个中断源，其中包括 2个外部中断源 2个16位可编程定时/计数 器中断和一个串行中断图3-1 STC89C52引脚图8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚） 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。

由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分具有如下特性： (1)一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口. (2)具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B组包括B口及C口(低4位,PC0~PC3).A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定本设计中，连接RST引脚和8255的RESET引脚，以控制8255的复位通过STC89C52的P2.5实现8255芯片的选通P0口传输数据给8255，通过P2.1和P2.2分别连接8255的A0和A1，控制P0口的数据的去向是PA口，PB口，PC口还是控制寄存器CONSTC89C52的读、写管脚直接与8255的读写引脚分别相连即可3.2 温度采集模块DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围 －55～＋125℃，可编程为9～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制图3-2 温度芯片DS18B20DS18B20 最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20 的数据I/O 均由同一条线来完成DS18B20 的电源供电方式有2 种: 外部供电方式和寄生电源方式工作于寄生电源方式时, VDD 和GND 均接地, 他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用, 原理是当1 W ire 总线的信号线DQ 为高电平时, 窃取信号能量给DS18B20 供电, 同时一部分能量给内部电容充电, 当DQ为低电平时释放能量为DS18B20 供电但寄生电源方式需要强上拉电路, 软件控制变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROM 时) , 同时芯片的性能也有所降低外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统因此本设计采用外部供电方式如图3-3所示：图3-3 温度检测电路温度传感器DS18B20的测量范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃时精度为0.5℃。

因为本设计只用于测量环境温度，所以只显示10℃～40℃3.3 报警模块本设计采软件处理报警，利用蜂鸣器进行报警输出，采用方波输入供电当所测温度超过或低于所预设的温度时，数据口相应送入方波，报警输出报警电路硬件连接见图3-4图3-4 报警电路图3.4 温度显示模块本设计显示电路采用两位共阳极LED数码管来显示测量得到的温度值LED数码管能在低电压下工作，而且体积小、重量轻、使用寿命长，因次本设计选用此数码管作为显示器件一个LED数码管只能显示一位的字符，如果字符位数不止一位，可以用几个数码管组成，但要控制多位的显示电路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要显示的字符是什么，控制电路应将字符的七段码通过输出口连接到LED的a～g引脚，是某些段点亮。