数字温度计毕业论文

邢台职业技术学院毕业论文 通信工程学院 毕业论文 毕 业 设 计 毕业设计（论文）题目 ： 数字温度计设计 专 业 ： 通信工程 学 生 姓 名 ： 袁宇峰 班 级 ： 08 通信 6 班 学 号 ： 2085030452 指 导 教 师 ： 陈芬 完 成 日 期 ： 2010 年 10 月 12 日 邢台职业 技术学院毕业论文 2 目录 摘要 3 第 一 章 4 4 4 4 第二章 数字温度计总体详细设计 控 器 5 特 性 5 5 度采集部分设计 5 5 8 9 第三章 系 统 硬件电路设计 11 12 12 第四章 系统软件设计 13 13 14 14 14 总结 19 致谢 20 参考文献 21 邢台职业 技术学院毕业论文 3 摘要 本文综述了数字温度计的设计与制作过程，介绍了设计制作一个完整的数字 温度计需要做的 准备与 制作过程 ， 通过 一段时间的 努力制作 ， 从刚开始透彻理解题目要求及所要设计的产品的各项性能功能，然后觉得 利用 单片机 作为 控制 内核，其次主要的就是温度传感器 其他重要部分电路的配合下设计出一套完整的硬件系统，及它的灵魂软件系统。 得到了一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 本设计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，其输出温度采 用数字显示，该设计控制器使用单片机 温传感器使用 4 位共阳极 码管以串口传送数据 ,实现温度显示 ,能准确达到以上要求。 关键词： 单片机，数字控制，温度计， 台职业 技术学院毕业论文 4 第 1章 案一 ：热敏电阻 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，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/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/温电路比较麻烦。 如下图： 热敏电阻 案二 ：温度传感器 (1)度传感器 ，在设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 (2)温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 度传感器采用 4位 图 1 总体设计方框图 案三：控制内核不用单片机，用 定了温度传感器之后，再来考虑它的控制内核， 因为数字温度计的设计并不复杂，主 控 制 器 温 度 传 感 器 单片机复位 时钟振荡 报警点按键调整 邢台职业 技术学院毕业论文 5 单片机完全可以处理的了， 比较高端的控制内核应用成本相对较高，所以选用单片机是即经济又 实惠的选择。 第 2章 数字温度计详细设 控制器 特点及特性： 40个引脚， 4k 内程序 存储器 ， 128 随机存取数据 存储器 （ 32个外部双向输入 /输出（ i/o）口， 5个中断优先级 2层中断嵌套中断， 2个 16位可编程定时 计数器 ,2个全双工串行通信口，看门狗（ 路，片内时钟 振荡器 。 此外， 计和配置了 振荡频率 可为 0闲模 式下， 停工作，而 时 计数器 ，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结 振荡器 而保存 止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 适应不同产品的需求 。 主要功能特性： 兼容 4k 可反复擦写 (1000次） 32个双向 i/o 口 压 2个 16位可编程定时 /计数器 时钟频率 0 全双工 128部 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（ 路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 双数据寄存器指针 度采集部分的设计 传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。 92封装的 引脚排列见下图，其引脚功能描述见表 1。 邢台职业 技术学院毕业论文 6 （底 视图） 1 述 序号 名称 引脚功能描述 1 信号 2 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。 3 选择的 工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 多个 现多点组网功能； 无须外部器件； 可通过数据线供电，电压范围为 零待机功耗； 温度以或位数字； 用户可定义报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； 负电压特性，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； R 35封装或脚 装，其内部结构框图如图 2所示。 图 2 64位 着是每个器件的惟一的序号，共有48 位，最后位是前面 56 位的 验码，这也是多个 度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。 度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的 速暂存 结构为字节的存储器，结构如图 3 所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3 所示。低位一直为，是工作模式位，用于设置 工作模式还是在测试模式， 厂时该位被设置 为，用户要去改动， 0 决定温度转换的精I/O C 64 位 单 线 接 口 高速缓存 存储器与控制逻辑 温度传感器 高温触发器 温触发器 置寄存器 8 位 生器 台职业 技术学院毕业论文 7 度位数，来设置分辨率。 1 1 1 1 1 . 图 3 节定义 由表 1可见， 度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数 据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的 用来检验数 据，从而保证通信数据的正确性。 当 收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第、字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 当符号位时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表 2是一部分温度值对应的二进制温度数据。 表 1 0 分辨率 /位 温度最大转换时间 / 0 9 1 10 0 11 375 1 1 12 750 把测得的温度值与 H、 将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只 在 64位 主机 6位来计算 和存入 判断主机收到的 据是否正确。 测温原理是这这样的 ,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时， 对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器 被预置在 55所对应的一个基数值。 减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的温度 度 配置寄存器 保留 保留 保留 台职业 技术学院毕业论文 8 预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。 表 2 一部分温度对应值表 温度 / 二进制表示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 0785 0000 0101 0101 0000 0550H +000 0001 1001 0000 0191H +000 0000 1010 0001 00000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 111 1111 1111 0000 111 1111 0101 1110 111 1110 0110 1111 55 1111 1100 1001 0000 外，由于 线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对 各种操作按协议进行。操作协议为：初使化 复位脉冲）发 存储 器操作命令处理数据。 D S 18 B 20 D S 18 B 20 D S 18 B 204. 7 D G N D G N . 度传感器与单片机的接口电路 以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 1 脚接地， 2 脚作为信号线， 3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图 4 所示单片机端口接单线 总线，为保证在有效的 钟周期内提供足够的电流，可用一个 当 ，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10用寄生电源供电方式时 于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 由于 ，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。 协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都 是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 邢台职业 技术学院毕业论文 9 制方法 令约定代码操作说明 过扫描温度传感芯片序列号 44H： 启动 行温度转换 读 度温度值 复位时序 ： （ 1） 先将数据线置高电平 “1” 。 （ 2） 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点） （ 3） 数据线拉到低电平 “0” 。 （ 4） 延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 480到 960微秒）。 （ 5） 数据线拉到高电平 “1” 。 （ 6） 延时等待（如果初始化成功则在 15到 60毫秒时间之内产生一个由0” 。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。 （ 7） 若 到了数据线上的低电平 “0” 后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（ 5）步的时间算起）最少要 480微秒。 （ 8） 将数据线再次拉高到高电平 “1” 后结束。 读时序 ： 对于 时序和读 1时序两个过程。 对于 主机把单总线拉低之后，在 15秒之内就得释放单总线，以让 完成一个读时序过程，至少需要 60 （ 1）将数据线拉高 “1” 。 （ 2）延时 2 微秒。 （ 3）将数据线拉低 “0” 。 （ 4）延时 15 微秒。 邢台职业 技术学院毕业论文 10 （ 5）将数据线拉高 “1” 。 （ 6）延时 15 微秒。 （ 7）读数据线 的状态得到 1个状态位，并进行数据处理。 （ 8）延时 30 微秒。 写时序 ： 对于 时序和写 1时序两个过程。 对于 时序和写 1时序的要求不同，当要写 0时序时，单总线要被拉低至少 60证 够在 1550”电平，当要写 1时序时，单总线被拉低之后，在 15 （ 1） 数据线先置低电平 “0” 。 （ 2） 延时确定的时间为 15微秒。 （ 3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。 （ 4） 延时时间为 45微秒。 （ 5） 将数据线拉到高电平。 （ 6） 重复上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。 （ 7） 最后将数据线拉高。 邢台职业 技术学院毕业论文 11 第 3章 系统 硬件电路设计 电路原理 一、 个元器件组成数字温度计的电源部分， 两个插孔连接电 源的零线与火线， 到滤波作用， 连接在单片机 40 脚上，可以说这一部分是数字温度计的血脉。 二、 单片机提供晶振信号，这一部分可以说是单片机的心脏。 三、最重要的一部分是 此它的连接方式是外接电源方式。 四、 是数据口，连接数码管。 五、四支三极管为数码管提供驱动。 六、复位电路， 复位 开关 。 七、蜂鸣器电路，三极管起到开关的作用 。 八、显示电路， 是数据口连接数码管的段码，数码管采用共阳连接， 是控制线。 邢台职业 技术学院毕业论文 12 路原材料清单 序号 名称 型号 单位 数量 备注 1 电阻 1支 5 2 电阻 200 支 8 3 传感器 支 4 电阻 支 2 5 电阻 支 1 6 电阻 10支 1 7 晶振 12 1 8 普通电容 30 2 9 电解电容 1006V 支 1 10 电解电容 4705V 支 1 11 普通电容 1 12 三极管 8550 支 4 三极管 9013 支 1 蜂鸣器 支 数码管 单片机 支 用工具及仪表清单 序号 名称 型号 单位 数量 备注 万用表 块 內热式电烙铁 焊锡丝 若干 直流稳压电源 台 编程烧写器 台 导线 若干 邢台职业 技术学院毕业论文 13 发 位命令 发跳过 令 发温度转换开始命令 结束 第 4章 系统软件设计 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等。 程图 图 7 主程序流程图 图 8读温度流程图 出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出 字节，在读出时需进行 验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图 8示 图 9 温度转换流程图 Y 发 位命令 发跳过 令 发读取温度命令 读取操作， 验 9 字节完 ？ 验正？确？ 移入温度暂存器 结束 N N Y 开始 初始化 示化 获取温度值 与温度上下限比较 报警 转换并显示 台职业 技术学院毕业论文 14 度转换 命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750本程序设计中采用 1度转换命令子程序流程图如上图，图 9所示 算温度子程序 计算温度子程序将 进行温度值正负的判定，其程序流程图如图 10 所示。 图 10 计算温度流程图 图 11 显示数据刷新流程图 字温度计 程序 清单 /初始化子程序 #11 ; =0 0 /子码表 C; /110度的十六进制为 6C C; /30的十六进制为 1C /延时子程序、延时 1ms m) i; m0;i=124;i0; / 延时子程序 15微秒 k) _; _; 开始 温度零下 ? 温度值取补码置“ ”标志 计算小数位温度 计算整数位温度 结束 置“ +”标志 N Y 温度数据移入显示寄存器 十位数 0？ 百位数 0？ 十位数显示符号百位数不显示 百位数显示数据（不显 示符号） 结束 N N Y Y 邢台职业 技术学院毕业论文 15 _; _; _; _; _; _; _; _; _; _; _; _; _; /单总线的复位，器件不存在输出 1器件正常输出 0 ) ; ; _; _; ; 4); ; ); 6); / 等待结束脉冲 if(1) 5); ; F=1; 5); F=0: ); / 应答信号返回 /从单总线送出 1B、输入要写入的字节 x) ; i; i=8;i0; /写字节、 1位一各时序 R=x&0) ; /降低 _; _; 邢台职业 技术学院毕业论文 16 ; ); ; _; ; ); x1; /从单总线读 1 ) t,i,v; i=8;i0; ; _; ; / 降低 ); ; /拉高 ); / 等待复位脉冲 t=; if(t=1) v|=0v=v1; v1; v); /从 6进制温度值 ) t; c2; ); /跳过 /开始转换 c0=); c1=); t=c0+c1*256; t); ( ) i=5; 邢台职业 技术学院毕业论文 17 =0 ) ; =0=00; =00/10; =0; i;i0; ); ( ) j=5; =0 ) ; =0=00; =00/10; =0; j;j0; ); ) j,k=5; =0; j=500;j0;i=124;i0; =1; ) ; ; ; ; ; t ) /将读出的 16进制温度转换成十进制 i=0; m; t0 m=m*邢台职业 技术学院毕业论文 18 =0=m/100; =(m%100/10); =m%10/1; m=m*=m/1000; =m%1000/100; =(m%100/10); =m%10/1; /显示将 ) k; k=0;); /调用获取温度子程序 ); /调用温度转换子程序 ); /调用显示子程序 邢台职业 技术学院毕业论文 19 总结 经过三年的学习，终于完成了我的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里