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4论文定稿范文 本科毕业论文（设计）论文题目基于单片机的数字温度计的设计姓名刘默扬学号103001010329班级03班年级xx级专业电气工程及其自动化学院信息工程学院指导教师邹静完成时间xx年5月11日武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸作者声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。 对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业论文（设计）成果归武昌工学院所有。 特此声明。 作者专业电气工程及其自动化作者学号103001010329作者签名年月日武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸基于单片机的数字温度计的设计刘默扬The designof digitalthermometer basedon singlechip microputerLiu,moyangxx年5月11日武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸1摘要本文对一种基于DS18B20数字温度计进行了介绍。 DS18B20作为美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感芯片，具有十分独特的单线总线接口方式。 使用方便，误差小，精度高。 本文采用AT89S51型单片机对数字温度计进行控制。 首先对AT89S51单片机进行介绍，然后详细阐述了基于单片机控制的数字温度计的设计，主要从硬件和软件两方面进行说明，最后在Proteus仿真软件上对整个系统进行测试仿真。 本文设计的数字温度计主要由控制器、温度检测器、显示器、按键控制电路和声光报警电路五个部分组成。 AT89S51单片机作为控制器部分，DS18B20芯片作为温度检测部分，LCD1602液晶模块作为显示器部分，蜂鸣器和LED灯作为声光报警部分。 首先DS18B20芯片采集被测物体的实时温度，然后将数据传送给AT89S51单片机，在单片机内部进行数据处理，数据处理完成后，将数据传送给LCD1602液晶模块，显示当前温度。 如果该温度超过温度测量范围，则系统会自动声光报警。 本系统还有一个特点就是可对温度的显示分辨率进行设置。 1.1引言古人有云“工欲善其事，必先利其器”，这句话告诉我们工具的重要性。 随着科技的快速发展，信息时代已经到来，人们越来越认识到测量仪器的重要性。 在高科技的推动之下，工业自动化仪表和控制装置正在向数字化、智能化和网络化的方向发展。 然而作为工业生产过程中最不可或缺的物理量温度，成为最重要的工艺参数之一。 随着工业的进步，目前人们对温度的测量范围越来越广，对温度的要求越来越高，同时对温度的检测技术要求也越来越高，因此对温度测量技术的研究已经成为目前的一个研究热点。 随着微电子技术以及计算机的快速发展，微机测量以及控制技术得到快速的发展并在市场上得到广泛的应用。 它具有逻辑控制简单、操作灵活、使用便捷、性价比高等一系列的优点，在航空航天、铁路交通、冶金、电力、石油化工、制造业等各个领域得到了广泛应用。 此外，在微波炉、电冰箱、电视机、智能空调等日常生活中也有广泛的应用。 通过在智能仪表和测控系统中引进计算机技术，传统的仪器和仪表设备发生了质的变化，这些变化为工业生产自动化和智能化打下了坚实的基础。 1.2温度测量技术的发展现状随着科技的快速发展，温度检测技术也发展迅速，并取得了一系列的成果。 目前主要采用温度计进行温度检测，常用的温度计种类繁多。 温度测量包括以下方法1,2,3 （1）利用热胀冷缩原理制成的温度计通过此原理设计而成的温度计主要有三类玻璃温度计、双金属温度计、压力式温度计。 （2）利用热电效应原理制成的温度检测元件通过此原理制作而成的温度检测元件主要是热电偶。 它以其应用技术较为成熟成为目前应用最为广泛的检测元件之一。 热电偶具有结构简单、设计方便、测量范围广、测量精度高、热惯性小等优点，它被广泛作为温度传感器的敏感元件使用。 （3）利用热阻效应技术制成的温度计通过此种技术设计的温度计主要可分为三种电阻测温元件、导体测温元件、陶瓷热敏元件。 （4）利用热辐射原理制成的高温计武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸2通过此种原理制成的热辐射高温计主要有两种一个是单色辐射高温计，一般称光学高温计；另一个是全辐射高温计，它的工作原理是首先物体吸收热辐射，然后根据物体本身的性质，决定将其吸收、反射或透过。 （5）其他新型温度测量技术8为了使得温度检测更加精确，目前国内外专家学者都在研究和开发各种新型温度测量技术和各类温度传感器。 例如由点到线、由线到面温度分布的测温技术；由表面到内部、深部的测温技术等。 芯热电偶。 传统的温度测量可以叫做对某一“点”的温度测量。 为了了解整个炉内的温度分布，传统温度测量已无法满足要求，因此可采用分布式测量炉内环境温度。 纤式温度分布测量装置。 光纤式温度分布测量装置是一种新型传感器件，它可以通过一个传感器就能测量出线状温度分布。 辐射温度计或热像仪测量表面温度分布。 当需要对被测表面进行温度测量和控制时，可以采用热像仪或辐射温度计的方法进行测量。 用长热电偶测量表面温度分布情况。 用耐热数据记录仪与短热电偶相结合测量表面温度分布。 1.3国内外测温技术存在的问题及发展动向伴随着工业生产过程中生产效率的要求不断提高，工业生产自动化水平也越来越广泛，因此工业生产中对温度检测的要求也越来越高。 目前的温度检测技术存在检测范围小，精度不够高等问题，故无法适合大范围高精度的温度测量。 并且测量的自动化水平较低，自控能力较差。 基于目前这一情况，国内外关于温度测量技术的发展主要有以下几个动向4,5,6,7 （1）扩展检测范围目前工业生产过程中的温度检测范围是2003000?，无法测量超高温和超低温，尤其是对液化气体的极低温度的检测。 对超高温和超低温的温度检测将成为以后的研究热点。 （2）扩大测温对象由最初的以点测温，温度检测技术已经逐步发展到以线测温和以面测温，甚至是立体测温。 而应用对象也从单纯的工业领域扩展到了环境保护、家用电器、汽车工业、航天工业等领域。 （3）发展新型产品对于出现的不同场合和不同工况，需要人们通过现有的检测技术制造出不同的新型产品，用以满足用户需要，同时发展新的检测技术。 （4）适应特殊环境下的测温不同场合对温度检测器有着不同的要求，特别是一些特殊场合，对温度检测武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸3器有着特殊的要求。 （5）对新原理、新材料、新加工工艺的开发近年来，已经成功开发出炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜、薄膜铂电阻温度检测器，硅单晶热敏电阻温度检测器等。 （6）显示数字化数字化是温度测量仪表以后的发展方向。 它具有直观、无读数误差、分辨率高等显著优点。 （7）测控自动化随着计算机的快速发展，自动化、智能化将成为温度测量仪表的又一发展方向。 通过采用微型计算机将判断和指令等功能加到新型温度测量仪表之中，使其可以自动地、智能地进行温度检测。 1.4本文设计要求由于传统的温度计具有反映速度慢、测量精度低、读数误差大等缺陷。 故本文对数字式温度计进行设计，旨在满足测量范围在40100?，测量精度误差小于0.1。 通过采用LCD1602液晶屏对数字温度计进行温度显示，并且设计出温度范围检测功能，超出设定稳定将会自动进行声光报警。 设计出的数字温度计还具有另一特色，即可以通过按键对数字温度计的显示分辨率进行选择切换，共有0.10. 51、三档分辨率可供用户选择。 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸42温度传感器DS18B20随着科技的进步，温度传感器逐渐向着智能化、集成化的方向发展。 目前，国外内许多公司都生产出了各种新型温度传感器，极大丰富了大家的设计视野。 面对如此众多的产品，如何设计出符合自己需要的温度传感器，需要从以下几点考虑外围电路应该尽量简单；合适的测温的精度和分辨率，以便减少不必要的成本开支；温度传感器采用的总线负载能力要满足多点测温的需要；尽量减少占用MCU的I/O引脚数，因为MCU的系统资源非常宝贵，并且输入通道有限，应该尽量节约；与MCU的通信协议应该尽量简单，并且其软件开发难度尽量简单。 为满足以上几个要求，目前有两种常用方法。 2.1方案选择方案一需要采用热电偶。 两跟异金属导线焊接在一起，并且形成两个结点，由此构成热电偶。 两个结点之间出现温差时，会在两个导线上产生热电电位，即电压差。 首先将参考结点维持在已经的温度上，并测量出此时的电压，然后经过A/D转换，在单片机中进行数据处理，数据处理后将被测温度在显示电路上显示出来。 此种设计需要用到A/D转换电路，并且感温电路的设计也较为麻烦。 虽然热电偶具有工作温度范围宽、体积小的优点，但是它的输出电压小，容易受外界电磁波干扰，存在温漂。 方案二采用单线数字温度传感器DS18B20来实现。 DS18B20具有体积小、功耗低、性能高，抗干扰能力强、易配微处理器等优点。 对于多点温度测控系统，它可以直接将温度转化成串行数字信号进行处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可将其存入ROM中，这样在构成大型温度测控系统时，可以在单线上接入多个任意DS18B20芯片。 只需要一根端口线就可以对DS18B20读信息或写信息，数据总线为其提供读写及温度变换功率，此外该数据总线也可以向所接入的DS18B20芯片供电，因此不需要额外电源。 DS18B20芯片能提供9位温度读数，不需要任何的外围硬件便可以构成温度检测系统。 通过比较以上两个方案可以看出，方案二的设计比较简单，可以很容易的实现软件设计，所以本文拟采用方案二进行设计。 下面首先介绍一下数字温度传感器DS18B20芯片。 2.2温度传感器DS18B20介绍武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸5数字温度传感器DS18B20芯片是DALLAS公司生产的可编程集成数字测温器件。 它主要由温度传感器和微控制器组成。 在工业控制、产品设计、温度测量等方面，该芯片得以广泛应用。 该芯片只传递数字信号，故传输精度较高。 DS18B20芯片可以直接对被测物的温度进行读取，并且编程可以实现9-12位的温度读数。 该芯片的温度分辨率可以调节，具有很好的可靠性和实用性。 DS18B20芯片的封装形式有多种，其中主要是TO92?封装、SOIC封装和CSP封装。 DS18B20芯片的管脚排列图如图2.1所示。 引脚定义 （1）DQ代表数字信号输入/输出端； （2）GND代表外接电源地； （3）VDD代表外接供电电源输入端。 图2.1DS18B20的管脚排列图由上图可知，由于DS18B20芯片具有一个数据输入/输出口，故它是单总线专用芯片之一。 该芯片在正常工作时，可以将温度测量值直接通过“单总线”的数字方式进行传输，这样可以提高系统的抗干扰能力。 DS18B20芯片内部采用在板温度测量专用技术，测量范围是55125?，在1085?时，它的精度是0.5?。 在出厂时DS18B20芯片已具有唯一的64位序列号，这样可以在一条总线上同时接入多个DS18B20芯片，并且不会出现杂乱情况。 通过软件编程，可以将数字温度传输设定成9位或者12位，并且它的最大传输时间是750ms。 此外，根据需要可以自行设定非易失性温度报警的上限值TH和下限值TL。 当完成温度转换后，DS18B20芯片所测量的温度值会自动的与上限值TH和下限值TL进行比较，当测量温度值高于上限值TH或者低于下限值TL时，会置位DS18B20芯片的告警标志位，用以表示温度超出测量范围。 图2.2为DS18B20芯片的内部存储结构图，它主要由一个暂存RAM和一个非易失性可擦除EERAM组成。 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸6图2.2DS18B20内部存储结构图DS18B20芯片具有四个主要的数据部件 （1）在出厂之前，光刻ROM中的64位序列号已经被刻录好，它可以作为DS18B20芯片的地址序列号。 光刻ROM中的64位序列号的前8位（28H）代表产品类型标号，中间的48位代表DS18B20芯片本身的序列号，后8位代表前面56位的循环冗余校验码（CRCX8X5X41?）。 光刻ROM的功能是让每一个DS18B20芯片都互不相同，由此可以实现一根总线上接入多个DS18B20芯片。 （2）DS18B20芯片中的温度传感器的功能是对温度进行测量。 下面以12位转化为例进行说明采用16位符号扩展的二进制补码读数形式，以0.0625/LSB形式表达，其中S代表符号位。 表2.1DS18B20温度值格式表bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LS Byte3222120212?22?32?42?bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8MS ByteS S SSS625242上表为12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20芯片的两个8bits的RAM中，符号位由二进制中的前面5位表示，当测得的温度大于0时，这5位为0，只要将测得的数值乘于0.0625即可得到实际温度；当测得的温度小于0时，这5位为1，只需将测得的数值取反后加1再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如125?的数字输出为07D0H，25.0625?的数字输出为0191H，25.0625?的数字输出为FF6FH，55?的数字输出为FC90H。 （3）DS18B20温度传感器的存储器DS18B20芯片的温度传感器主要由一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM组成，高温度触发器TH和低温度触发器TL以及结构寄存器存武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸7储在后者之中。 （4）配置寄存器该字节各位的含义如下表2.2配置寄存器结构TM R1R011111该寄存器的低五位均为1，TM代表测试模式位，设定DS18B20是在工作模式还是在测试模式。 出厂时，DS18B20芯片的该位被设置成0，一般情况下用户不需要改动。 R1和R0用来设定分辨率，如下表所示（出厂时，DS18B20芯片的该位被设置成12位）。 表2.3温度值分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms2.3DS18B20与单片机的连接DS18B20芯片与单片机的连接非常简单，通过将DS18B20芯片的信号线与单片机的一位双向端口相连便可完成两者的连接，如图2.3所示。 需要注意的是，需将VDD、DQ、GND三根线焊接牢固。 当然也可以只使用两个端口，把接收口和发送口分开，这样等于分开了读操作口和写操作口，可以避免信号竞争的现象,如图2.4所示。 在图2.4中，采用寄生电源的方式，人为的把DS18B20芯片的VDD接口和GND接口连在一起。 当出现VDD与GND脱开现象时，该芯片将会只传输+85.0的温度值。 多数情况下，测温电缆线均为屏蔽4芯双绞线，其中一对与地线和信号线连接，另一对与VDD和地线连接，屏蔽层在源端单点与大地连接。 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸8图2.3DS18B20与单片机的接口，三线制方式8051P1.0P1.1DS18B20DS18B20+5VP1.2TXRX图2.4DS18B20与单片机的接口，寄生电源方式武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸93数字温度计硬件设计数字显示温度计系统主要由单片机最小系统、温度检测端部分、检测温度范围和分辨率设置电路、声光报警电路、结果显示五个部分组成，图3.1为硬件结构图。 在Proteus仿真环境下，完成该系统的电路设计，下面分别对各个部分进行介绍。 MCUAT89C51最小系统DS18B20传感器电路按键控制电路声光报警电路LCD1602液晶屏显示图3.1硬件结构图3.1单片机最小系统单片机最小系统，又称为最小应用系统，它是由最少的元件组成的单片机可以工作的系统。 51系列的单片机最小系统主要由单片机、晶振电路和复位电路组成。 本文选用的单片机型号为AT89S51。 图3.2为该芯片的外围电路。 图3.2单片机最小系统武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸103.1.1主控制芯片AT89系列单片机是MCS51?系列单片机的派生产品。 本文采用AT89系列单片机中的AT89S51单片机。 AT89S51单片机是新一代超强抗干扰、高运算速度、低功耗的单片机。 并且该单片机在指令系统、硬件结构方面与标准的8051单片机完全兼容。 AT89S51单片机的一系列的优点，使得其在系统应用和编程时，占用资源很少。 AT89S51单片机主要有以下几个特点 （1）具有80C51核心处理器单元； （2）5V工作电压，工作频率为012MHz； （3）具有大容量内部数据RAM，1KRAM字节； （4）具有64/32/16/8KB片内Flash程序存储器； （5）支持12M时钟或6M时钟模式； （6）双DPTR数据指针； （7）SPI(串行外围接口)和增强型UART； （8）具有4个8位I/O口，含3个高电流P1口，可以直接驱动LED； （9）具有3个16位定时器/计数器； （10）具有可编程看门狗定时器(WDT)； （11）低EMI方式(ALE禁止)； （12）兼容TTL和S逻辑电平； （13）具有掉电检测和低功耗模式等。 与普通8051单片机相比，AT89系列单片机的最大优点有以下三点1最大可拥有1K bit片内RAM普通的8051系列单片机只有128bit (8051)或256bit (8052)片内RAM，通过低128bit(地址00H7FH)可以直接或间接寻址，通过高128bit(地址80HFFH)只能间接寻址。 AT89系列单片机额外增加了768bit的片内RAM，很好的解决了编程人员在编程时RAM资源不够使用的情况。 由于768bit的片内RAM(地址000H2FFH)与片外RAM地址重叠，故可以通过软件设置AUXR.1，来设定AT89系列单片机使用片内RAM还是片外RAM，系统默认使用片内RAM。 264K片内Flash根据芯片型号划分，AT89系列单片机共有64/32/16/8K片内Flash，共分武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸11为两个Flash存储块Block0和Block1。 在物理位置上，两个Flash存储块中Block0在前面，Block1在后面。 Flash存储块通过REMAP功能可以实现重新定位。 3ISP技术ISP主要在在线(或远程)升级中使用。 用户通过执行ISP引导码可以方便的对程序进行改写，并且不需要编程器，也不需要亲自到现场。 在出厂时，AT89系列单片机的片内已经被烧录了ISP引导码，该引导码占用了Block1程序空间的前2K bit，并且设置了从Block1启动。 启动时，首先执行ISP引导码，判断是下载程序还是正常启动。 但是无论是下载程序还是正常启动，ISP引导码最后都会把REMAP取消，并且恢复Block0的前8K地址空间，然后运行Block0中的用户程序。 在用户不主动修改ISP引导码的情况下，用户程序都是放在Block0的00H开始的单元中。 3.1.2时钟电路AT89S51内部有一个高增益反相放大器，它主要用来组成振荡器。 此放大器的输入端和输出端为XTAL1引脚和XTAL2引脚。 时钟可以由内部方式产生或者外部方式产生。 图3.3（a）为内部方式产生的时钟电路，将定时元件外接在XTAL1和XTAL2引脚上，内部振荡器就产生自激振荡。 一般由石英晶体和电容组成的并联谐振回路构成定时元件。 石英晶体的振荡频率在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，通过选择电容值的大小可以实现对频率的微调。 图3.3（b）为外部方式产生的时钟电路，图中XTAL1引脚接地，XTAL2引脚与外部振荡器连接。 选择外部振荡信号没有特殊要求，只要保证脉冲宽度就可以，常采用频率低于12MHz的方波信号作为外部振荡信号。 （a）内部方式时钟电路（b）外部方式时钟电路图3.3时钟电路武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸12通过片内时钟发生器将振荡频率二分频，生成一个两相时钟P1和P2，用来供单片机使用。 3.1.2复位及复位电路 （1）复位操作复位作为单片机的初始化操作。 它的主要作用是把PC初始化为0000H，让单片机可以从0000H单元开始运行程序。 除了系统正常初始化之外，当系统出现程序运行出错或者操作失误使系统濒临死机状态时，可通过按下复位键使系统重新启动。 复位操作会对一些寄存器的状态有影响，表3-1为它们的复位状态。 表3.1一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000H TCON00H ACC00H TL000H PSW00H TH000H SP07H TL100H DPTR0000H TH100H P0P3FFH SCON00H IP000000B SBUF不定IE0000000B PCON00000B TMOD00H （2）复位信号及其产生RST引脚作为复位信号的输入端。 复位信号采用高电平有效方式，有效时间应该至少持续24个振荡周期以上。 如果使用颇率为6MHz的晶振，那么复位信号的有效时间应该至少持续4us才能完成复位操作。 图3.4为复位信号的产生电路逻辑图。 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸13施密特触发器复位电路片内RAMRST/VpdV图3.4复位信号的电路逻辑图由上图可知，复位电路主要由芯片内和芯片外两部分组成。 首先将由外部电路产生的复位信号(RST信号)传到施密特触发器的输入端，然后通过片内复位电路对施密特触发器的输出进行采样，这主要在每个机器周期的S5P2时刻进行采样，最终得到复位电路所需要的复位信号。 复位操作分为上电自动复位和按键手动复位两种方式。 通过外部复位电路的电容充电可以实现上电自动复位，其电路图如图3.5(a)所示。 当电源V的上升时间不超过1ms时，便可完成上电自动复位，也就是说当接通电源瞬间，便完成了复位操作。 按键手动复位又可分为电平方式和脉冲方式。 通过使复位端经过电阻与电源V接通可实现按键电平复位，其电路图如图3.5(b)所示；通过RC微分电路产生正脉冲可实现按键脉冲复位，其电路图如图3.5(c)所示。 （a）上电复位（b）按键电平复位（c）按键脉冲复位图3.5复位电路对于6MHz的晶振，以上电路图中的电阻和电容参数均可适用，并且能保证复位信号的高电平持续时间大于24个振荡周期。 本文设计的复位电路采用按键电平复位方式。 3.2测温电路设计图3.4复位信号的电路逻辑图武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸14传统的温度传感器可以分为多种类型，目前主要有热敏电阻，热电偶，半导体温度传感器等常用几种。 本文采用单总线数字输出的集成半导体温度传感器DS18B20，该传感器可以支持9位二进制读数，并且不需要A/D转换。 通过一根数据线便可以完成从主机到DS18B20的连接，可以通过单线接口把信息输送到DS18B20或者从DS18B20端口送出，并且DS18B20的电源可以通过自身的数据线供电。 此外，由于每个DS18B20在出厂时就已经获得了唯一的一串序列号，因此可以实现在一条总线上完成多个DS18B20的接入，还可以多点组网功能，即在唯一的三根线上并联上多个DS18B20，从而完成多点测温功能。 DS18B20温度传感器的工作电源为直流35V，温度的测量范围为55125?，温度增量是0.5，最高精度可以达到0.1，转换速率小于1s。 图3.6温度传感器电路DS18B20自身只有一根数据线，故该传感器和单片机之间的需要采用串行通信的方式。 又因为AT89C51单片机自身具有两个串行端口，故可通过硬件连接来实现串口通信。 需要注意的是，在进行串口通信时，当通过端口访问DS18B20时，需要遵守初始化、ROM操作命令、存储器操作命令和控制操作等几个协议。 DS18B20采用外部供电的方式，实现方法为通过一个电阻把温度传感器DS18B20的I/O口和电源直接连接，同时起到上拉的功能。 图3.6为数据采集电路，通过DS18B20实时的采集被测物体的实时温度，然后将温度传输到AT89C51单片机的P3.0端口。 本文中采用DS18B20的周围环境作为被测物体。 3.3LCD1602液晶屏显示电路武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸15本文选用LCD1602液晶显示模块作为液晶显示电路。 LCD1602液晶共有16个引脚，其功能分别如下所示第1脚VSS是地电源。 第2脚VDD外接5V?电源。 第3脚V0是液晶显示器对比度调整端，如果接入正电源，则对比度最弱，如果接入地，则对比度最高，但是当对比度过高时，会产生“鬼影”现象，这时通过接入一个10K的电位器加以调整便可解决。 第4脚RS是寄存器的选择，当输入为高电平时，自动选择数据寄存器，当输入为低电平时，自动选择指令寄存器。 第5脚RW为读写信号线，当输入为高电平时，为读操作，当输入为低电平时，为写操作。 当RS和RW的输入同时为低电平时，则为写入指令或者显示地址，当RS输入为低电平，RW输入为高电平时，则为读忙信号，当RS输入为高电平，RW输入为低电平时，则为写入信号。 第6脚E端是使能端口，如果E端口的电平从高电平跳变至低电平，那么液晶模块开始执行命令。 第714脚D0D7是8位双向数据线。 第1516脚背光电源。 图3.7是液晶模块LCD1602与单片机的连接电路图。 在下一章中将着重介绍液晶模块的软件编程。 从图中可以看出，LCD1602的第1管脚和第2管脚分别与电源的地和电源相连。 第3管脚直接与地相连，即对比度最高，LCD1602的第4管脚RS端、第5脚RW端和第6脚E端分别与单片机的I/O口对应连接。 LCD1602的八位数据线端口与单片机的P0口对应连接，显示内容可以通过此连接输出至液晶屏上。 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸16图3.7LCD1602显示电路3.4按键控制电路设计本文设计的数字温度计具有按键控制功能。 其按键控制电路分为五个独立按键，如下图所示。 独立按键共有两个端口，其中的一端与系统的GND相连，另一端与单片机的I/O端口相连，并且在与I/O端口的连接端都经过一个4.7K的上拉电阻，这样可以保证如果按键没有被按下，则单片机可以检测到稳定的高电平信号，从而避免误判现象。 五个独立按键可用SW1SW5表示，其各个功能分别是温度显示状态下可切换分辨率、温度显示状态下可复位温度检测范围、温度范围选项的切换、温度值加 一、温度值减一。 通过加入按键控制电路，用户可以方便的实现对数字温度计的各种设置。 图3.8按键控制电路武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸173.5声光报警电路设计本文设计的数字温度计具有声光报警功能，报警方式为蜂鸣器蜂鸣和LED灯常亮的方式。 声光报警电路如图3.9所示，从图中可以看出，LED的正极经过1K电阻与AT89C51的I/O端口相连，负极直接与GND相连。 当该端口为高电平时，LED灯亮。 因为蜂鸣器的驱动电流很小，故可以直接采用AT89C51的I/O口来驱动蜂鸣器，本文采用AT89C51的I/O端口中的P3.6口来控制蜂鸣器。 图3.9声光报警电路由以上分析可知，数字温度计系统主要包括单片机最小系统、声光报警模块、温度传感器电路、按键控制电路、LCD显示模块等五大部分。 系统的整体原理图见附录1。 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸184软件系统设计硬件连接好之后，软件编程是整个系统的核心。 通过软件编程用户可以实现符合自己需求的各种功能。 本文通过单片机编程实现对数字温度计的控制。 本文的软件结构设计使用模块化设计。 分别对各个模块进行程序编写和调试。 当完成对各个模块的调试工作后，再将各个模块连接起来，构成整体，然后再完成整体的系统调试。 这种设计的好处是编程简单、调试方便，便于以后的程序维护。 AT89C51单片机的编程环境可以支持四种编程语言，分别是汇编语言、PL/M语言、C语言以及BASIC语言。 BASIC语言是最基础的编程语言，对初学者来说比较易学，但使用起来却比较繁琐，在执行程序的过程中，系统需要将每一条语句转换成机器代码，故程序执行时间较长。 BASIC语言主要在编程简单且对程序运行效率和运行时间要求不高的场合使用。 目前，这种语言已经近乎被淘汰掉。 C语言是目前应用最大也是最广泛的语言之一。 编程简单，且程序易于理解，与汇编语言相比，它具有众多的优点。 通过C语言编程，用户不需要了解AT89C51的指令系统，只需要掌握AT89C51的存储器结构即可。 同时，增加了程序的可读性并减少了程序调试和运行时间，大大提高了编程效率。 此外，在AT89C51的编程环境中，还提供了许多常用库函数，用户可以直接进行调用，可以方便的实现模块化编程。 C语言因具有众多优点，而被广大编程者使用。 本文采用C语言进行软件编程。 4.1系统软件设计原则数字温度计的功能的实现都在软件编程中完成，故在软件编程过程中需要注意以下几点 （1）编程条理清晰，编程简单，流程合理。 （2）对各个功能进行模块化编程，便于对每一个部分进行调试和修改，同时方便以后程序的维护和移植。 （3）本着节约内存资源的目的，合理规划程序存储区和数据存储区。 （4）规范化编程，对重要程序语句进行程序标注，方便他人对程序进行查看或者修改。 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸19 （5）考虑周围环境的外界干扰问题，在编程中加入抗干扰设计，提高系统的可靠性。 4.2系统程序流程图在主程序中，当系统上电完成变量定义和LCD1602液晶屏等初始化操作后，首先是读取一次温度值并显示在液晶屏上，然后再判断是否处于按键设置的状态下，如果是，则根据按键状态进行相应的设置处理，如果不是，则不断地读取温度值进行显示。 系统程序流程图见附录2。 主函数的具体程序如下所示void main()LCD_init();display_1();H_temp=20;L_temp=10;while (1)if(count_key2=0)display_1();key_scan();4.3温度转换子程序DS18B20需要满足自身的工作协议，即按照系统初始化、ROM操作指令、存储器操作指令、数据传输这一流程。 DS18B20的工作时序主要分为初始化时序、写时序和读时序三个部分。 通过DS18B20完成对温度的检测和转换需要三步。 首先对DS18B20复位，然后发送ROM指令，接着发送RAM指令，完成DS18B20的预定操作。 本文中软件编程中的温度转换子程序主要由读数据程序和转换数据程序两部分组成。 在读数据程序中，读DS18B20中的RAM的9bits，武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸20需要注意的是，在读完数据后，需要进行CRC校验，如果校验出错，那么需要重新对数据进行读写。 其程序流程图见附录3。 温度转换命令子程序流程图见附录3。 需要注意的是，读出DS18B20中的RAM数据时，需要进行BCD码转换，然后判断温度读数的正负。 BCD码转换流程图见附录3。 温度数据读取的具体程序如下所示uint ReadTemperature()uint dt,tempH,tempL;Init_ds18b20();Write_ds18b20(0x);/由于为单总线，可以跳过读序号列号的操作Write_ds18b20(0x44);/启动温度转换DelayMs (10);Init_ds18b20();Write_ds18b20(0x);/跳过读序号列号的操作?Write_ds18b200xbe;/读取温度寄存器，前两个代表温度，并且第一个为低字节tempL=Read_ds18b20();/读取低字节温度数据tempH=Read_ds18b20();/读取高字节温度数据tempH=tempH8;dt=tempH+tempL;return dt;4.4温度显示子程序分析本设计中，采用LCD1602液晶屏进行显示。 首先在第一行显示字符串Temperature is，然后读取温度数据，获取温度的整数值，接着根据温度数据的最高位判断温度的正负属性，如果是负温，则将其数据进行转正处理，并在温度前先显示-，如果是正温，则显示，接着对温度值的百位、十位、个武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸21位以及十分位进行分离，然后逐位显示在液晶屏上，最后就是根据读到的温度的整数值，判断其是否超过系统所设置的温度范围，如果是，则启动声光报警电路。 具体的程序如下所示void display_1(void)uchar j=0;uchar ge=0,shi=0,bai=0,shifen=0;uint wd=0;tempNum=ReadTemperature();for(j=0;j4;if(tempNum&(14;/获取整数位温度位if(tempFlag=1)tempFlag=0;LCD_disp_char(3,2,-);else武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸22LCD_disp_char(3,2,);/不显示任何数据bai=tempH/100;shi=tempH%100/10;ge=(tempH%10);wd=0;if(tempL&