单片机温度检测系统设计

1、单片机课程设计说明书题 目：温度检测系统设计系 部：专 业：班 级：学生姓名：学号：指导教师：2015年12月14日1 设计任务与要求 11.1 设计任务 11.2 设计要求 12 设计方案 12.1 设计思路 12.2 单片机 STC89C52RC 22.2.1 单片机 STC89C52RC 功能介绍 22.2.2 STC89C52RC管脚介绍 22.2.3 STC89C52RC单片机器件参数 32.3 温度传感器DS18B20 32.3.1 DS18B20 的主要特性 32.3.2 DS18B20 的外形和内部结构 32.4 液晶显示器LCD1602 42.4.1 液晶显示器LCD1602

2、 功能介绍 42.4.2 LCD1602 管脚介绍 53 硬件电路设计 53.1 系统框图 63.2 最小的单片机系统 63.2.1 时钟电路 63.2.2 复位电路 63.3 温度检测系统设计 73.4 液晶显示电路设计 74 主要参数计算与分析 85 软件设计 85.1 整体系统分析 85.2 程序流程图 96 proteus 软件仿真 107 实物制作 117.1 器材清单 117.2 最小系统板制作 127.3 温度检测系统电路板制作 127.4 温度检测展示 127.5 焊接点展示 137.6 作品检查 138 结论 14附录 15参考文献 20精品资料1 设计任务与要求1 1 设计

3、任务利用电阻、瓷片电容、电解电容、 12MHz 晶振、 STC89C52 单片机、 DS18B20温度传感器、液晶显示器、 1P 杜邦线彩色、排针、最小系统板、电位器、洞洞板等，完成一个温度检测系统。1 、采用单片机及温度传感器设计温度检测系统；2、温度检测结果采用液晶显示器输出；3、必须具有上电自检功能及外接电源，公共地线接口。1. 2 设计思路1 、熟悉此电路工作原理。2、掌握组装与调试方法。3 、画出 Proteus 原理图， PCB 图。4 、用 Proteus 仿真。5 、测量范围 099 摄氏度，精度误差小于 1 摄氏度。6、一份设计说明书。7、做出所设计的系统的实物。2 设计方案

4、2. 1 设计方案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/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。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以可以采用温度传感器DS18B20 ，此传感器，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。故针对上述现象，本文设计了一种由单片机控制的温度采集与显示系统，它以STC89C52 单片机为核心， 采用温度传感器DS18B20 实现对温度信号的采集以及

5、运用 LCD1602 液晶显示器来显示数据。在温度信号的采集方面，采用 DS18B20 型温度传感器， 与传统的热敏电阻相比， 它能够直接读出被测温度， 并可根据实际要求通过简单的编码实现 912位的数字式读数方式，可在-50 C+ 300 C范围内显示数据，在-10+85C时精度为0.5C。2.2 单片机STC89C52RC2.2.1 单片机STC89C52RC 功能介绍STC89C52RC 是 STC 生产的单时钟/机器周期(1T) 的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051 单片机， 指令代码完全兼容传统8051 ， 但速度快8-12 倍。具有以下标准功能：8k 字节 Flas

6、h ， 512 字节 RAM ， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM ， MAX810 复位电路， 3个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个7 向量 4 级中断结构(兼容传统51 的 5 向量 2 级中断结构)，全双工串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作， 支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU 停止工作，允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz ， 6T/12T 可选。2.2.

7、2 STC89C52RC 管脚介绍STC89C52RC 单片机，选用 PDIP 封装。管脚如图 3-1 所示 :T2/P1. 0T2EX/PE 1PL 2PL 3PL 4PL 5PL 6PL 7RSTRXD/P3. 0TXD/P3. 1INT0/P3. 21NT1/P3.3T0/P3. 4T1/P3.5WR/P3,6RD/P3.7 XTAL2 iXTAL1VSS0 12 3 4 78 9 11111PDIP40151617181920VCCPO. O/ADO PO. 1/AD1 PO. 2/AD2 :PO. 3/AD3 FO.4/AD4 PO. 5/ADS :F0. 6/AD6 PO.7/AB

8、7 j EA ALE/PROG PSEN P2. 7/A15 I P2. 6/A14 :P2. 5/A13 j P2. 4/Al2 j P2. 3/All :P2.2/A1O j P2.1/A9 :P2. O/A8图 2-1 PDIP 封装的 STC89C52单片机的引脚功能说明:1、电源引脚VCC （40脚）：电源端，工作电压为 5V。GND （20脚）：接地端。2、时钟电路引脚XTAL1 （19脚）和XTAL2 （18脚）。3、复位RST （9脚）。4、输入输出（I/O）引脚P0.0-P0.7 （39脚-32脚）：输入输出脚，称为P0 口，是一个8位漏极开路型 双向I/O 口，内部不带上拉

9、电阻。P1.0-P1.7 （1脚-8脚）：输入输出脚，称为 P1 口，是一个带内部上拉电阻 的8位双向I/O 口P2.0-P2.7 （ 21 脚 28 脚）：输入输出脚，称为 P2 口，是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3.0-P3.7 （10 脚 17 脚）：输入输出脚，称为 P3 口，是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P3 端口具有复用功能。2.2.3 STC89C52RC 单片机器件参数1 、增强型 8051 单片机， 6 时钟 /机器周期和12 时钟 /机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051 。2、工作电压：5.5V3.3V （5V单片机）/

10、3.8V2.0V （3V单片机）。3、工作频率范围：040MHz,相当于普通8051的080MHz ,实际工作 频率可达 48MHz4 、用户应用程序空间为 8K 字节。5、片上集成512 字节 RAM 。6 、 通用 I/O 口（32 个） ， 复位后为： P0/P1/P2/P3 是准双向口 /弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7 、 ISP （在系统可编程）/IAP （在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（ RxD/P3.0,TxD/P3.1 ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8 、具有 EEPR

11、OM 功能。9、共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器T0、 T1 、 T2。10 、 外部中断 4 路， 下降沿中断或低电平触发电路， Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒。11、通用异步用行口（ UART）,还可用定时器软件实现多个UART。12、工作温度范围：-40+85 C （工业级）/075 c （商业级）。13、PDIP 封装2.3 温度传感器 DS18B20DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877 , LTM8874等等。 主要根据应用场合的不同而改变

12、其外观。2.3.1 DS18B20的主要特性1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V ,在寄生电源方式下可由数 据线供 电。2、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。3、 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。4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在 形如一只三极管的集成电路内。5、温范围-55C+125C,在-10+85 C 时精度为 0.5C。6、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5 C、0.25

13、C、0.125 C 和0.0625 C ,可实现高精度测温。2.3.2 DS18B20的外形和内部结构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的外形及管脚排列如图3-2所示：DALLAS 1B8201 2 3.aonoijTOP： DS15B20图2-2温度传感器DS18B20DS18B20引脚定义：(1)GND为电源地；(2)DQ为数字信号输入/输出端；(3)VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。2.4 液晶显示器LCD16022.4.1 液晶显示器LCD1602功能介绍1602液晶显

14、小器也叫1602字符型液晶显本器，它是一种专门用来显小字母、 数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7或者5X11等点阵字符位组成， 每个点阵字符位都可以显示一个字符， 每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有问 隔，起到了字符间距和行间距的作用， 正因为如此所以它不能很好地显示图形(用自定义CGRAM ,显示效果也不好)。如图3-3所示：图2-3液晶显示器LCD16022.4.2 LCD1602管脚介绍LCD1602采用标准的16脚接口，如图3-3所示，其中从左到右为1-16脚：2.4.3 ND为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最

15、弱，接地电源时 对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整 对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令 寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。第6脚：E（或EN）端为使能（enable）端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行 指令。第7-14脚：D0D7为8位双向数据端。第15-16脚：空脚或背灯电源，15脚背光正极，16脚背光负极。2.4.4 LCD1602主要特性1、3.3V或5V工作电压，对比度可调。2、内含复位电路。3、提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪

16、烁、显示移位等多种功能。4、有80字节显示数据存储器 DDRAM。5、内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器 CGROM。6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。3硬件电路设计3.1 系统框图温度检测系统由USB接口电源，DS18B20温度传感器组成的温度检测模块，STC89C52单片机组成的核心电路，复位电路、时钟电路及液晶显示器组成的显示电路构成。如图3-4所示：时钟电路模块STC89C52单片机LCD1602 显示模块复位电路模块DS18B20温度检测模电源模块图3-1系统框图3.2 最小的单片机系统单片机最小系统以AT89C52RC为核心，外加时钟电路和复位电路，电路

17、结构简单， 抗干扰能力强，成本相对较低，非常符合本设计的所有要求。3.2.1 时钟电路时钟电路在单片机的外部通过 XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。本系统采用的为12MHz的晶振，一个机器周期为1us,C1、C2 为 22pF。如图 3-5 所示0122pF.U1C21S?2PFP 口 .OZATO P0.VAM PQ.2/ADC P0.S/AK? P0.4/AD4 PH fi/flDfi图3-2时钟电路仿真图3.2.2 复位电路复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效。XTAL2RSIPSEN，-

18、，-工苴-上苴-叵上电自动复位通过电容 C3和电阻R1来实现。如图3-6所示：P0.2/AD2 PO./ATG PO.4/AD4 PO.5/AD5 po.e/e PO.7/AD7P2.0Z3SP2.1JWSP2 2XTAL1XTAL2RSTPSEM前P1P1.1IT2B(UIPO (VADOPO i/WIP0 2TAD2P0 3WD3PO 4用口4 PO班居 PO 眄口 6RQ 7/AC7P2.0WSP2UCASP2RM0 P2.3JA11P2.-4JA12P2.5JA13P2.SJA14P2.7JA15P3.OJRXDP3.1iTXD_P3.2WP3.34NT1P3 4/TOP3.5m 瓯

19、附7桢L旧E1图6-1温度检测系统仿真图加载程序液晶屏显示温度。如图 6-2所示：The23.5C wfuo心出rt狂口当值岛虹I/N 口LCD):LMU ftL 立 H Hl1L A： 111 二 EiZi 口口Ol *GKTAL1PQ W的POJMM,丹心叩翻脸阳.+用同国也川话PQH悯WHjR 0BR Wn2 i7*l：iPShP4AI?EAP2三依1三：史833P2 71扁IE尸arnF1 irTZEtF13p-s.ijhTipi eP33.MJPJl-3*T酹出T 尸二 T：_-U2，r图6-2温度检测系统模拟运行通过调整DS18B20中的+-”“即可改变显示数值。7实物制作7.1

20、器材清单实物制作用到的器件有以下几种，如表二所示:名称封装型号参数数量瓷片电容直插30PF2石英晶体直插11.0592MHZ1电阻直插1/4W10K1电解电容直插22UF/16V1CPU双列直插STC89C52RCHD1CPU座双列直插DIP-401电阻直插1/4W4.7K1温度传感器直插DS18B201电位器直插3296W-10310K1液晶显示器LCD160211P杜邦线彩色母对外两头插好杜邦头孔对孔40根一排单根长度20cm30针排针直插脚距2.54高111X40单排插针30线最小系统板1洞洞板9X7CM单面1表二温度检测单片机元器件明细表7.2 最小系统板制作焊接最小系统板，把电容、极

21、性电容、12Mhz晶振、电阻、排针、底座插到最小系统板上，因为背面电路都已连接好，只需在各个位置焊上个元器件即可。 实物图 如图7-1所示:图7-1最小系统电路实物图7.3 温度检测系统电路板制作DS18B20焊接时应注意1,2,3脚，电路板最右面焊排针，以便输入信号输入程序前用杜邦线将各个模块进行连接。实物图如图7-2所示：图7-2 温度检测系统电路实物图7.4 温度检测展示室内温度测量如图7-3所示：图7-3 室温用手指捏住DS18B20 一段时间，再次进行温度的测量。如图 7-4所示:图7-4手指加热7.5 焊接点展示每个焊点以方正，不带刺，均匀为好。当焊好电路后，仔细检查焊点质量与是否

22、 导通。如图7-5所示：00 三一： OOCOOQOC # XC二，T oooorQooor匚 7 QOQOQOt 0 POR Qr，9:ooooo)00000OOOOQ000000aoooooao图7-5焊接点展示7.6 作品检查1、首先按照仿真图将实物焊接，注意焊接的质量，不要出现虚焊等现象。2、通电观察现象。3、通电后无反应。4、将单片机换一块最小系统板，检查是否原来最小系统板有问题及单片机是否有问题。5、液晶显示器的显示和仿真是否有不同。6、检查单片机引脚与液晶显示器连接的顺序是否正确.程序是否匹配。7、液晶显示器不亮或亮的很暗。8、检查线路的正负极是否接反,检查限流电阻阻值是否正确,

23、检查是否有断路现象。当焊好电路后通电之后， 发现电路不亮， 检查了一下单片机向外的接口， 虚焊了个地方，重新焊好后，接入液晶显示器，发现有一组液晶显示器不亮，原因是未连接背光电路，重新连接后，通电，试验成功。8 结论本系统充分利用了 STC89C52RC 芯片的 I/O 引角。 系统统采用 MSC-51 系列单片机为中心器件来设计温度检测系统，实现了能根据实际温度通过单片机芯片的 P2口控制液晶显示器的显示；系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。系统不足之处在于电路 18B20 易损坏、以及液晶显示不明显等。由于本设计涉及到的知识面比较广， 再加上本人在相关领域知识的缺乏， 所以本设

24、计的性能指标还是有待改善的， 并让我明白了仿真和真实动手是具有差距的， 想的和做的并不一样。 要特别注重细节， 制作实物时出现液晶屏不显示故障， 当时只认为是程序或焊接有问题，最后才发现只是电位器没调节好。这次课程设计， 使我对所学的知识与技能、 分析和解决问题的能力进行了可贵的锻炼，使我深刻领会了单片机的基本原理以及了解到单片机应用系统开发过程的艰难。在常用编程设计思路技巧的掌握方面都向前迈了一大步。通过这次的课程设计， 我充分意识到了自己所学的东西还是非常有限的， 明确了以为要努力的方向， 不能只学习课本上的理论知识， 还要了解一些书本上无法学到的东西，为自己的以后奠定了一定的基础。精品资

25、料附录：C 语言程序：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LCDIO P2 /1602 数据口sbit DQ=P3A6;ds18b20 与单片机连接 口sbit rs=P1Al； /1602数据命令选择引脚/sbit rd=1; /读写选择sbit lcden=P1A2; /1602 选通引脚float f_temp; / 浮点型温度值uint tvalue;/ 温度值uchar tflag;uchar code table= The temperature ;/每行显示 16

26、个字符uchar code table1= is: 000.0C wfu;uchar data disdata5;void delay(uint z)/短延时uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com) /1602 写命令子程序rs=0;/RS 是数据命令选择短，高电平写数据，低电平写命令/ rd=1;lcden=0;/1602 选通端，高电平选通，低电平禁止P2=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date) /1602 写

27、数据子程序rs=1; /RS 是数据命令选择短，高电平写数据，低电平写命令/ rd=1;/?lcden=0; /1602 选通端，高电平选通，低电平禁止P2=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()/1602 初始化程序uchar num;lcden=0;write_com(0x38);/0011 1000B ，8 为数据口，两行显示， 5*7 点阵write_com(0x0c);/0000 1011B ，显示开及光标设置，关显示，显示光标，光标闪烁write_com(0x06);/0000 0110B ，显示光标移动设置，读或写一个

28、字符，地址指针减一且光标减一，写一个字符屏幕显示不移动写一个字符屏幕显示不移动write_com(0x01);/0000 0001B ，显示清屏，数据指针和所有显示清屏write_com(0x80);/1000 000B ，关闭显示delay(5);write_com(0x80);/1000 000B ，设置为 2 行显示，写入第一行字符的地址，第一行地址是00-2Ffor(num=0;num16;num+)write_date(tablenum);/写入第一行数据 delay(5);write_com(0x80+0x40); /1100 0000B, 设置为 2 行显示， 写入第二行字符的地

29、址，第而行地址是40-67for(num=0;num0;i-)DQ = 0; / 给脉冲信号dat=1;DQ = 1; /给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay_18B20(10);return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/* 写数据 */unsigned char i=0;for (i=8; i0; i-)DQ = 0;DQ = wdata&0x01;delay_18B20(10);DQ = 1;wdata=1;read_temp()/* 读取温度值并转换*/uchar a,b;ds1820rst();ds1820wr(0xCC);/ 跳过

30、ROM_nop_();/ds1820wr(0x4E);/ 写 EEPROM, 发出向内部RAM 的 3 、 4 字节写上、 下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据/ ds1820wr(0x00);/Th/ds1820wr(0x00);/Tlds1820wr(0x7f);/12 bits 温度分辨率x1f, 0x3f, 0x5f ,0x7f 温度读数分辨率分别对应0.5, 0.25, 0.125 ,0.0625/ds1820wr(0xcc);/跳过读 EPROM 序列/ds1820wr(0x48); 将 RAM 中第 3 、 4 字节的内容复制到 EEPROM 中ds1820rst();ds1820wr(0xcc);/* 跳过读序列号*/_nop_();ds1820wr(0x44);/* 启动温度转换*/ds1820rst();ds1820wr(0xcc);/* 跳过读序列号*/ds1820wr(0xbe);/* 读取温度 */a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue0?0.5:-0.5);return(tvalue);void ds1820disp()/ 温度值显示uchar flagdat;disdata0=tva