数字温度计的课程设计

1、摘要本设计是单片机控制的数字温度计, 随着时代的进步和发展, 单片机技术已 经普及到我们生活,学校,工作,科研等各个领域,已经成为一种比较成熟,要 求越来越高,需求越来越迫切的技术 , 由于世界经济的快速发展,经济竞争已经 成为各国经济实力和综合国力的竞争, 所以单片机已成为衡量一个国家科学技术 发展水平的重要标志之一。 又因为温度计在实际生产和人们的生活中都有广泛应 用, 为此我选择了设计一个数字温度计。 本文将介绍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,基本范围 -50 110,精度误差小于 0. 5, LED 数码直读显示可以设置上下报警温度,当温度不在设置范围内时,

2、可 以报警。本设计以 STC89C52单片机为核心, DS18B20数字式温度传感器为温度 传感器, 74HC573锁存器及数码管构成显示电路。单片机控制 DS18B20进行温度 采集, 在接收到 DS18B20传回数据后进行处理, 通过 74HC573锁存器及数码管显 示实时温度的动态显示。 由于采用的是可编程器件作为控制核心, 与传统的温度 计相比该温度计具有示数直观,精度可调,功能易扩展等优点。关键词 :数字温度计,单片机, DS18B20目 录1 前言 . 31.1 设计概述 . 32 总体方案设计 . 42.1 方案选择 . 43 单元模块设计 . 5 3.1 各单元模块功能介绍及电

3、路设计 . 5 3.2 电路参数的计算及元器件的选择 . 73.3 各单元模块的联接 . 94 软件设计 . 10 4.1 主要软件设计流程 . 10 4.2 原理图的绘制与仿真 . 104.3 单片机程序的调试与编译 . 115 系统调试 . 14 5.1 系统单片机程序的调试 . 145.2 系统电路的调试 . 146 系统功能、指标参数 . 15 6.1 系统能实现的功能 . 156.2 系统功能及指标参数分析 . 157 总结与体会 . 168 参考文献 . 16附录 1:数字温度计的电路原理图附录 2:DS18B20测温子程序1前言随着“信息时代”的到来,作为获取信息的手段传感器技术

4、得到了显著 的进步,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。传感器 技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此,了解并掌握 各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。设计概述本电路为一数字式温度测量及显示电路。上电后系统进入工作状态,单片机 控制数字温度传感器 DS18B20进行温度测量,并接收其传回的二进制温度数据, 将数据处理后通过数码管以十进制的形式显示出实时温度。设计目标通过数字式温度传感器测温,将电路设计为 ;1基本范围 -50 1102精度误差小于 0.53 LED 数码直读显示4可以设定温度的上下限报警功能技术路线该设计分为几个模块:电源模

5、块,测温模块,中央处理模块及显示模块。完 成各模块原理图及程序设计,连接各模块电路,整体调试,在 51单片机开发板 上验证设计结果。2总体方案设计原理框图方案原理:该方案的各部分电源均由总电源供电, 51单片机作为中央处理器 及控制核心,控制数字温度计采集温度,数字温度传感器在采集到温度后直接输 出数字量,传给单片机进行处理,单片机将传回的二进制数据处理后转换为相应 温度,由译码显示电路以十进制形式显示在数码管上。 3单元模块设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计 1电源电路框图 图 3.2电源部分连线图电源电路中, CON1口接入经变压器降压的低压交流电,二极管 D1、 D2、 D3、 D4

6、组成桥式整流电路,三端稳压器 LM7805稳压,稳压后再进行一次滤波,发光 二极管 D5与电阻 R1构成电源工作指示电路, R1起限流作用。作为滤波电容的 C1、 C2、 C3、 C4取值均来自 LM7805器件资料中典型应用电路。电路通过 CON2口 输出稳定 +5V供给整个系统。中央处理电路 中央处理电路主要由时钟振荡电路,复位电路及 STC89C52单片机构成, 中央处理电路控制数字温度传感器进行测温并对传回的数据进行处理,再控制显 示电路将测得温度显示在数码管上。测温电路 测温电路主要由数字温度传感器 DS18B20构成。测温电路完成温度的测量, 将测得温度以二进制数据形式反馈给单片机

7、进行处理。显示电路主要由 74HC573锁存器及七段共阴数码管构成,实现数码管对测得 温度值的动态显示。3.2电路参数的计算及元器件的选择根据输入电压、二极管的反向击穿电压、最大整流电流及惯例选择 1N4007作为整流二极管,根据 LM7805元件资料上给出的典型应用电路决定滤波电容容 值:C1=3300uf、 C2=0.22uf、 C3=470uf、 C4=0.1uf。中央处理电路主要由 STC89C52单片机、时钟振荡电路及复位电路构成。时 钟振荡电路及复位电路的元件选择均根据资料,无需计算。测温电路主要由数字温度计 DS18B20构成,据其元件资料其数据端的上拉电 阻应取 5k 左右,取

8、标称值 4.7k 。74HC573,数码管选择七段共阴数码管。3.2。 5 STC89C52单片机STC89C52单片机具有 PDIP , TQFP 和 PLCC 三种封装形式。设计中采用的是 PDIP 封装,其引脚排列如图 3.5所示。 图 3.5 STC89C52单片机引脚图3.2·6 DS18B20介绍DS18B20数字温度计是单总线器件,具有线路简单,体积小的特点1、 DS18B20产品的特点(1 、只要求一个端口即可实现通信。(2 、在 DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。(3 、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。(4基本范围 -50 110,精度误

9、差小于 0.5(5 LED 数码直读显示(6 、内部有温度上、下限告警设置。2、 DS18B20的引脚介绍其引脚功能描述见表 3.1。 表 3.1 DS18B20详细引脚功能描述74HC573为八进制三态输出透明 D 锁存器阵列, 其引脚排列见图 3.7。 74HC573内部共有八路 D 锁存器,每一路的逻辑图见图 3.8。图 3.7 74HC573引脚图图 3.7 74HC573逻辑图3.3各单元模块的联接详见附录 1 4软件设计在本设计中用到了三种软件,一是 Proteus 7 Professional ,主要用于设计 原理图的绘制及电路仿真, 二是 Keil C51编译系统, 主要用于调

10、试、 编译 STC89C52单片机程序 , 三是 STC-ISP V31,主要用于向单片机下载程序。4.1主要软件设计流程图 4.1 主要软件设计流程图4.2原理图的绘制与仿真在设计过程中我主要使用 Proteus 7 Professional isis软件完成系统原理 图的绘制与仿真。使用 Protues 对电路进行设计和实验仿真的基本步骤是:1、用虚拟器件在工作区建立电路; 2、选定元件的模式、参数值和标号; 3、连接信号源等虚拟仪器; 4、选择分析功能和参数;5、激活电路进行仿真; 6、保存电路图和仿真结果。Protues 的操作流程介绍。首先,进入 Protues 的设计页面,按照设计

11、框图 找出设计中所需要的基本器件,如图 4.2: 图 4.2 元器件的绘制与连线原理图画好并设定参数后可点击“运行”按钮进行仿真,根据仿真图中元件 各引脚电平变化及电路实现现象可以判断设计是否正确,如图 4.3 : 图 4.3 电路的仿真4.3单片机程序的调试与编译STC89C52单片机程序的调试与编译用到的编译系统是 Keil C51。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全 Windows 界面。Keil C51工具包 uVision 是 C51 for Windows的集成开发环境 (IDE,可以 完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。下面简单介绍

12、Keil C51开发系统的使用。首先,进入 Keil C51编译系统,建立工程文件,编辑 C 语言源文件。如图 4.4: 图 4.4建立工程文件然后,建立 C 语言源文件,写入源代码并进行编译、调试,如图 4.5: 图 4.5 建立 C 语言源文件,写入源代码并进行编译、调试图 4.6 DS18B20温度读取程序流程图4.4单片机程序的下载将 HEX 文件下载到单片机使用的软件是 STC-ISP V31,在源代码调试无错误之后生成 HEX 文件,将 HEX 文件下载到单片机开发板进行实物调试,如图 4.7 :图 4.7 将 HEX 文件下载到单片机开发板 5系统调试5.1系统单片机程序的调试使

13、单片机程序 C 语言源代码能够正常运行。当程序无错误时,如图 5.1,就可以将程序下载到单片机开发板进行实物调试。 图 5.1 单片机程序经调试后无错误5.2系统电路的调试将程序下载到 WEE-51单片机开发板进行实物调试。将单片机开发板通过串口下载线与电脑相连,用 STC-ISP V31将程序下载到 单片机,经过对程序的修改后得到结果如图5.2: 图 5.2 将程序下载到单片机开发板的结果调试成功,数码管上显示出了精确到十分位的实时温度。6系统功能、指标参数6.1系统能实现的功能系统能够通过 DS18B20测量温度,并将实时温度显示到数码管,精确到十分 位。且能动态响应,当温度改变时数码管温

14、度示值能立即改变,显示相应的温度 值。6.2系统功能及指标参数分析电源电路:4个 1N4007作为整流二极管构成桥式整流,滤波电容容值: C1=3300uf、 C2=0.22uf、 C3=470uf、 C4=0.1uf。中央处理电路:51系列单片机 STC89C52作为中央处理电路的处理器。 测温电路:数字温度传感器为 DS18B20,其数据端的上拉电阻 R3取标称值 4.7k 。显示电路:显示电路部分的锁存器选择八进制三态输出透明 D 锁存器 74HC573,数码管选择七段共阴数码管。经测试,系统测温精度达到 0.1,符合设计要求指标。7总结与体会在这次的课程设计中,我做的设计课题是“数字温

15、度计” 。数字温度计是一 个用途非常广泛的电路,在很多地方都可以见到它们的身影,如工农业生产、科 研、生活中。我设计的这个数字温度计能动态显示实时温度,示数直观而且通过 改进程序最大精度可以达到 0.05,本次的数字温度计设计实践将我们学到的知识应用到了实践,深化了我对单 片机的设计,让我们在设计的实践中获得了更多的知识,同时锻炼了我们的动手 能力。学习了理论知识和实践操作,我们不仅仅得到的事课本上的东西,更重要 的是我们通过自己的亲自动手,还有老师和同学的耐心指导,让我们知道了分析 电路、设计电路的步骤以及计算机软件辅助等。在实验中涉及到了二极管、三端 稳压器、电容、锁存器、数码管等的使用,

16、加深了我对单片机的理解,同时加深 了我对几种元件的使用的认识。设计一开始不知道如何下手,经过广泛的查阅资料,我找到了很多有用的信 息,为我的设计带来了很多方便。通过这个设计让我得到了很多,很多事情做不 做得好是回事,关键是自己要亲自去实践,亲自动手做,要善于思考总结。我自 知这次的设计有很多不足之处,尽管我们很努力,但效果却不是很好,平时很多 东西学得也不是很透彻,我觉得做课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。通过 这次课程设计,我收获颇多,我深切体会到了把知识转换为实践的快乐。8参考文献1彭介华 . 电子技术课程设计指导 M.北京:高等教育出版社 .20064 贾更新 . 电子技术基础实验设计

17、与仿真 M.郑州:郑州大学出版社, 2006, 10 5 谭浩强, C 程序设计 M.第 3版 . 北京:清华大学出版社 2005,7附录 1 :系统的电路原理图附录 2:DS18B20测温子程序void dsreset(void /发送 DS18B20复位与初始化命令uint i;DS=0;i=103;while(i>0i-;DS=1;i=4;while(i>0i-;bit tmpreadbit(void /读一位数据uint i;bit dat;DS=0;i+; /i+用于延时DS=1;i+;i+;dat=DS;i=8;while(i>0i-;return (dat;uc

18、har tmpread(void /读一字节数据uchar i,j,dat;dat=0;for(i=1;i<=8;i+j=tmpreadbit(;dat=(j<<7|(dat>>1; /读出的数据最低位在最前面, 这样刚好一个字节在 DAT 里return(dat;void tmpwritebyte(uchar dat /写一字节到 DS18B20uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j<=8;j+testb=dat&0x01;dat=dat>>1;if(testb /写 1DS=0;i+;i+;DS=1;i=8;while(i>0i-;elseDS=0; /写 0i=8;while(i>0i-;DS=1;i+;i+;void tmpchange(void /DS18B20 开始转换dsreset(;delay(1;tmpwritebyte(0xcc; / 寻址总线上所有的驱动器 tmpwritebyte(0x44; / 开始单个温度转化 ui