数字温度计设计论文

z.黄冈师学院专科生毕业论文题目:数字温度计的设计专业班级：应用电业技术电子1211班学号：***学生：**指导教师：***论文完成日期:2014年11月重声明本人的毕业论文是在熊杰教师的指导下独立撰写并完成的。毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规和侵权行为，如果有此现象发生，本人愿意承当由此产生的各种后果，直至法律责任；并可通过网络承受公众的查询。特此重声明。毕业论文作者(签名)：**2014年11月5日-z.目录第一章绪论31.1前言31.2设计务任和要求3第二章系统总体方案及硬件设计42.1数字温度计设计方案论证4方案一42.1.2方案二42.2系统总体设计42.3模块简介62.3.1主控制器62.3.2显示电路6温度传感器7报警温度调整按键8第三章系统软件算法分析93.1主程序流程图93.2读出温度子程序93.3温度转换命令子程序93.4计算温度子程序103.5显示数据刷新子程序103.6按键扫描处理子程序11第四章电路仿真12第五章电路板制作过程145.1原理图编辑145.2PCB制作15第六章电路调试过程16总结与体会17辞19参考资料20附目录21第一章绪论1.1前言随着电子技术的不断开展，我们能应用到的电子产品也越来越多。而生活中我们用的很多电子产品都越来越轻巧，价格也越来越廉价．利用电子芯片实现的东西也越来越来越多，比方数字温度计。当然，非电子产品的常用温度计也很廉价。此次课设论文所介绍的是自己动手制作的一个高精度数字温度计。本次课设不但丰富了课余生活，还从实践中学到并了很多新知识，并从中稳固了以前的知识。用Protel99软件来设计制作电路板——PCB(PrintedcircuitBound)。在PCB上，布置一系列的芯片、电阻、电容等元件，通过PCB上的导线相连，构成电路，一起实现一定的功能。电路通过连接器或者插槽进展输入/输出，有时还有显示局部〔如发光二极管LED、.数码显示器等〕。可以说，PCB是一块连接板，它的主要目的是为元件提供连接，为整个电路提供输入输出端口和显示，电气连接通性是PCB最重要的特性之一。PCB在各种电子设备中有如下功能：〔1〕提供集成电路等各种电子元件固定、装配的机械支撑。〔2〕实现集成电路等各种电子元件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供所要的电气特性。〔3〕为电动装配提供阻焊徒刑，为元器件插装、检查、维修提供识别符和图形。1.2设计务任和要求1.2.1、根本围-20℃——100℃1.2.2、精度误差小于0.5℃1.2.3、LED数码直读显示1.2.4、可以任意设定温度的上下限报警功能第二章系统总体方案及硬件设计2.1数字温度计设计方案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，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进展A/D转换后，就可以用单片机进展数据的处理，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，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比拟麻烦。而且在对采集的信号进展放大时容易受温度的影响从而出现较大的偏差。方案二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，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进展转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比拟简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比拟简单，故采用了方案二。2.2系统总体设计温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。图2.1有了总体设计方案后，下面就是原理图的制作了。原理图如下列图2.2及图2.3示。为了降低绘制PCB是的麻烦度，特意将数码管电路与主控制电路分开画，最后两者是用导线连接。数码管位选接P20—P23，段选接P0口。图2.2数码管电路图2.3单片机控制电路2.3模块简介系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。主控制器单片机STC89C52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。图2.4晶振电路图2.5复位电路显示电路显示电路采用4位共阴极LED数码管，P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2口的低四位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器，与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９～１２位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进展通信；2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能3、无须外部器件；4、可通过数据线供电，电压围为3.0~5.5Ｖ；5、零待机功耗；6、温度以９或１２位数字；7、用户可定义报警设置；8、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；9、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；DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。为保证在有效的DS18B20时钟周期提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。图2.6温度传感器与单片机的连接报警温度调整按键本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。第三章系统软件算法分析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，按键扫描处理子程序等。3.1主程序流程图主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进展一次。这样可以在一秒之测量一次被测温度，其程序流程见图3.1所示。图3.1主程序流程图3.2读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进展CRC校验，校验有错时不进展温度数据的改写。其程序流程图如图3.2示3.3温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场命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如图3.3所示图3.2读文读流程图图3.3温度转换流程图3.4计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进展BCD码的转换运算，并进展温度值正负的判定，其程序流程图如图3.4所示。3.5显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对别离后的温度显示数据进展刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。程序流程图如图3.5。图3.4计算温度流程图图3.5显示数据刷新流程图3.6按键扫描处理子程序按键采用扫描查询方式，设置标志位，当标志位为1时，显示设置温度，否则显示当前温度。如下列图3.6示。图3.6按键扫描处理流程图第四章电路仿真通过仿真软件验证该原理图的可行性。采用protues软件对电路仿真，可以得到预期效果。因protues软件中没有STC89C52故用AT89C52代替。仿真图如图4.1示。图4.1电路仿真图右图4.2为温度传感器的仿真效果图，此图验证了传感器的温度与数码管显示的数字一致。当按下SET键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按ADD或DEC分别对报警温度进展加一或减一。当再次按下SET键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设置的温度报警下线，按ADD或DEC分别对报警温度进展加一或减一。当第三次按下SET键时，退出温度报警线设置。显示当前温度。验证了电路图正确性后，下面就进入PCB的绘制了第五章电路板制作过程随着计算机技术的开展，电路设计中的很多工作都可以交由计算机来完成。Protel99SE系统是一套建立在PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，很快就成为PC平台上最流行的电子设计自动化软件。在完本钱课程设计过程中，充分运用了Protel99SE的电路及PCB设计功能加快了设计进程，下面将就电路板的制作过程做详细阐述。Protel进展电路设计有两个步骤如下列图所示:图5.1PROTEL设计步骤5.1原理图编辑原理图的设计是整个电路设计的根底，它决定了后面工作的进展。原理图的设计过程可以按下列图所示的设计流程进展。图5.2设计流程图〔1〕图纸设置是绘制电路图的第一步，必须根据实际电路的大小来选择合的图纸设置图纸的大小包括设置图纸尺寸、网络和光标的设置等等。〔2〕加载元器件库，在Protel99SE中，原理图中的元器件符号均存放在不同的原理图元件库中，在绘制电路原理图之前，必须将所需的原理图元件库装入原理图编辑器。〔3〕放置元器件，即将所需的元件符号从元件库中调入原理图中。〔4〕调整元器件布局，将各个元件用具有电气性能的导线连接起来并进一步调整元器件的位置、元器件标注的位置及连线等。〔5〕最后打印存盘。5.2PCB制作在绘制好原理图的情况下要想得到一块电路板还需要绘制一PCB幅员，PCB做的好坏将直接影响电路板的美观和性能，所以要尽量把PCB做的合理。我们可以按以下流程来完成PCB的绘制。开场规划电路板设置参数装入元件网表及封装保存及打印手动调整布线元件布局完毕图5.3PCB设计流程图整个过程中元器件的布局是关键，布局直接影响到最后做板的元件格局，所以在整个过程中要不断的调整直至最终合理。图5.4是本课程设计的最终PCB印刷电路,USB母座放在边上便于插拔电源线。。图5.4电路PCB图第六章电路调试过程电路板的设计在经过了原理图的引用分析，元件的选取和电路原理的仿真验证后，通过PROTEL99便可以制作成对应的原理图，然后完成PCB的幅员设计，最后便制作成完整的电路板。电路板的制作完成只是占课题的一小局部，接下来将进入比拟棘手也是较为需要耐心和细心的电路调试环节。说实在的，对于电路调试实在有点怕，上一次课设调板的阴影还没散去呢。调试，要的就是耐性，毅力外加细心。看似完美无缺的电路板，检查了之后却是漏洞百出，断线的，虚焊的。不过这些都不是大问题，有了屡次电路设计经历后这些故障很快就解决了。接下来最棘手的应该是软件编程了。编程向来都是我的软肋，不过还好，在广阔网友的支持下，最后还是搞定了。总结与体会本次课程设计即将进入尾声，回想这两周来的电子设计制作经历，我感触甚是深刻。通过本次课程设计，使我对电子设计及制作产生了较为浓厚的兴趣，这不仅加强了自己对理论知识的理解和稳固，还能提高自己的动手能力，可以说受益匪浅。当然更重要的是，激起了我学好单片机的斗志。本次课程设计主要分为四局部：设计、仿真、制作及调试。这四个步骤在整个课程设计过程中起着重要的作用。本次课程设计的任务是：根据教师给出的设计题目的要求选择适宜的电路，确定元件参数，对原理图进展电路仿真，制作PCB图等。在整个设计制作过程中用到了两个软件，PROTUES仿真软件和Protel99SE做板软件。可以说，在此之前自己未曾使用过protues软件。而且Protel99SE用起来也是相当的陌生，毕竟已隔将近半年多没用此软件做板了。本次课设让我学到了如何去运用protues软件对电路进展仿真，仿真出来的效果与理论上的效果以及与实物做出来的效果有何不同或相似。而在使用Protel99SE软件设计时，我也有了不少的学习应用心得。首先，在制作原理图的时候一定要非常细心，一个小错误都可能影响往后的制板工作。其次，在做PCB时，本人不提倡应用自动布线工具。虽然手动布线很烦人，但这可以提高你的动手能力，同时也可以提升你的耐力。总之，在学习和运用设计电路软件时遇到了不少问题，在向教师和同学请教后得到了解决，也在这个过程中学到了不少解决问题的方法。做板可是说是在考验一个人的耐力以及动手能力。电路设计完之后就是开场真正的做板了。做板大致来说有六个步骤：买元件———>印铜——>腐蚀——>打孔——>安装元器件——>焊接。买元件时要注意元件的管脚要与封装一致，比方电位器有很多种，在选择时要注意管脚与自己铜板铜孔对应。印铜时要注意熨斗的温度，温度不够时印铜很容易失败。而腐蚀过程中腐蚀药品的量以及水的温度则直接影响到腐蚀时间的长短，这就要自己合理把握了。打孔时最好使用口径稍微大一点的针头，在打芯片的孔时要注意将孔打在一条直线上，以免在插芯片时有困难。在安装元器件时一定要做到对号入座，且有些器件要注意正负极，如假设不然电路不通是小事，元件爆炸就危险了。焊接时一定要做到细心+耐心，不要急于求成。当然对于一个初学者而言，刚开场焊出来的板子确实谈不上美观，不过当熟练之后，焊出美观的板来就不成什么问题了。最能表达一个人的耐心程度，也最能学到东西的阶段还是在调试过程。在整个过程中既要求熟练掌握设计的原理，懂得运用所学电学的根本理论，还要求善于查错，改错。如果在调试过程中无法到达预期结果，就要从整个设计制作过程中认真分析，细心查找错误，一步一步仔细排查。在找到错误之后，切不可马上放弃这块板子重新做，如果不懂如何做，可以请教在这方面能力较强的同学，尽量做到以较少的改动来改正错误。这样可以节约时间以及做板的本钱。当调板不成功，尤其是花了很久时间都未能成功的时候，大多数人都会显得相当急燥，而我就是其中一个。后来我去请教同学和教师，在他们的开导和讲解之下，我静下心来重新开场分析，当检查到电路板时才发现，原来有一根铜线与周边所附的铜被一点点没腐蚀掉的铜点连在了一起，虽然这只是一小点的铜点，却能造成了比拟大的错误，导致有整个电路处于短路状态。幸亏没把主控芯片给烧咯。在修改之后，终于，一直期盼出现的结果出来了。本次课程设计的大概题目是教师给出，当然我们也可以自由选择。我在学校图书馆以及网上查阅了相关资料之后，确定了一个与目前我所学的知识比拟接近且相对而言比拟熟悉的题目。可以说从确定题目，寻找原理图，制作sch、pcb，到焊接调试，每一个步骤都付出了努力，倾注了我两周的心血，也从中积累了珍贵的经历，最后终于大抵上完成了设计任务。从总体上看，这次电路设计制作还是比拟成功的，板子的调试结果与仿真得出的效果图还是比拟接近的。拿着自己调试好的板子，心里总有些许的“成就感〞，这也只有真正是自己动过手的人才能体会到其中的喜悦。本次课程设计给我的第一大感觉就是：要成功，就要有付出。从这一次制作过程的心得体会当中，我意识到在以后的设计中我还需要做到再细心、再耐心、再专心。回想从制作开场到完毕，没有哪一步不是注入了自己的心血，心情就冲动不已，此次课程设计必将让自己的理论水平和实践能力上升到一个新的台阶，同时也让自己认识到实践的重要性。辞本设计在选题及研究过程中得到熊杰教师的悉心指导，屡次询问设计进程，并为我指点迷津。也感学校及信息与通信学院的教师们为我提供了良好的研究和实践条件，谨向各位教师们表示诚挚的敬意和忱。在本学期的课程设计中，我能够顺利的完成设计，也离不同学的热心帮助和支持。在此，我要向他们表示最衷心的感，同时也要感信息与通信学院科协的所有朋友带给我的帮助。没有他们在身旁的指点我也不可能完成课设任务。愿把我这份成功的喜悦和快乐都送给那些关心和支持过我，在最困难时候给予我帮助的同学以及教师。在此衷心祝愿他们一生如意参考资料[1]阎石.数字电子技术根底.高等教育，2006[2]王卫东.模拟电子电路根底[M].：·电子科技大学，2003[3]丙霞，艳华.PROTEL99SE原理图与PCB设计.电子工业，2007[4]群芳，士军，黄建.单片机微型计算机与接口技术.电子工业，2008[5]世强.电子电路EDA技术[M].：电子科技大学，2000[6]郭天祥.新概念51单片机C语言教程.电子工业，2009附目录程序源代码#include"reg52.h"#include"intrins.h"//_nop_();延时函数用#definedmP0//段码输出口#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P2^7;//温度输入口sbitw0=P2^0;//数码管4sbitw1=P2^1;//数码管3sbitw2=P2^2;//数码管2sbitw3=P2^3;//数码管1sbitbeep=P1^7;//蜂鸣器和指示灯sbitset=P2^6;//温度设置切换键sbitadd=P2^4;//温度加sbitdec=P2^5;//温度减inttemp1=0;//显示当前温度和设置温度的标志位为0时显示当前温度uinth;uinttemp;ucharr;ucharhigh=35,low=20;ucharsign;ucharq=0;uchartt=0;ucharscale;//**************温度小数局部用查表法***********//ucharcodeditab[16]={0*00,0*01,0*01,0*02,0*03,0*03,0*04,0*04,0*05,0*06,0*06,0*07,0*08,0*08,0*09,0*09};//小数断码表ucharcodetable_dm[12]={0*3f,0*06,0*5b,0*4f,0*66,0*6d,0*7d,0*07,0*7f,0*6f,0*00,0*40};//共阴LED段码表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""-"uchartable_dm1[]={0*bf,0*86,0*db,0*cf,0*e6,0*ed,0*fd,0*87,0*ff,0*ef};//个位带小数点的断码表uchardatatemp_data[2]={0*00,0*00};//读出温度暂放uchardatadisplay[5]={0*00,0*00,0*00,0*00,0*00};//显示单元数据，共4个数据和一个运算暂用/*****************11us延时函数*************************/voiddelay(uintt){for(;t>0;t--);}voidscan(){intj;for(j=0;j<4;j++){switch(j){case0:dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//*iaoshucase1:dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//geweicase2:dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//shiweicase3:dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//baiwei//else{dm=table_dm[b3];w3=0;delay(50);w3=1;}}}}//***************DS18B20复位函数************************/ow_reset(void){charpresence=1;while(presence){while(presence){DQ=1;_nop_();_nop_();//从高拉倒低DQ=0;delay(50);//550usDQ=1;delay(6);//66uspresence=DQ;//presence=0复位成功,继续下一步}delay(45);//延时500uspresence=~DQ;}DQ=1;//拉高电平}/****************DS18B20写命令函数************************///向1-WIRE总线上写1个字节voidwrite_byte(ucharval){uchari;for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();//从高拉倒低DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//5usDQ=val&0*01;//最低位移出delay(6);//66usval=val/2;//右移1位}DQ=1;delay(1);}/****************DS18B20读1字节函数************************///从总线上取1个字节ucharread_byte(void){uchari;ucharvalue=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//4usDQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//4usif(DQ)value|=0*80;delay(6);//66us}DQ=1;return(value);}/*****************读出温度函数************************/read_temp(){ow_reset();//总线复位delay(200);write_byte(0*cc);//发命令write_byte(0*44);//发转换命令ow_reset();delay(1);write_byte(0*cc);//发命令write_byte(0*be);temp_data[0]=read_byte();//读温度值的第字节temp_data[1]=read_byte();//读温度值的高字节temp=temp_data[1];temp<<=8;temp=temp|temp_data[0];//两字节合成一个整型变量。returntemp;//返回温度值}/****************温度数据处理函数************************///二进制高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一字节,这个//字节的二进制转换为十进制后,就是温度值的百、十、个位值,而剩//下的低字节的低半字节转化成十进制后,就是温度值的小数局部/********************************************************/work_temp(uinttem){ucharn=0;if(tem>6348)//温度值正负判断{tem=65536-tem;n=1;}//负温度求补码,标志位置1display[4]=tem&0*0f;//取小数局部的值display[0]=ditab[display[4]];//存入小数局部显示值display[4]=tem>>4;//取中间八位,即整数局部的值display[3]=display[4]/100;//取百位数据暂存display[1]=display[4]%100;//取后两位数据暂存display[2]=display[1]/10;//取十位数据暂存display[1]=display[1]%10;//个位数据r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;/////符号位显示判断/////if(!displ