数字温度计课程设计

电气与电子信息工程学院

《单片机》课程设计报告

题目：数字温度计

专业班级：电气工程及其自动化2011级（2）班学号： 201140220229

姓名：杨章

指导教师：胡蔷、汤立刚

设计时间：2013年12月9日—2013年12月13日设计地点： K2-407单片机、微机原理实验室

2013年11月20日

单片机课程设计成绩评定表

答辩或质疑记录：

1、此单片机测温系统有什么优点？

该温度检测系统是以AT89S52单片机为核心，采用新型可编程温度传感器DS18B20进行温度检测，具有抗干扰能力强、温度采集精度高、不需要复杂的调理电路和AD转换电路等特点，该系统是由主机和从机两部分组成，从机的AT89S52单片机完成数据采集、处理和LCD显示，并通过串口与主机进行通信，主机（电脑）实时监控从机采集的数据状况、通过液晶显示温度和时间图形，同时将数据存储在电脑中，因而在掉电的情况下，系统同样能够记录每一时刻的数据，从而轻松地实现温度的检测。

2、使用LCD1602芯片要注意的地方有哪些？

1.注意读写时序要求，操作时序要满足参数；

2.1602的速度偏慢，每次读写操作都需检测数据端口最高位的电平，以确定是否可进行下一步操作；

3.注意初始化操作的相关设置。

成绩评定依据：

课程设计考勤情况（5％）：

课程设计仿真测试情况（15％）

课程设计答辩情况（30％）：

完成设计任务及报告规范性（50％）：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

2013 年12 月日

课程设计任务书

2013～2014 学年第 1 学期

专业班级：电气工程及其自动化2011级（2）班指导教师：胡蔷汤立刚工作部门：电气与电子信息工程学院电气自动化教研室

一、课程设计题目单片机课程设计

二、课程设计内容（含技术指标）

1．设计目的及要求

（1）根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；

（2）熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法；

（3）熟练使用单片机汇编语言或C51进行软件设计；

（4）熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试；

（5）熟练使用Protel软件设计印刷电路板；

（6）学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；

（7）编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告。

2．设计内容（题目名称：数字温度计）

本次课程设计将设计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。本设计系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。采用AT89C52作为主控制系统;，显示电路由1602液晶显示模块芯片，可以进行多行显示；温度报警按键设为五个，可以显示华氏温度，调节高低报警温度；温度传感器电路主要由DS18B20测温器件构成，该器件主要功能有：采用单总线技术；每只DS18B20具有一个独立的不可修改的64位序列号；低压供电，电源范围为3～5V；测温范围为-20℃～+125℃，误差为±0.5℃，并且还可以通过需要来调整分辨率；复位电路是10K电阻构成的上电自动复位。

三、课程设计考核办法与成绩评定

根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。

2013年11月

数字温度计总体设计方案

一、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。 方案二

(1).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。

二、技术指标

1、测温范围-50℃-110℃

2、精度误差小于0.5℃

3、LCD 显示温度值

4、可通过人机接口任意设定温度报警的上限值和下限值

三、结构框图

温度计电路设计总体设计方框图如上图所示，控制器采用单片机AT89C52，温度传感器采用DS18B20，用LCD 实现温度显示。

主 控 制 器 LCD 显 示 温 度 传 感 器

单片机复位 时钟振荡 报警点按键调整

四、硬件设计

1、原理图

2、硬件电路概述：

系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。

本电路是由AT89C52单片机为控制核心，具有与MCS-51系列单片机完全兼容，程序加密等功能，带2KB字节可编程闪存，工作电压范围为2.7～6V，全静态工作频率为0～24MHZ；显示电路由1602液晶显示模块芯片，可以进行多行显示；温度报警按键设为五个，可以显示华氏温度，调节高低报警温度；温度传感器电路主要由DS18B20测温器件构成，该器件主要功能有：采用单总线技术；每只DS18B20具有一个独立的不可修改的64位序列号；低压供电，电源范围为3～5V；测温范围为-20℃～+125℃，误差为±0.5℃；复位电路是10K电阻构成的上电自动复位。

晶振电路

AT89C52

复位电路

显示电路

本设计显示电路采用1602液晶显示模块芯片，该芯片可现实16x2个字符，比以前的七段数码管LED显示器在显示字符的数量上要多得多。另外，由于1602芯片编程比较简单，界面直观，因此更加易于使用者的操作和观测。1602A芯片的接口信号说明如下表：

1602A芯片的接口信号说明

报警温度调节电路

本系统一共设置了三个按键。

如图所示，K1表示切换上限和下限温度。

K2表示增加温度。

K3表示降低温度。

温度传感器及DS18B20测温原理

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，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：

TO－92封装的DS18B20的引脚排列见下图，其引脚功能描述见表1。

（底视图）

DS18B20表1 DS18B20详细引脚功能描述

序

名称引脚功能描述

号

1 GND 地信号

2 DQ 数据输入/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 VDD 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

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行通信，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。

（2）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网测温；

（3）无须外部器件，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；

（4）可通过数据线供电，电压范围为3.0-5.5Ｖ；

（5）零待机功耗；

（6）温度以9或12位数字，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；

（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；

（10）测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力

DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其引脚排列及内部结构框图如图及测

温原理图如下所示：

五、软件设计

初始化

调用显示子程序

1S到？

初次上电

读出温度值温度计算处

理显示数据刷新

发温度转换开始命令

N

Y

N Y

Y

发DS18B20复位命令

发跳过ROM命令

发读取温度命令

读取操作，CRC校验

9字节完？

CRC校验正？

移入温度暂存器

结束

N

N

Y

发DS18B20复位命令 发跳过ROM 命令 发温度转换开始命令

结束 主程序流程图 读温度流程图

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，在读出时需进行CRC 校验，校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

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始命令，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上图，图9所示

计算温度子程序

计算温度子程序将RAM 中读取值进行BCD 码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图10所示。

开始 温度零下? 温度值取补码置“—”标志

计算小数位温度BCD 值

计算整数位温度BCD 值

结束 置“+”标志 N Y

图10 计算温度流程图

六、仿真及分析

如图所示，“temp”“TH”“TI”分别表示当前温度，上限温度，下限温度。

如图所示，当当前温度处于上限温度和下限温度之间事时，此时蜂鸣器不会报警，灯不会闪烁。

如图所示，当当前温度高于上限温度时，蜂鸣器报警，灯光闪烁。

如图所示，当当前温度低于下限温度时，此时蜂鸣器报警，灯光闪烁。

七、可靠性及抗干扰

本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现等特点。

数字温度计采用进口高精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温型液晶显示器，内置高能量电池连续工作≥5年无需敷设供电电缆，是一种精度高、稳定性好、适用性极强的新型现场温度显示仪。是传统现场指针双金属温度计的理想替代产品，广泛应用于各类工矿企业，大专院校，科研院所。

温度是我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。

数字温度计采用DS18B20温度传感器，将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。

（1）、该数字温度计能对环境的温度进行实时监测。

（2）、数字温度计要能够实时显示环境的温度信息，使用户及时了解到环境温度情况。

（3）、数字温度计能够在程序跑飞的情况下自动重启，对环境温度进行正确的测量。

本电路是由AT89C52单片机为控制核心，具有与MCS-51系列单片机完全兼容，程序加密等功能，带2KB字节可编程闪存，工作电压范围为2.7～6V，全静态工作频率为0～24MHZ；显示电路由1602液晶显示模块芯片，可以进行多行显示；温度报警按键设为五个，可以显示华氏温度，调节高低报警温度；温度传感器电路主要由DS18B20测温器件构成，该器件主要功能有：采用单总线技术；每只DS18B20具有一个独立的不可修改的64位序列号；低压供电，电源范围为3～5V；测温范围为-20℃～+125℃，误差为±0.5℃；复位电路是10K电阻构成的上电自动复位。

采用AT89C52单片机与MCS-51系列单片机相比有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪存，使程序的写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路的体积更小，且管脚数目为20个，与MCS-51相比减少一倍，使理解更容易。

采用DS18B20温度传感器。DS18B20的内部3脚（或8脚）封装；使用特有的温度测量技术，将被测温度转换成数值信号；3.0～5.5V的电源供电方式和寄生电源供电方式；ROM由64位二进制数字组成，共分为8个字节；RAM由9个字节的高速暂存器和非易失性电擦写ROM组成。

基于DS18B20的性能，器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小。

八、课程设计总结

经过将近两周的单片机课程设计，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，但从心底里说，还是高兴的。虽然没有做实物，但是能够仿真出来，对我来说，还是一个不小的进步。

在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。

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。回想从制作开始到结束，没有哪一步不是注入了自己的心血，心情就激动不已，通过这次课程设计使我感到，基础知识一定要扎实，没有完全的融会贯通的基础知识就无法将设计进行下去，所以我在以后的生活和学习中一定要注重基础知识的积累和运用。于此同时我还要增强自己的实践能力，实现学有所用，将自己的课堂扩展到整个生活当中。总之，在这次课程设计的过程中，我学习到了许多的知识，同时也发现了许多问题，经过不断的学习和改正，增强了我分析问题和解决问题的能力，提高了我独立思考问题，以及充分利用现有条件和同学之间相互沟通的能力，这次课程设计令我受益匪浅，为我以后的学习和工作奠定了基础。