基于单片机的数字温度计设计毕业论文草稿-wenkub.com

　 　

【正文】 3. 显示部分：本设计采用的是 LED 数码管， 没能很好地解决功耗问题 ， 在技术方面还显得很落后 ， 若采用 1602LCD 液晶显示会方便许多。 2. 电路的设计 采 取 模块化、 结构化 的思维 ， 便 于修改和维护。 在深入分析 数字温度计 工作原理 的 基础上， 顺利 完成了 本次 设计，并且 还锻炼了自己写代码、读代码的能力。 图 54 低温报警仿真图 28 当 环境 温度大于 预 设值 100℃时， 蜂鸣器报警提醒，温度值实时显示，数码 管末尾显示字母“ H”，表示高温。 图 51 温度传感器 DB18B20 点击 Proteus 软件执行键， 根据 操作步骤 执行 后，观察 LED 数码管 的 示数 显示 ，如图 52所示 。 接着 将“ Target1”前面的 +号展开，选择 Source Group1，右击鼠标选择“ Add File to Group‘ Source Group1’”，在出现的对话框中添加创建好的源文件，添加成功后双击文件名，即可打开该源程序文件。 它包含了 丰富的库函数和功能强大的 仿真 调试工具，目标代码 的 生成效率高 ， 用起来 简单 方便 ，容易理解 。 与其他的仿真软件相比较， Proteus 有 下面的 几个 优点：  能仿真模拟电路、数字电路、 各种单片机及其外围组成的 电路 ， 实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合  能绘制 强大 的 原理图 与 PCB 图  不仅有软件调试功能，还支持第三方的软件编译和 环境 调试  几乎包括实际中所有使用的仪器 Proteus 最大的亮点在于能够对单片机进行实物级的仿真 ，既 支持汇编语言和 C 语言的编程 ,还可配合 Keil 软件 实现程序的联合调试。 开始 温度零下？ 计算小数位温度 温度值取补码，红灯亮 计算整数位温度 结束 25 第 5 章 软件 仿真 软件介绍 本设计中 主 要用到了 两 个软件工具，即 使用 Proteus 软件 进行仿真、 Keil软件 编写程序 ，下面 分别作个 简单的 介绍。 DS18B20 的转换精度 有 9～ 12 位， 通常 为了提高精度 我们 采用 12 位 ，这时 温度寄存器里的值是以 为步进的 （ 实际的十进制温度值 = 倍的 寄存器 中 的二进制 数 值 ）。 图 42 读出温度子程序流程图 温度转换命令子程序 发送温度转换开始命令是由 温度转换命令子程序 实现的，若 采用 12 位分辨率 ，则大约需要 转换时间 750ms。将各执行模块规划 好 ，并进行 相关的 功能定义和接口定义 ， 就可以监控 执行 程序了。 整个系统的功能是 由硬件配合软件来实现的，当硬件基本 完成 后，软件的功能也就基本 确 定了。 图 39 红灯报警系统电路图 第 4 章 系统软件的设计 系统主程序 软件设计时，需要先搞清楚总体的设计方案，从而用流程图来展示主程序。 当 环境 温度高于 100℃ 时，单片机 会从 ， 通过NPN 三极管来驱动 蜂鸣器 发出 报警 声，以便操作 人 员来维护 管理 ，从而达到报警提醒 的目的。它们都根据实际情况显示，当红色报警灯亮时，表示 所测 温度低于 0℃，数码管显示的是温度的实际值；当红灯没发光时，表示 所测 温度高于 0℃，数码管显示的 是 实际温度值；当蜂鸣器 报警 时，表示 环境 温度高于预设值 100℃，数码管显示实际温度值。 在 写存储器和 A/D 转换操作 过程中 ，总线上必须 要有强 大 的上拉 作用 ，上拉 的 开启时间最大为 10us。 在 晶体振荡频率为 12MHz 的情况下 ，RC的 一般 值为 C=10μ F， R=。图 35 是单片机复位电路图。 时钟电路的设计 时钟电路图如下图 34所示 。 所设 温度计 的 工作过程 有三步： 一、 用 DS18B20 芯片测量当前的 环境 温度，并 将结果送入单片机。 T1 加 1 T2 停止 图 33 DS18B20 测温原理图 DS18B20 的 单线通信功能是分时完成的， 工作过程中， DS18B20 必须按 照 协议 来 进行 操作 ， 操作协议为：初始化 DS18B20（发复位脉冲）→发 ROM 功能命令→发 RAM 存储器操作 指令 →处理数据。减法计数器 1对低温度系数晶振产生的脉冲信 号进行减法计数， 在 减法计数器 1 的预置值减到 0时 ， 温度寄存器 中 的值将 被 加 1。前者 的振荡频率受温度 的 影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号 ，被 送 入 减法计数器 1。 控制器 用来 提供 6条存储器和控 制操作指令中的任一条 ， 一条 指令控制 DS18B20 完成一次 测 温 ， 暂存器 用来存放所 测结果， 之后 用一条读暂存器内容的操作命令 将 数据读出。因 而 在实际应用中 应 权衡考虑分辩率和转换时间。 20 20 20 20 21 22 23 24 S S S S S 26 25 24 17 表 33 一部分温度值对应 表 高速暂存 RAM 和非易失性的可电擦除的 E2PROM 共同构成了 DS18B20 的内部存储器 。 16 位 二进制 的前 5 位 表示 符号位 ，若所测 温度大于 0， 则 这 5位为 0， 即 实际温度 = 倍的所测 温度； 若所测 温度小于 0， 则 这 5 位为 1， 即 实际温度等于所测 温度取反加 1 再乘上 。 温度传感器 ：作为 DS18B20 核心部分 的 温度传感器可完成对温度的 采集与 测量。 DS18B20 的内部结构 16 DS18B20 的内部包含了四个部分，即 64位 光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL及配置寄存器。 DS18B20 的引脚排列 DS18B20 的外形 与 三极管 类似 ，如图 32 所示 。 用这个数字式 温度传感器 DS18B20 为 感温器件 ， 既支持了“ 一线总线”的数字方式传输 ， 简化了数字温度计的设计， 又 降低了成本 ，加强 了系统的抗干扰性 ， 适合于 在艰难的 环境中进行 现场温度测量 。 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也是地址 /数据总线复用口 ,当第一次 被 写 “ 1” 时， 默认 定义为高阻抗输入 ； P P2 和 P3 都 是内部 自 带上拉电阻的 8 位双向 I/O 口 ，当 他们全被 写 “ 1” 后， 其管脚都 被内部上拉为高， 均 可用作输入 ；在访问外部程序存储器或数据存储器时， P2 口送出高 8 位地址数据 ， P3 口除了作为一 般的 I/O 口线外，还可以作 为 控制端口 ，具体一些特殊的功能，例如： ， 外部中断 0/1， ， 储器“写” /“读”选通控制输出 。AT89C51 单片机 提供 了 许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 AT89C51 是硬件电路组成的核心器件，所有的器件都要通过它来工作，所以在此先简单介绍一下。 本设计中我们采用二极管和蜂鸣器进行报警提醒。 显示电路 显示电路采用 6位共阴 极 LCD 数码管， 片选信号 1~6 分别接至 51单片 机的~ 口， P1口的八个引脚分别对应接 LED 数码管 的八个引脚， 从而实现 数字温度 的动态显示。 温度传感器将温度的变化转换成 电压、电流等 电信号的变化 ， 然后通过 A/D 转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号 再传 送给 AT89C51 的 处理单元，处理单元 利用芯片 内部的软件 功能 将数字信号和温度 关联 起来， 变 成 能够 显示的温度数值， 最后利用 LED 数码管显示出来 。蜂鸣器通过 Q1(NPN 管）放大后与引脚 相连，若温度超出预设高温范围，则 蜂鸣器发出声音 报警 。 主控制器 本设计以单片机 AT89C51 为核心，通过 单片机 来 执行程序 ，并 对温度传感器传输的 温度 数据 做 进一步的分析 与 处理， 然后 转换成环境 所 对应的温度值 。 图 22 系统框图 系统采用智能温度传感器（ DS18B20） 采集 环境温度 ， 直接读取被测温度值，温度传感器 DS18B20 将读取的 模拟温度值经过处理后转换为数字值 ；单片机（ AT89C51）执行程序 ，并 对温度传感器传输的 温度 数据 做 进一 步的分析 与 处理，转换成环境对应的温度值， 并 用 6 位共阴 极 LED 数码管以串口传送数据实现温度的数字 显示 ；报警电路对设定的最高 、 最低温度进行监控 比较， 超过限度后通过二极管或 扬声器 进行 报警 提醒 。 11 系统设计 系统描述 本 设计 是 以 AT89C51单片机 为核心设计 而成 的一种数字 式 温度 监控 系统 。 并且 PC 机的 结构复杂 ， 体积庞大，稳定性不强 ， 不能在 环境中 长期工作。 再加上 PC 机的体积 较 大，性能不稳定 ， 携带 与 安装 都很 不方便， 在一定程度上 给工程带来 了 很多麻烦！ 2. 方案二 此方案采用 AT89C51 芯片来 实现。本方案 采 用 DS18B20 温度芯片，也是顺应 发展 趋势。 DS18B20 的 扩展性很 强，可在 电路 中加入时钟芯片以获取时间数据 并 同时显示时间， 也可 利用AT89C51 芯片 来实现 对某时间点的温度数据 的 存储， 还可 利用键盘来进行 时间的调整 和温度 的 查询。采用输出信号全数字化 的 DS18B20 芯片测量温度，便于单片机 的 处理 与 控制，省去 了 很多外围电路。由于 热敏电阻的可靠性差，准确率低， 测温范围小，故 不适用 于 检测 1℃的信号 。热电偶 有着测温 范围宽 、 体积小 的特点 ，但也存在着输出电压小、漂移较高 、 易受 外界 噪声 的 影响 等 缺点 ，而 且这种 方案 需要 另加 A/D 转换电路， 给设计带来了困难。 因此，开发 研究 更加简洁 方便 、高效 可靠 的 智能型 数字温度 计 成为一个很有意义的课题 。用 美国 MAXIM/DALLAS 半导体公司的支持“一线总线”接口的 单总线 温度传感器 DS18B20 为 感温器件 ， 既简化了数字温度计的设计， 又 降低了 成本； 用 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机 为 主控器 来 设计的 智能数字温度计不仅 简单 方便 、 直观 准确 ，还 具有一定 的 控制 报警功能。它既 可以直接 对环境进行温度测量 ，并实时显示 数值， 又可以对温度进行预设，设计一个温度报警电路，方便人们维护。 后来又 相继开发了半导体热电偶传感器、声学温度传感器 、 PN 结温度传感器和红外 传感器 等 。其中， 应用最为广泛的要数 温度传感器 了 。专用型是 专为 某 些 特定的 产品而设计的 ,如洗衣机。 正是 由于 这种特性 ， 因而 在生活与 工业 生产 领域被广泛 使 用。它是 用 铆在一起 的 铜片和铁片 组成的 双金属片作为感温元 件 的 ， 通常 被用来测 量 室温 ，也 用来控制指针。除此之外，它 还具有很高 的 精确度，多用于精密测量 场合 。 由于需求的不同 ， 人们 又制造出了各种不同样式和功能的测温仪器 ， 接下来就对几种常见的 温度计 做个简单的介绍 。 利 用智能温 度传感器 DS18B20 检测环境温度 ， 单片机 AT89C51 控制、 执行程序 ，并 对温度传感器传输的数据进行分析 与 处理，转换成环境对应的 实际 温度值，通过 I/O 口输出到 LED 数码 管 显示 出来。 大多时候， 我们都 是使用温度计 来 直接 测量、 读取温度 ，若使 用传统的热电偶 或 热电阻 作为 测温元件 来 测量温度 ，不但 需要 复杂麻烦的硬件支持， 而且 软件调试 困难 ，制作成本高 。尽管如此，温度还是人们生活中不可或缺的一部分，在我们的人生中扮演着无法取代的角色。因为它的加入，许多 产品 走向了 小型化 和 智能化， 不仅改善了产品的质量，优化了产品的功能，而且 降低了 制作 成本，简化了 电路 设计。 本文 说明了 智能温度传感器 DS18B20 的结构特征 、测温原理与工作过程 ，并详