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单片机课程设计 数字温度计.doc
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单片机课程设计 数字温度计
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1 数字温度计设计任务、功能要求说明
1.1 数字温度计设计任务
学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题,巩固和运用在《单片机
技术》中所学的理论知识和实验技能,掌握单片机应用系统的一般设计方法,提
高设计能力和实践动手能力,为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好
的基础。
(1) 熟悉单片机的定义、名称、分类方法;
(2) 了解单片机的特点、应用范围及发展历史;
(3) 熟悉单片机应用系统、单片机开发系统的区别;
(4) 了解单片机芯片内部各功能模块的作用;
(5) 了解单片机的时序定时单位;
(6) 熟悉单片机的信号引脚;
(7) 熟悉单片机并行 I/O 口的结构及特点;
(8) 熟悉单片机的不同工作方式;
(9) 掌握单片机存储器的分类及特点;
(10) 掌握单片机的时钟电路、复位电路的工作原理。
1.2 数字温度计设计功能要求说明
设计一个具有特定功能的数字温度计。该数字温度计上电或按键复位后能自
动显示系统提示符“P.”,进入准备工作状态。测量温度范围 0℃~99℃,测量精
度小数点后两位,可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。
编程语言:汇编或 C51。
1.3 设计总体方案介绍及工作原理说明
采用数字温度芯片 DS18B20 测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处
理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,
此元件线形较好。在 0—100 摄氏度时,最大线形偏差小于 1 摄氏度。DS18B20
的最大特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计 DS18B20 和微控制器
AT89S51 构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连
接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用 51 单片机控制,软件
编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,而且体积小,
硬件实现简单,安装方便。既可以单独对多 DS18B20 控制工作,还可以与 PC
2
机通信上传数据,另外 AT89S51 在工业控制上也有着广泛的应用,编程技术及
外围功能电路的配合使用都很成熟。
系统框图主要由主控制器、单片机复位、时钟振荡、LED 显示、温度传感
器组成,系统总体框图如图 1 所示。
图 1 系统总体框图
利用温度传感器 DS18B20 可以直接读取被测温度值,进行转换的特性,模
拟温度值经过 DS18B20 处理后转换为数字值,然后送到单片机中进行数据处理,
处理后的数据送到 LED 中显示。
本课题以是 AT89S52 单片机为核心设计的一种数字温度控制系统,系统整
体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,单片机主板电路等组成。
系统框图如图 2 所示。
图 2 数字温度计系统框图
驱动显示电路
主控制器
AT89S52
DS18B20
3
2 数字温度计硬件系统的设计
2.1 数字温度计硬件系统各模块功能简要介绍
在课题设计的温度控制系统设计中,控制核心是 AT89S52 单片机,该单片
机为 51 系列增强型 8 位单片机,它有 32 个 I/O 口,片内含 4K FLASH 工艺的程
序存储器,便于用电的方式瞬间擦除和改写,其外部晶振为 12MHz,一个指令
周期为 1μS。使用该单片机完全可以完成设计任务,各模块的功能如下:
DS18B20 测温模块:单片机 P3.0 口接单线总线,为保证在有效的 DS18B20
时钟周期内提供足够的电流。
单片机最小系统:由 AT89S52 单片机、时钟电路和复位电路构成。AT89S52
是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储
器。时钟电路由一个 12MHz 的石英晶体振荡器和两个 33pF 的的电容组成振荡
电路和分频电路。复位电路采用上电复位和按键复位结合的方式对电路进行复位,
主要是通过 RST 引脚送入单片机。单片机最小系统为整个电路的核心。
LED 显示电路模块:采用两个四位一体共阳型数码管显示器进行显示。由
于位控线的驱动电流较大,因此在 P2 口线上接了 8 个 PNP 型三极管提高驱动能
力;在单片机的 P1 口线和 P2 口线上接了 16 个 470Ω 的电阻,这些电阻起限流
的作用。将段控口 a--dp 接在 P0.0--P0.7 上,位控口接在 P2 口线上,实现对显示
的控制。LED 显示电路模块主要用来显示温度及报警信息。
蜂鸣电路模块:单片机 P3.1 口线上接上一个 1KΩ 电阻然后再通过一个 PNP
型三极管与蜂鸣器相连接组成蜂鸣器电路,接入 PNP 型三极管是为了增强蜂鸣
器的驱动电流。
独立式键盘模块 :采用独立式键盘接法,共有 8 个按键来对电路进行控制。
分别通过上拉电阻接在单片机的 P1 口线上。其中 S1~S5 在本电路中完成各项
功能。
片内振荡器和时钟产生电路:但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振
荡频率为 12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达 40MHz,因而大大的提高
了指令的执行速度。
2.2 温度检测
DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器,它具有微型化、
4
64
位
ROM
和单线接口
高速缓存
存储器与控制逻辑
温度传感器
低温触发器TL
8位CRC发生器
高温触发器TH
配置寄存器
Vdd
低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点,特别适合用于构成多点温度
测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号(按 9 位二进制数字)给单片机处
理,且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片,它具有三引脚 TO-92 小体积封
装形式,温度测量范围-55~+125℃,可编程为 9~12 位 A/D 转换精度,测温
分辨率可达 0.0625℃,被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出,其工
作电源既可在远端引入,业可采用寄生电源方式产生,多个 DS18B20 可以并联
到三根或者两根线上,CPU(Central Processing Unit,计算机中央处理器)只需
一根端口线就能与多个 DS18B20 通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量
的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于远距离多点
温度检测系统。DS18B20 的内部结构如图 3 所示。
图 3 DS18B20 的内部结构图
在本系统中采用温度芯片 DS18B20 测量温度。该芯片的物理化学性很稳定,
它能用做工业测温元件,且此元件线形较好。在 0—100 摄氏度时,最大线形偏
差小于 1 摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。
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