基于单片机的数字温度计设计与实现

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"基于单片机的数字温度计课程设计.doc" 这篇设计报告详细阐述了基于单片机的数字温度计的开发过程,适用于河南理工大学《单片机应用与仿真训练》课程。报告由一名电气工程与自动化系的学生完成,旨在通过设计数字温度计提升理论与实践相结合的能力。 设计的核心是使用AT89S52型单片机作为主控器,该单片机具有低功耗和高性能的特点,是8位微控制器的一种。温度检测则依赖于DS18B20传感器,该传感器能够提供高精度的温度数据,并直接输出数字信号,减少了信号处理的复杂性。DS18B20的测温范围为0℃至100℃,最大线性偏差不超过0.1℃,确保了测量的准确性。 系统设计包括以下几个关键部分: 1. 单片机选择:AT89S52因其性能和易用性而被选中,它具有足够的内存和I/O端口,可以处理温度数据并驱动显示设备。 2. 温度传感器:DS18B20传感器是温度转换的关键,其特点是物理化学性能稳定,适合在多种环境中使用。 3. 数据传输:通过4位共阳极LED数码管串行接口,DS18B20将温度数据传递给单片机,实现直观的数字显示。 4. 复位电路:系统包含外部复位电路,确保在异常情况下可以正确初始化单片机。 5. 报警电路:设计中还包括了温度上下限报警功能,以提醒用户超出预设温度范围。 6. 显示电路:利用LED数码管,用户可以直接读取温度值,提高了读取的直观性和便利性。 报告还涵盖了软件设计部分,可能涉及编写单片机程序来处理DS18B20的数据,以及使用Proteus软件进行仿真测试,以验证系统的功能和性能。仿真结果的分析有助于找出潜在问题并优化设计。 通过这个项目,学生不仅巩固了单片机编程和硬件设计的知识,还锻炼了信息收集、问题分析和解决能力,这对于电气工程及其自动化专业的学生来说是非常宝贵的实践经验。同时,设计的数字温度计具有广泛的实用价值,可以应用于各种工业和生活场景,提供准确且直观的温度测量。
2023-02-27 上传
摘要 温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用。本设计以AT89C52单片机为核 心,采用DS18B20温度传感器检测温度,由温度采集、温度显示,温度报警等功能模块组 成。基于题目基本要求,本系统对温度采集和温度显示系统行了重点设计。本系统大部 分功能能由软件实现,吸收了硬件软件化的思想。实际操作时,各功能在开发板上也能 完美实现。本系统实现了要求的基本功能,其余发挥部分也能实现。 关键字:AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、数码管显示、温度采集 目录 一.绪论 二.设计目的 三.设计要求 四.设计思路 五.系统的硬件构成及功能 5.1主控制器 5.2显示电路 5.3温度传感器 六.系统整体硬件电路 七.系统程序设计 八.测量及其结果分析 九.设计心得体会 十.参考文献 附录1 源程序 附录2 元件清单及PCB图 一.绪论 随着时代的发展,控制智能化,仪器小型化,功耗微量化得到广泛关注。单片机控制 系统无疑在这些忙面起到了举足轻重的作用。单片机的应用系统设计业已成为新的技术 热点,其中数字温度计就是一个典型的例子。 人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生 产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。 测量温度的关键是温度传感器,温度传感器的发展经历了三个发展阶段: 传统的分立式温度传感器 模拟集成温度传感器 智能集成温度传感器。 目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的,它是微 电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶,特点是能输出温度数据及相关的温 度控制量,适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高,现 在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式,从集成化向智能化、网络 化的方向飞速发展,并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚 拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展,与传统的温度计 相比,其具有读数方便,测温范围广,测温准确,输出温度采用数字显示,主要用于对 测温要求比较准确的场所,或科研实验室使用。该设计控制器使用ATMEL公司的AT89C52 单片机,测温传感器使用DALLAS公司DS18B20,用数码管来实现温度显示。 二.设计目的 1. 掌握单片机的工作原理; 2. 能够进行单片机简单系统的设计,包括电源模块、复位模块、键盘模块及相应控制模块 的设计; 3. 掌握单片机的指令系统及程序的编制结构,能够对具体的设计要求编写相应的控制程序 ; 4. 能够根据相应的控制要求选择外围器件实现控制任务; 学习proteus仿真软件 三.设计要求 利用51单片机设计一数字温度计,要求合适的传感器及相应的AD转换芯片,通过传感 器来采集室内温度,并由LED进行显示。具体要求如下: 1. 设计单片机工作电源模块及其复位电路; 2. 设计显示模块:两个LED显示当前温度值; 3. 设计传感器模块,将选择的传感器与A/D转换芯片相连,并通过单片机采集其数据; 4. 绘制控制软件流程图; 5. 编写相应的控制程序; 利用proteus进行仿真。。 四.设计思路 1.根据设计要求,选择AT89C52单片机为核心器件。 2.温度检测器件采用DS18B20数字式温度传感器。与单片机的接口为P3.6引脚。 3.键盘采用独立式按键,由三个按键组成,分别是:设置键(SET),加一建(+1), 确认键(RET)。 SET键(上下限温度设置键):当该键按下时,进入上下限温度设置功能。通过P3.1 引脚接入。 +1键(加一调整键):在输入上下限温度时,该键按下一次,被调整位加一。通过P 3.2引脚接入。 RET键(确认键):当该键按下时,指向下一个要调整的位。通过P3.3引脚接入。 4.声音报警蜂鸣器通过P1.7引脚接入。 硬件电路设计总体框图为图4.1: 图4.1 五、系统的硬件构成及功能 1.主控制器 单片机AT89S52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,使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令 和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。很适合 便携手持式产品的设计使用。 AT89S52在仿真软件中的图像为图5.1 图5.1 2.显示电路 显示电路采用四位共阳LED数码管,从P3口RXD,TXD串口输出段码。 LED数码管在仿真软件中如图5.2 图5.2 3.温度传感器 DS18B20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9~1
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河南理工大学 《单片机应用与仿真训练》设计报告 基于单片机的数字温度计设计 姓   名:          学   号:       专业班级:     指导老师:        所在学院: 电气工程与自动化系 2011年6月26日 基于单片机的数字温度计设计 摘要 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现.能够独立工作的温度检测 和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的 成本低,但需后续信号处理电路,而且可靠性相对较差,测温准确度低,检测系统也有一 定的误差。与传统的温度计相比,这里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,适用范围宽等特点。选用AT89S52型单片机作为主控制器件,DSl8 B20作为测温传感器通过4位共阳极LED数码管串口传送数据,实现温度显示。通过DSl8 B20直接读取被测温度值,进行数据转换,该器件的物理化学性能稳定,线性度较好,在 0 ~100 最大线性偏差小于0.1 。该器件可直接向单片机传输数字信号,便于单片机处 理及控制。另外,该温度计还能直接采用测温器件测量温度,从而简化数据传输与处理过 程。 目录 1 概述 ……………………………………………………………………………4 1.1课题名称  …………………………………………………………………4   1.2课题要求……………………………………………………………………4 1.3设计的目的意义……………………………………………………………4 2 系统总体方案及硬件设计…………………………………………………… 5  2.1单片机的选择………………………………………………………………5   2.2温度传感器的介绍…………………………………………………………6 2.3温度传感器与单片机的连接………………………………………………8   2.4复位信号及外部复位电路…………………………………………………8 2.5单片机与报警电路…………………………………………………………9 2.6显示电路……………………………………………………………………9 3 软件设计 ………………………………………………………………………10 4 Proteus软件仿真 ……………………………………………………………12 4.1 仿真图 ……………………………………………………………………12 4.2仿真结果分析………………………………………………………………13 5 总结体会 ………………………………………………………………………14 参考文献   ………………………………………………………………………15 附录 1 程序源代码  ……………………………………………………………15 附录 2 系统原理图………………………………………………………………23 1概述 1.1课题名称   基于单片机的数字温度计的设计 1.2课题要求 1)基本范围-50 ~110 2)精度误差小于0.5 3)LED数码直读显示 4)可以设定温度的上下限报警功能 1.3设计目的和意义 温度数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。   数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器(如铂电阻,热电偶,半导体,热敏电阻 等),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,如25.0摄氏度,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。 数字温度计根据使用的传感器的不同,AD转换电路,及处理单元的不同,它的精度,稳 定性,测温范围等都有区别,这就要根据实际情况选择符合规格的数字温度计。数字温度 计有手持式,盘装式,及医用的小体积的等等。 另外作为电气工程及其自动化的学生,通过基于单片机数字温度计的设计可以提高自 己理论联系实际的能力,可以更好的掌握所学的专业理论只是,也培养了自己的动手能力 ,同时,也培养了信息搜集能力和分析问题解决问题的能力 2系统总体设计方案及硬件设计 作为对专业理论知识学习后的实践环节,我选择了自行设计基于AT89S52单片机的数 字温度计。设计原理框图如,图 1。 图 1 数字温度计原理框图 2