单片机驱动的数字温度计设计与实现

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0 下载量 67 浏览量 更新于2024-07-16 收藏 572KB DOC 举报
"基于单片机的数字温度计课程设计" 这篇文档是关于基于单片机的数字温度计的设计报告,适用于电气工程与自动化系的学生进行《单片机应用与仿真训练》的课程设计。设计的目标是开发一个具有高精度、易读数和广泛应用的数字温度计。该设计采用了AT89S52型单片机作为核心控制器,并结合DS18B20数字温度传感器,以实现温度的精确测量和显示。 在系统设计中,AT89S52单片机是一款常见的微控制器,它具有丰富的I/O端口和内置Flash存储器,适用于多种嵌入式应用。DS18B20温度传感器因其高精度、良好的线性度和直接输出数字信号的能力而被选中。这种传感器可以在0℃~100℃范围内提供小于0.1℃的线性偏差,简化了数据处理并提高了测量的准确性。 设计中还包含了以下几个关键部分: 1. 复位信号与外部复位电路:这是确保单片机系统正常启动和运行的重要组成部分,可以确保设备在遇到故障或电源波动时能正确复位。 2. 报警电路:可能集成在设计中,用于在温度超出预设范围时发出警告,增强了系统的实用性和安全性。 3. 显示电路:采用4位共阳极LED数码管进行温度值的显示,直观易读。 软件设计部分主要涉及编写控制单片机执行任务的程序,包括温度采集、数据处理、结果显示以及可能的报警逻辑等。这部分通常会使用C语言或其他嵌入式编程语言完成。 在验证设计功能时,利用Proteus软件进行了硬件仿真。Proteus是一款流行的电子设计自动化工具,可以模拟硬件电路行为,为开发者提供了一个无需实际硬件即可测试和调试系统的机会。仿真图和结果分析进一步确保了设计方案的正确性和可行性。 这份设计报告详细阐述了如何构建一个基于单片机的数字温度计,涵盖了从硬件选择、系统连接到软件编程和仿真验证的全过程,为学习者提供了全面的学习材料。通过这样的课程设计,学生可以深入理解单片机的工作原理及其在温度测量系统中的应用,同时也锻炼了他们的实践能力和问题解决能力。
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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,D Sl8B20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DS l8B20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 2.1 单片机的选择 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具
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基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第1页。基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第1页。基于单片机数字温度计设计课程设计 基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第1页。 基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第1页。 基于单片机的数字温度计设计引言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AT89C51型单片机作为主控制器件,DSl8B20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DSl8B20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。 2系统硬件设计方案根据系统功能要求,构造图1所示的系统原理结构框图。 图1系统原理结构框图2.1单片机的选择AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS一5l系列单片机中的基础产品,采用了可靠的CMOS工艺制造技术,具有高性能的8位单片机,属于标准的MCS—51的CMOS产品。不仅结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征,而且继承和扩展了MCS—48单片机的体系结构和指令系统。单片机小系统的电路图如图2所示。 图2单片机小系统电路AT89C51单片机的主要特性: (1)与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器; (2)灵活的在线系统编程,掉电标识和快速编程特性; (3)寿命为1000次写/擦周期,数据保留时间可基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第2页。基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第2页。10年以上; (4)全静态工作模式:0Hz-33Hz; (5)三级程序存储器锁定; (6)128*8位内部RAM,32可编程I/O线; (7)两个16位定时器/计数器,6个中断源; (8)全双工串行UART通道,低功耗的闲置和掉电模式; (9)看门狗(WDT)及双数据指针; (9)片内振荡器和时钟电路; 2.2温度传感器介绍DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率,精度为±0.5°C。可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EPROM中,掉电后依然保存。 基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第2页。 基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第2页。 温度传感器DS18B20引脚如图3所示。 8引脚封装TO-92封装图3温度传感器引脚功能说明: NC:空引脚,悬空不使用; VDD:可选电源脚,电源电压范围3~5.5V。当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。 DQ:数据输入/输出脚。漏极开路,常态下高电平。 GND:为电源地DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第3页。基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第3页。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625 /LSB形式表达,其中S为符号位。 基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第3页。 基于单片机数字温度计设计课程设计全文共7页,当前为第3页。 这是12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度; 如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如+125 的数字输出为07D0H,+25.0625 的数字输出为0191H,-25.0625 的数字输出为FF6FH,-