STC89S51单片机数字温度计课程设计详解

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0 下载量 10 浏览量 更新于2024-06-25 2 收藏 780KB PDF 举报
本篇文档是关于基于STC89S51单片机的数字温度计课程设计的硬件部分。设计的核心目标是利用单片机作为控制中心,通过温度传感器DS18B20来测量环境温度,并以数字形式显示在LCD数码管上。温度范围设定在-50℃至100℃,精度要求达到±0.5℃。设计过程包括以下几个关键环节: 1. 设计思路:设计者旨在通过实践教学让学生深入理解单片机的工作原理和应用,增强他们的实际动手能力和理论联系实际的能力。 2. 系统方案及硬件设计: - 设计方案:采用了模块化设计,将系统分为主控制器电路、复位电路、时钟振荡电路、正相驱动电路、反相驱动电路以及显示电路,以提高系统结构的清晰度和可维护性。 - 硬件总体方框图:展示了各个模块之间的连接关系,有助于理解和构建整个系统架构。 - DS18B20测温原理:温度传感器DS18B20是一种数字式温度传感器,能将温度转化为数字信号直接传输给单片机,简化了信号处理步骤。 - 硬件设计细节:这部分详细描述了各电路的具体设计,如单片机的选择(STC89S51)、温度传感器的连接、以及如何确保稳定的工作频率和驱动电路的设计。 3. 软件设计:采用模块化方式编写程序,包括数码管显示、键盘扫描与按键处理、温度信号处理和LED控制,使得代码结构清晰,易于理解和调试。 4. 系统原理图:提供了一个可视化的设计蓝图,展示了所有硬件组件的布局和连接方式。 5. Proteus软件仿真:使用Proteus进行虚拟硬件仿真,能够有效地验证设计的正确性和功能实现,减少了实际硬件的试错成本。 6. 结论:设计者总结了整个课程设计的过程和成果,强调了理论学习与实际操作结合的重要性。 7. 参考文献:文中引用了相关的技术资料和研究成果,为读者提供了进一步学习和研究的参考资料。 通过这篇课程设计,学生不仅能掌握单片机的基本应用,还能提升其电路设计和编程能力,为今后在IT行业中的工作打下坚实的基础。
2023-02-27 上传
摘要 本设计以STC89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温 度芯片DS18B20采集,并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件 部分,包括:温度检测电路、温度控制电路。单片机通过对信号进行相应处理,从而实 现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分,在这里采用模块化结构,主要模 块有:数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、led控制程序。 关键词:STC89S51;单片机;DS18B20;温度芯片;LED 目录 引言 1 1.设计概述 2 1.1 设计目标和要求 2 1.2 设计思路 2 2.系统方案及硬件设计 3 2.1 设计方案 3 2.2 方案的硬件总体方框图 3 2.3 温度传感器DS18B20测温原理 4 2.4 硬件设计 9 2.4.1主控制器电路 9 2.4.2复位电路 10 2.4.3时钟振荡电路 10 2.4.4正相驱动电路 11 2.4.5反相驱动电路 11 2.4.6显示电路 12 2.5 软件设计 12 3.系统原理图 14 4.proteus软件仿真结果 15 4.1系统仿真设计 15 4.2仿真结果分析 15 5.结论 16 6.参考文献 17 引言 单片机以其体积小、功能完善、抗干扰能力强、价格低廉等优点而被广泛应用于工 业控制、可编程序控制器、通信、家电等领域。89C51系列单片机经过多年的发展,在性 能、指令功能、运算速度、控制能力等方面都有很大的提高,已被越来越多的科学工作 者所关注。    目前,大学院校相关电子、机电、自动化、计算机等专业都在开设这门课程。单片 机课程设计是学生加深理论知识理解、提高实际设计能力的重要环节,从设计电路板, 到程序编制与调试,最后完成一个单片机系统的设计,可以使学生体验到成功的快乐。 Proteus虚拟单片机仿真软件可以成功地进行绝大部分的单片机硬件仿真,轻松实现程序 功能的展示。 1.设计概述 1.1 设计目标和要求 1.用所学的单片机知识设计制作数字温度计; 2.测温范围是-50 ---100 ; 3.误差小于0.5 ; 4.所测的温度值可以由LCD数码管直接显示; 5.进一步熟悉proteus,protel,word软件的功能和使用方法; 1.2 设计思路 首先确定我们所设计的是一个数字温度计,由单片机、温度传感器以及其他电路共同实 现。 根据所要实现的功能,先在proteus软件上仿真。根据所选用的硬件可以将整个软件设计 分为若干子程序,有初始化、查询时间、发送指令、读取数据、显示温度等构成,可将 以上子程序分别设计,实现各自的功能,再在子程序中调用,就可以实现预期的目标。 在proteus软件里画出相应的电路图,将编写好的程序的编译后的文件下载到proteus电 路图的单片机里,进行仿真,对温度传感器设置不同的参数,看是否达到了我们设计所 要求的目标,如果不符合要求,需要检查程序算法和硬件连接是否有误。若仿真成功, 就按照电路图焊接硬件。 2.系统方案及硬件设计 2.1 设计方案 采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。采用了单总线的数据传输,由 数字温度计DS18B20和AT89C51单片机构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号, 也可直接与计算机连接。采用AT89C51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。该系统利 用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环 境温度,并可以根据需要设定上下限温度。该系统扩展性非常强。该测温系统电路简单 、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单。 2.2 方案的硬件总体方框图 基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器AT89C51,温度传感器采用的DS18B20,用四位数码管 显示温度。 图2.2.1 硬件总体方框图 2.3 温度传感器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: (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
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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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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