数字温度测试

专业方向课程设计报告题目：数字时钟温度计班级：1211电工姓名（学号）：段耀明2012128017史梦2012128052严亭2012128074组号：数字时钟温度计一、设计要求利用数字温度传感器DS18B20或其他温度传感器与单片机结合来测量温度。其温度测量范围为−55℃～125℃，精确到0.5℃。数字温度计所测量的温度采用数字方式显示（LCD或LED数码管）。二、方案论证2.1显示模块选择方案和论证方案一：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。方案二：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格虽适中,对于显示数字也最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。但是由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位寄存器进行移位，该芯片在电路调试时往往会有很多障碍，所以不采用LED数码管作为显示。方案三：采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,对于该系统而言，一个LCD510液晶屏即可，价格也还能接受,需要的接口线较少,调试方便，所以此设计中采用LCD5110液晶显示屏作为显示模块。2.2时钟芯片的选择方案和论证方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、时、分、秒计数。采用此种方案虽然可以减少时钟芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大，所以不采用此方案。方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。因此，本设计中采用DS1302提供时钟。2.3温度传感器的选择方案与论证方案一：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以避免A/D模数转换模块，降低硬件成本，简化系统电路。虽然数字式温度传感器具有测量精度高的优点，但是，其测量范围太小，不足以满足该系统的要求。方案三：采用Ｋ型热电偶测温，此类传感器结构简单、制造容易、使用方便、测温范围宽等特点，但是，其精确度不高，而且电热偶输出的热电势信号必须经过中间转换环节，才能输入基于单片机的嵌入式系统，所以最终决定选择由DS18B20及MAXIM6675热电偶数字转换器分两路采集温度。2.4电路设计最终方案决定综上各模块的选择方案与论证，确定最后的主要硬件资源如下：该系统在硬件方面主要采用AT89C51单片机作为主控核心，DS18B20数字温度传感器采集温度、DS1302时钟芯片提供时钟、LCD5110液晶显示屏显示、蜂鸣器提供报警电路、ASM117提供LCD电源电路,LM555提供LCD背光。AT89C51单片机是由Atmel公司推出的，功耗小，电压可选用4～6V电压供电；DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电功能的低功耗实时时钟芯片，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能；数字显示是采用的LCD液晶显示屏来显示，可以同时显示温度、年、月、日、时、分、秒等信息。三、理论设计3.1、电路设计框图图3-1系统硬件框图3.2主要单元电路的设计3.2.1AT89C51单片机最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。单片机要正常运行，必须具备一定的硬件条件，其中最主要的就是三个基本条件：1.电源正常；2.时钟正常；3.复位正常。其最小系统如图3-2所示：18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻后构成上电自动复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。图3-2.1最小系统AT89S51主控模块键盘控制模块DS18B20温度检测模块AT89C51主控模块DS1302时钟模块LCD511显示模块蜂鸣器报警电路.3.2.2时钟电路模块的设计DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。单片机与DS1302连接图如图3.2.2所示：图3.2.2DS1302模块3.2.3温度采集模块设计采用数字式温度传感器DS18B20测室内环境温度，它是数字式温度传感器，具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输。如图3.2.3所示：图3.2.3DS18B20模块3.2.4显示模块设计Nokia5110性价比高，价格便宜、接口简单，仅用四根I/O线驱动，1602需要11根，12864需要12根，速度是12864的20倍是1602的40倍。5110工作电压3.3V，珍藏显示工作电流200uA以下，具有掉电模式。如图3.2.4所示：图3.2.4液晶显示模块3.2.5报警模块报警电路通过单片机I/O口输出信号，经过一个PNP三极管驱动蜂鸣器如图3.2.5所示图3.2.5报警电路3.3软件流程图系统主程序首先对系统进行初始化，包括设置定时器、中断和端口；然后显示开机画面。由于单片机没有停止指令，所以可以设计系统程序不断地循环执行上述显示效果。见图3.3.1。图3.3.1主程序框图开始初始化开中断调用选项功能函数温测及显示函数报警函数时间及显示函数主程序流程如上图所示。由于LCD5110，DS18B20,DS1302的数据读取及指令写入函数均已在各自的头文件中完成，在主程序中只须引用即可。由于在硬件电路方面上设计了时间调整按键和开关，因此应有对应的时间调整程序。时间调整程序的流程图如图3.3.2所示。图3.3.2时间调整流程图3.4总体设计原理图四、测试方案与测试结果KeilC51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。KeilC51软件开发工程步骤如下：（1）创建工程，从器件数据库选择应用系统的芯片，并设置开发工具命令选项。（2）创建和编写C或汇编源文件。（3）通过工程管理器连接并编译应用系统。（4）纠正原文件中的错误。通过烧录软件把程序烧录到开发板调试，实现各个模块的功能。五、作品功能及使用说明本作品可以实现温度、时间显示，并提供闹钟和报警功能。通过功能按键切换功能界面，通过+、-键实现时间的调整，通过确定键确定调整后的时间，通过自锁开关打开整个系统的电源使之正常工作。掉电以后时间模块通过电池给1302供电，使之时间不会停止。以上所述即是带实时日历时钟的温度检测系统的设计全过程，经过多次的反复测试与分析,对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.经过此设计，基本完成了设计任务的要求。硬件层面而言操作相对简单，界面比较友好。在硬件电路方面，详尽解析了各个独立元件的选择依据，对数种方案进行了全面的比较。最终采用AT89S51作为主控制系统；DS18B20作为数字式温度传感器；DS1302提供时钟；LCD5110液晶屏作为显示。在软件设计方面，对日历算法和时间调整算法都做了比较详细的阐述，可读性较强，六、心得体会在整个设计过程中，充分发挥人的主观能动性，自主学习，学到了许多没学到的知识。较好的完成了作品。达到了预期的目的，在电路焊接时虽然没什么大问题，但从中也知道了焊接在整个作品中的重要性，电路工程量大，不能心急，一个个慢慢来不能急于求成。反而达到事半功倍的效果。对电路的设计、布局要先有一个好的构思，才显得电路板美观、大方。程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，和同组员的讨论，理清了思路，反而得心应手。在此次设计中，知道了做凡事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一脚印。也练就了我们的耐心，做什么事都在有耐心。此次比赛中学到了很多很多东西，这是最重要的。总之，这次专业设计使我们的能力得到了全方位的提高。通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使我了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。参考文献[1]刘勇.数字电路.电子工业出版社，2004[2]陈正振.电子电路设计与制作.广西交通职业技术学院信息工程系，2007[3]杨子文.单片机原理及应用.西安电子科技大学出版社，2006[4]王法能.单片机原理及应用.科学出版社，2004[5]李强.数字电子技术基础教程[M].电子工业出版社，2002.6[6]胡乾斌等．单片微型计算机原理与应用．华中科技大学出版社．[7]阎石.数字电子技术基础(第五版).北京.高等教育出版社.2006．[8]皮大熊等.单片机课程设计实例指导，北京，北京理工大学出版社,2010.[9]沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析，北京：北京航空航天大学出版社.2003[10]王为青.单片机KeilCx51应用开发技术.人民邮电出版社,2007.