基于单片机的数字温度测量仪的设计

苏州工业职业技术学院基于单片机的数字温度测量仪的设计系部：学生姓名：专业班级：学号：指导教师：2012年10月26日苏州工业职业技术学院声明本人所呈交的基于单片机的数字温度测量仪设计，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：苏州工业职业技术学院目录摘要………………………………………………………………………………………1一、引言……………………………………………………………………………………2(一)课题研究的背景及意义………………………………………………………………21.设计背景……………………………………………………………………………22.设计意义……………………………………………………………………………2(二)设计方案论证…………………………………………………………………………2(三)设计要求及设计思路…………………………………………………………………31.设计要求……………………………………………………………………………32.设计思路……………………………………………………………………………3二、硬件设计………………………………………………………………………………4(一)总设计框图……………………………………………………………………………4(二)硬件电路设计…………………………………………………………………………41.主控制器AT89C51…………………………………………………………………42.复位与时钟电路……………………………………………………………………83.温度传感电路………………………………………………………………………94.液晶显示电路………………………………………………………………………115.按键输入电路………………………………………………………………………126.报警电路……………………………………………………………………………13三、软件设计………………………………………………………………………………13(一)主程序设计……………………………………………………………………………13(二)子程序的设计…………………………………………………………………………141.读出温度子程序……………………………………………………………………142.温度转换命令子程序………………………………………………………………153.计算温度子程序……………………………………………………………………16四、仿真与调试……………………………………………………………………………17五、总结……………………………………………………………………………………19六、致谢……………………………………………………………………………………20七、参考文献………………………………………………………………………………20苏州工业职业技术学院附录一:电路仿真图………………………………………………………………………21附录二:源程序……………………………………………………………………………21苏州工业职业技术学院1【摘要】随着时代的进步和发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，特别适合与控制有关的系统设计。本文利用单片机AT89C51为核心控制器件，结合DS18B20传感器完成了一种数字温度计的设计，测量结果由液晶具体显示。当测量温度超过设定的温度上下限时，LED灯闪烁实行报警。该数字温度测量仪设计具有测量准确、误差小，功能较强等功能。本文给出了具体的硬件电路，软件流程和主要的程序，并利用PROTUES软件完成性能仿真测试。【关键词】:AT89C51；DS18B20；上下限报警;液晶显示;【ABSTRACT】WiththeprogressofTheTimesanddevelopmentoftheapplicationofsinglechipmicrocomputer,iscontinuouslytofurther,becauseithasastrongfunction,smallvolume,lowpowerconsumption,thepriceischeap,reliablework,useisconvenientwaitforacharacteristic,especiallysuitableforrelatedcontrolandsystemdesign.ThispaperusingthesinglechipmicrocomputerAT89C51asthecorecontroldevice,combiningDS18B20sensorscompletedadigitalthermometerdesign,measuringresultsbytheliquidcrystaldisplayspecific.Whenmeasuringtemperaturemorethansettemperaturefluctuationlimit,LEDlightsflickerthealarm.Thedigitaltemperaturemeasuringinstrumentdesignofmeasurementaccuracy,errorissmall,thefunctionismorestrongfunctions.Thispapergivesthespecifichardwarecircuit,softwareflowandthemainprogram,andusePROTUESsoftwareperformancesimulationtest.【Keywords】:AT89C51;DS18B20;UpperLimitAlarm;LCDdisplay;苏州工业职业技术学院2一、引言(一)课题研究的背景及意义1.设计背景温度是日常生活最常用到的一个物理量。人民的生活与环境与温度息息相关,在工业生产过程中要实时测量温度，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意义。测量温度最常用的工具就是温度计。最常用的温度计有酒精温度计、水银温度计、气体温度计等利用物质的物理特性制作的传统温度计，这类温度计原理简单，价格便宜，但是读数不方便、测温时间长、精度低、测量范围有限，如果使用不当还有一定的危险性，可能造成环境污染等不良后果，其适用范围受到了较大限制。随着新技术的不断开发与应用，单片机技术在近年来发展十分迅速。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，已经被广泛的应用于工业、农业和大众日常生活当中。利用单片机为核心器件制作的电子温度计，能够快速有效的解决温度的采集和数据处理等一系列问题，很好的克服了传统温度计所带来的各种不便，具有广泛的适用性。本文将利用单片机为主要控制器件，以温度传感器构建数据采集电路，对温度进行实时检测与控制，将测量结果利用液晶屏显示。本设计具有读数方便，测温范围广，测温准确安全等优点，具有一定的实用意义。2.设计意义1）数字温度计以单片机作为核心控制器件，通过构建数据采集模块、显示模块和报警模块，将所测温度采集、处理后显示。整个设计电路结构简单、功能清晰、读数方便、显示清晰，可用于工业、农业生产或科研实验室使用。2）通过整个设计的开展，学习相关文献的检索、专业软件的学习能力，了解现代化仪器仪表的设计流程，将以往所学理论与实践有机结合，熟悉单片机系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤，提高自身专业水平与素养。(二)设计方案论证根据设计思路，为了能更好的让数字温度测量仪更加准确的显示数据，进行以下的方案论证。1.芯片选择本设计选用美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB的可编程的Flash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚，并集成了Flash程序存储器，既可在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程的AT89C51芯片。低价位的苏州工业职业技术学院3AT89C51单片机可应用于许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。2.传感器选择传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，其缺点有：硬件电路复杂；软件调试复杂；制作成本高。本设计采用温度传感器DS18B20，可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有成本低和易使用的特点。由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。3.显示器件选择显示元件有很多种，其中数码管显示方案简单易行，但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，显示格式受限制。本设计采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，可操作性强，也易于读数，采用RT1602两行十六个字符的显示，能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。(三)设计要求及设计思路1.设计要求1)能够测量出温度值；2)能够显示-10℃～100℃的温度；3)测量误差1℃；4)可设定温度的上下限，过限报警；5)利用PROTUES软件能完成性能仿真测试。2.设计思路1)根据设计要求，选择AT89C51单片机作为整个核心控制器件，完成对转换好的数字信号的采集以及计算出被测温度的值并送入显示电路模块；2)采用DS18B20作为温度传感器，实现对输入的温度值的采集与转换为数字值，直接连接单片机；3)所测温度结果采用液晶显示；4)转换后的温度值与设置的温度报警限比较，超过上下限时，控制LED灯闪烁报警。苏州工业职业技术学院4二、硬件设计(一)总设计框图本设计以89C51单片机为核心器件，整体硬件电路包括：传感器数据采集电路，单片机主控电路、温度显示电路，上下限设定及报警电路。总设计框图主要由主控制器AT89C51、电源、单片机时钟和复位电路、报警设置、液晶显示、温度传感器组成。总设计框图见图2-1。图2-1总设计框图(二)硬件电路设计1.主控制器AT89C51AT89C51是美国ATMEL公司生产的一种高性能、低功耗、带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的8位CMOS单片微型计算机芯片。AT89C51可靠性高、实时性好、速度快、系统掉电后重要数据和状态信息不会丢失,其性能价格比远高于同类芯片，因此使用也更加广泛。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。P2.4P0口主控制器AT89C51P1口P2.3液晶显示温度传感器电源按键输入报警设置时钟和复位电路苏州工业职业技术学院51）内部结构AT89C51芯片为40引脚双列直插式封装，其内部结构框图见图2-2。图2-2AT89C51内部框图2）主要技术指标和特性a.与MCS-51指令系统兼容b.4K字节可编程闪烁存储器P0.0-P0.7P2.0-P2.7程序地址寄存器缓冲器PC增1PCDPTRPSW中断、串行口及定时器P1锁存器P1驱动器P3驱动器P3锁存器B寄存器暂存器1暂存器2SPACCALUP0驱动器P2驱动器RAM地址寄存器RAM128P0锁存器P2锁存器4KBROMVccVssP1.0-P1.7P3.0-P3.7PSEN指令译码器指令寄存器定时控制OSCEARSTALE苏州工业职业技术学院6c.寿命：1000写/擦循环d.数据保留时间：10年e.全静态工作：0Hz-24MHzf.三级程序存储器锁定g.128×8位内部RAMh.32可编程I/O线i.两个16位定时器/计数器j.5个中断源k.可编程串行通道l.低功耗的闲置和掉电模式m.片内振荡器和时钟3）引脚排列AT8