数字测温计设计毕业设计论文文档格式.docx

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通过这次设计能够更加了解数字温度计的工作原理和熟悉单片机的发展和应用，巩固所学的知识。

1.1.2选题的意义

随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度传感器DS18B20具有性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。

又随着电子技术的发展，人们的生活日趋数字化，多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便；

支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本。

本课题研究的重要意义在于生产过程中随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数，就需要受制于现代信息基础的发展水平。

在三大信息信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是数字温度传感器技术，在我国各领域已经应用的非常广泛可以说是渗透到社会的每一个领域，与人民的生活和环境的温度息息相关。

第2章数字温度计的设计方案

2.1设计方案的确立及论证

基本功能要求：

（1）温度测量范围：

20~100度

（2）测量精度：

0.5度

（3）显示方式：

四位显示

（4）能够运用Protues仿真

扩展功能要求：

（1）做出实物并调试成功

（2）多点测试

（3）多点温度同时显示

2.1.1温度传感器DS18B20的选择

方案一：

水银温度计

在生活中我们经常看到水银温度计，它只能作为就地监督的仪表，用它来测量温度时，由于读数时用眼睛观察，主观因素大，容易造成误差大，而且不同是水银温度计量程不同，在读数前需要看清它的最小分度值，还有它有热惯性，需要等到温度计达到稳定状态后才能读数，比较麻烦，并且水银有毒，不小心打破后接触到水银，对人体伤害大，所以危险性较高。

方案二：

传统测温元件

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。

方案三：

DS18B20传感器测温

本设计采用DS18B20作为检测元件

DS18B20可以直接读出被测温度值，特点是成本低，结构简单，便于使用。

所以本设计采用方案三，用DS18B20作为温度传感器。

2.1.2显示器的选择

数码管足以实现温度的显示，所以在本设计中采用数码管显示。

2.1.3单片机AT89S51的选择

对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8051系列，由于8031没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。

单片机AT89S51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，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电，因此选用AT89S51更适合。

按照系统设计功能的要求，确定系统由4个模块组成；

主控制器、测温电路、显示电路。

数字温度计总体设计电路结构框图如图2-1所示：

图2-1系统框图

第3章系统硬件电路的设计

3.1主控制器

单片机AT89S51是低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes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。

它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程。

3.1.1AT89S51的介绍

AT89S51主要特性及引脚如下

●与MCS-51兼容

●4K字节可编程闪烁存储器

●全静态工作：

0Hz-24Hz

●三级程序存储器锁定

●128*8位内部RAM

●32可编程I/O线

●两个16位定时器/计数器

●5个中断源

●可编程串行通道

●低功耗的闲置和掉电模式

●片内振荡器和时钟电路图3-2AT89S51单片机引脚图

AT89S51单片机为40引脚双列直插式封装。

其引脚排列和逻辑符号如图3-2所示。

各引脚功能简单介绍如下：

●VCC：

供电电压

●GND：

接地

●P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。

当P0口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。

●P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

●P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

●P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL），也是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INT0（外部中断0）

P3.3INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6WR（外部数据存储器写选通）

P3.7RD（外部数据存储器读选通）

同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

●RST、ALE/PROG、PSEN、XTAL1、XTAL2：

等等笔者就不一一赘述，详细请参照相关资料。

3.1.2DS18B20的介绍

DS18B20数字温度传感器接线方便，耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

图3-3DS18B20的实物管脚分布图

DS18B20引脚及特点

（1）引脚功能说明

GND是地址信号；

DQ是数据输入/输出引脚，开漏单总线接口引脚，当被用在寄生电源下，也可以向器件提供电源；

VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

（2）DS18B20功能特点

1、采用单总线技术，只需一根I/O线，在一根线上能挂接多个DS18B20。

2、每个DS18B20具有一个特有的64位序列号，依据序列号访问地应的器件。

3、低压供电，电源范围从3.0～5.5V，可以本地供电，也可以直接从数据线窃取电源（寄生电源方式）。

4、测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内误差为±

0.5℃。

用户可自设定报警上下限温度。

5、报警搜索命令可识别和寻址超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。

6、分辨率由用户设置为9～12位。

7、D将检测到温度值转化为数字量，与主控制器进行数据通信。

8、电源极性接反时，温度计不能正常工作。

DS18B20的内部结构

（1）64位激光ROM

每一个DS18B20包括一个唯一个64位长的ROM编码。

64位ROM的位结构如下图3-5所示。

开始的8位是单线产品系列编码（DS18B20编码是10h）；

接着的48位是每个器件唯一的系列号；

最后的8位是开始56位CRC检验码。

64位ROM和ROM操作控制部分允许DS18B20作为一个单线器件工作并遵循“单线总线系统”一节中所详述的单线协议。

直到ROM操作协议被满足，DS18B20控制部分的功能是不可访问的。

MSBLSBMSBLSBMSBLSB

图3-564位ROM结构框图

（3）运用—报警信号

TH或TL的最高比较位对应于16位温度寄存器符号位。

若温度测量的结果低于TL或者高于TH，器件内告警标志将置位。

每次温度测量更新此标志。

只要告警标志置位，DS18B20将对告警搜索命令做出响应。

这允许并联接许多DS18B20，同时进行温度测量。

（4）CRC产生

DS18B20有一存贮在64位ROM的最高有效字节内的8位CRC。

总线上的主机可以根据64位ROM的前56位计算机CRC的值并把它与存贮在DS18B20内的值进行比较以决定ROM的数据是否已被主机正确地接收。

CRC的等效多项式函数为：

CRC=X8+X5+X4+1（公式3.1）

DS18B20也利用与上述相同的多项式函数产生一个8位CRC值并把此值提供给总线的主机以确认数据字节的传送。

当存贮在DS18B20内或由DS18B20计算得到的CRC值与总线主机产生的值不相符合时，在DS18B20内没有电路来阻住命令序列的继续执行。

（5）存贮器

DS18B20的存贮器由一个高速暂存（便笺式）RAM和一个非易失性、电可擦除EEPROM组成，后者存贮高温度和低温度触发器TH和TL。

暂存存贮器有助于在单线通信时确保数据的完整性。

数据首先写入暂存存贮器，在那里它可以被读回。

当数据被校验之后，复制暂存存贮器的命令把数据传送到非易失性EEPROM。

这一过程确保了更改存贮器时数据的完整性。

DS18B20的测温原理

如图3-11所示，图中低温度系数振荡器的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率