本科毕业论文LED数显电子温度计的设计34340.doc

《本科毕业论文LED数显电子温度计的设计34340.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本科毕业论文LED数显电子温度计的设计34340.doc（29页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 单位代码： 005 分 类 号： TN 延安大学西安创新学院 本科毕业论文（设计）题 目： LED数显电子温度计的设计 专 业： 电子信息工程 姓 名： 惠 星 星 学 号： 0903024143 指导教师： 马 惠 铖 职 称： 讲 师 毕业时间： 二零一三年六月 LED数显电子温度计的设计摘要：本文设计了一种利用单片机实现对温度的智能控制及显示的方案。本毕业设计主要研究的是高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的温度测量。测温系统主要包括供电电源、数字温度传感器的数据采集电路、LED显示电路、按键电路、单片机主板电路，数字温度传感器的数据采集电路与单片机主板电路是整个系统的关键。采用温

2、度传感器DS18B20对温度检测的方法及利用软件实现对温度的智能控制。本系统由液晶显示器LCD1602显示实时温度，具有电路结构简单、操作容易、硬件少、成本低等特点。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数显温度计要求测温范围为55125，精度误差在0.1以内，LED数码管直读显示。数字式温度计完全可以代替传统的水银温度计,可以在家庭中以及工业中都可以应用,实用价值很高。关键词：单片机；DS18B20；LED显示The design of LED digital display electronic thermome

3、terABSTRACT In daily life, single-chip microcomputer control has brought people great convenience, the detection and control of the temperature is also extremely important. Therefore, the design of the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications. This article desc

4、ribes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then r

5、ealize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit of digital temperature sensor, LED display circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit, data acquisition circuit of digital temperature sensor and board with a

6、microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmitted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED

7、 The digital thermometer requires the high degree is positive 125 and the low degree is negative 55, the error is less than 0.1, LED can read the number, This digital thermometer could replace the traditional mercurial thermometer, can be used in family and industrial , high practical value.Key Wor

8、ds: MCU；DS18B20；LED display目 录1 引言12 设计方案13 硬件选择231 STC89C52简介23.2 DS18B20的选择33.2.1 DS18B20简介33.2.2 主要技术指标44 硬件设计54.1显示电路54.2 温度测试54.3 最小系统64.3.1复位电路64.3.2 晶振电路74.3.3 DS18B20的接线说明75系统程序设计95.1 编写语言及开发工具的选择95.2 主程序流程图115.3 温度采集流程图115.4 显示流程图126 原理图137 总结14参考文献15致 谢161 引言温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到

9、的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到的测量温度的工具是各种各样的温度计，例如，水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，又直观准确。 在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟技术进行设计,这样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题；而其中某一环节处理不当，就可能造成整个系统性能的下降。随着现代科学技术的飞速发展,特别是大规模集成电路设计技术的发展

10、微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DSl8B20，具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信；用户可编程设定912位的分辨率。以上特性使得DSl8B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。 本课题设计的高精度数字温度计选用DS18B20数字温度传感器，它与单片机组成一个测温系统，具有线路简单、体积小等特点，而且一条总线可连接多个器件，可以构成一个低电压低功耗的多点数字测温系统，十分方便，也适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。2 设计方案本设计以检测温度并显示温度为目的，按照系

11、统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：传感器（采集温度）、主控器及显示电路。如图2-1所示系统以DS18B20为传感器用以将温度模拟量转化为电压数字量以总线传入单片机，以STC89C52为主芯片，在主芯片对DS18B20传入的温度值进行处理，由单片机程序控制，将经处理后的温度由LED数码管显示出来。 本系统具有电路简洁，性能可靠等特点，易于实现。DS18B20STC89S52控制器显示电路扫描驱动图2-1系统框图3 硬件选择31 STC89C52简介STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内

12、核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位 定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串

13、口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz。 STC89C52引脚如图3-1所示：图3-1 STC89C52引脚3.2 DS18B20的选择 3.2.1 DS18B20简介DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢 封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。

14、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。1: 技术性能描述独特的单线接口方式，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。测温范围 55+125，固有测温误差0.5。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8 个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。工作电源: 35V/DC （可以数据线寄生电源）在使用中不需要任何外围元件测量结果以912位数字量方式串行传送不锈钢保护管直径 6适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和

15、狭小空间设备测温标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接2应用范围：该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制传感器原理图如图3-2所示：图3-2传感器原理图3.2.2 主要技术指标 任何引脚相对于地的电压 -0.5V 至+7.0V运用温度 -55 至+125贮存温度 -55 至+125焊接温度 260 ,10 秒4 硬件

16、设计4.1显示电路在单片机系统中，最常用的显示器有：发光二极管，简称LED(Light Emitting Diode)；液晶显示器，简称 LCD；荧光管显示器，简称VFD(Vacuum Fluorscents Display)。其中LED是一种极低功耗显示器，广泛应用于测量产品中，由于本课题不需要复杂的显示信息，所以选择的是LED显示模块，可以节约硬件资源，降低成本。显示电路远离图如图4-1所示：图4-1 显示原理图4.2 温度测试温度传感器使用了DSl8B20数字温度计提供可选择的12位(二进制)温度读数来指示周围环境的温度信息。经过单线接口DQ与单片机进行数据交互。从主机CPU到DSl8B

17、20仅需一条数据接线(和地线)。DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要接外部电源。由于每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上实现多点温度测量。温度传感器DSl8B20的测温范围从-55摄氏度到+125摄氏度增量值为0.5度可在l s(典型值)内把温度变换成数字量，因此采用DS18B20实现温度补偿电路的设计。温度测试原理图如图4-2所示：图4-2 温度测试原理图4.3 最小系统单片机运行工作起来，所必需的最基本电路组成（即单片机最小系统）(1)电源电路：向单片机供电。(2)时钟电路：单片机工作的时间基准，决单片机工作速度。

18、3)复位电路： 确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。4.3.1复位电路单片机系统的复位电路在这里采用的是上电+按钮复位电路形式，其中电阻R采用10K的阻值，电容采用电容值为100的电解电容。具体连接电路如图4-3所示：图4-3 复位原理图4.3.2 晶振电路STC89C51内部有一个高增益反向放大器，用于构成片内振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器，外接晶振时，C1,C2通常选择30pF左右；外接陶瓷谐振器时，C1,C2通常选择47PF。本设

19、计实物的晶振电路原理图如图4-4所示：图4-4 晶振原理图4.3.3 DS18B20的接线说明 独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源。测量温度范围为-55C至+125。华氏相当于是67F到257华氏度 -10C至+85C范围内精度为0.5C。温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统。描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信

20、息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一：读ROMROM匹配搜索ROM 跳过ROM这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号，可

21、以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读，写都是从最低位开始。DS18

22、B20有4个主要的数据部件：（1）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位的循环冗余校准码（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。（2）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。1、DS18B20的主要特性单片机系

23、统的复位电路在这里采用的是上电+按钮复位电路形式，其中电阻R采用10K的阻值，电容采用电容值为10的电解电容。具体连接电路如图所示：适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电独特的单线接口方式，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DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温DS18B20在使用中不需要任何外围元件，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温范围55+125，在-10+85时精度为0.5可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别

24、为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。5系统程序设计5.1 编写语言及开发工具的选择 编写语言我选择了C语言，C语言有以下优点：简洁紧凑、灵活方便，C语言一共只有32个关键字,9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C

25、语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。运算符丰富，C语言的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。数据结构丰富，C语言的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。能用来实现各种复杂的数据结构的运算。并引入了指针概念，使程序效率更高。另外C语言具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数

26、据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。C语法限制不太严格，程序设计自由度大。虽然C语言也是强类型语言，但它的语法比较灵活，允许程序编写者有较大的自由度。C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作 由于C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，因此它既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元，可用来写系统软件。

27、生成目标代码质量高，程序执行效率高。一般只比汇编程序生成的目标代码效率低1020%。C语言适用范围大，可移植性好，C语言有一个突出的优点就是适合于多种操作系统，如DOS、UNIX；也适用于多种机型。C语言具有强大的绘图能力，可移植性好，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画，它也是数值计算的高级语言。开发工具我选用Keil C51，Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这

28、些部分组合在一起。Keil C51工具包的整体结构，uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如

29、EPROM中。5.2 主程序流程图主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1S进行一次。主流程图5-1所示：IS到?初次上电读出温度值并显示发温度转换开始命令初始化调用显示子程序NYYN图5-1主流程图5.3 温度采集流程图采集温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。流程图5-2所示：Y开始DS18B20初始化读取温度值跳过ROM命令结束9字节是否读完？N图5-2 DS18B20温度采集流程图5.4 显示流程图开始调用显示子程序将读取的温度值通过I/O口送到显示模块结束图5-3 显示流程

30、图6 原理图图6-1 系统原理图7 总结 经过四年的学习，终于完成了我的数显电子温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是比较高兴的。过程当中用到的单片机作为控制内核，四段数码管作为显示部分，及其他电路，共同组成了我的成果数字温度计。首先设计的是它的硬件电路，最重要的部分是STC89S52控制内核，所有的数据处理都是采用的单片机，其次是DS18B20温度采集电路，其他还有晶振电路，复位电路，上下限温度调整电路。其次我们设计了它的灵魂软件电路，通过用汇编语言编程实现对器件的控制。 从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际

31、当中，不仅使我真正的学会了数字温度计的设计，而且我相信通过这次的学习我能够达到举一反三的效果，同时这次的不足之处是在有些细节方面刚开始做的很不详细，我想原因在于自己平时对自己的学习要求的不够严格，才造成遇到一些问题显得惊慌失措，在日后我会克服这些缺点的。参考文献1 李朝青 单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19982 李广弟 单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，19943 阎石 数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，19894廖常初 现场总线概述J.电工技术，1999.5 新颖电子模块应用手册. 北京：机械工业出版社，20056 申忠如 申淼

32、 谭亚丽编著，MCS-51单片机原理及系统设计.西安交通大学出版社，20087 何立民 单片机应用技术选编M.北京航空航天大学出版社，20048 赵旦峰 刘昕. 集成温度传感器在多点温度测量中的应用J 传感器技术，19979 朱家健 单片机与可编程控制器. 北京,高等教育出版社， 200710 张开生，郭国法，MCS-51单片机温度控制系统的设计J.微计算机信息，2005致 谢经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周的地方，如果没有马惠铖老师的督促指导。以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里要感谢马

33、惠铖老师，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；他严谨细致，一丝不苟的作风一直是我们工作.学习中的榜样；并将积极影响我今后的学习和工作。然后要感谢大学四年来的所有老师，为我们打下了电子专业知识的基础；同时还要感谢电子0901班所有的同学们，正是因为有你们的支持和鼓励。我才能在温暖的环境中茁壮成长并顺利完成毕业设计。附录：程序void Display() unsigned char j; for(j=0;j=7; if(p=1) /判断+-温度 Disbuf0=0x0b; /显示“-”号 ALLTEMP=ALLTEMP; /取补码 ALLTEMP+; tem2=ALLTEMP/10;

34、 tem3=ALLTEMP%10; Disbuf1=tem2; if (Disbuf1=0) Disbuf1=0x0a; /高位0不显示 Disbuf2=tem3; Disbuf3=0x0c; /C else tem1=ALLTEMP/100; tem2=(ALLTEMP-tem1*100)/10; tem3=ALLTEMP-tem1*100-tem2*10; Disbuf0=tem1; Disbuf1=tem2; Disbuf2=tem3; if(Disbuf0=0) Disbuf0=0x0a; /高位0不显示 if(Disbuf1=0) Disbuf1=0x0a; /高位0不显示 Disb

35、uf3=0x0c; /C unsigned char ow_reset(void) unsigned char p; DQ=0; / 拉DQ线为低 delay(36); / 等待 DQ=1; / DQ返回高 delay(3); / 等待 p=DQ; / 获得信号 delay(25); / 等待结束时间片 return(p); / 0=找到器件, 1 = 无器件/从 1-wire 总线上读取一个字节unsigned char read_byte(void) unsigned char i; unsigned char value = 0; for (i=8;i0;i-) value=1; DQ

36、 0; /拉低 DQ DQ = 1; /返回高 DQ = 1; if(DQ)value|=0x80; delay(6); / 等待读时间片 return(value);/向 1-WIRE 总线上写一个字节void write_byte(char val) unsigned char i; for (i=8;i0;i-) / 写1字节 DQ = 0; / 拉低 DQ DQ = val&0x01; delay(2); / 等待 DQ = 1; val=val/2; delay(5);char Read_Temperature(void) union unsigned char c2; unsig

37、ned int x; temp; /定义一个联合数据类型，便于数据处理 ow_reset(); write_byte(0xCC); / 此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820 write_byte(0xBE); / 从高速暂存器读9bits温度值和CRC值 temp.c1=read_byte(); temp.c0=read_byte(); ow_reset(); write_byte(0xCC); /跳过 ROM write_byte(0x44); /转换温度 return temp.x/16; /保留整度，显示前要转换其特殊格式!main() unsigned char i;

38、/conv(); ALLTEMP=Read_Temperature(); /读温度 conv(); for(i=0;i4;i+) Disbufi=0x0a; for(i=0;i2) /由于18B20转换速度限制读取温度不能太快，一般要隔2秒读取一次 /这里采用显示2次后读一次数据 ALLTEMP=Read_Temperature(); /读温度 conv(); /转换 i=0; i+; Emloyment tribunals sort out disagreements between employers and employees. You may need to make a claim

39、to an employment tribunal if: you dont agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly. For more informu, take advice from one of the organisations listed underFurther help. Employment tribunals ar

40、e less formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation. Most people find making a claim to an employment tribunal challenging. If you are thinking about making a claim to an employment tribunal, you should get help straig

41、ht away from one of the organisations listed underFurther help. ation about dismissal and unfair dismissal, seeDismissal. You can make a claim to an employment tribunal, even if you haventappealedagainst the disciplinary action your employer has taken against you. However, if you win your case, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal. Remember that in most cases you must make an application to an em