基于单片机的数字式大气压计的设计
[摘要]数字式大气压计是利用压敏元件将待测气压，直接变换为容易检测、传输的电流或电压信号，然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。本设计介绍了一种基于气压传感器MPX4115的精密数字大气压计系统的实时显示设备。该设计主要通过气压传感器MPX4115获得与大气压相对应的模拟电压值,并经过电压/频率(V/F)转换模块转换为数字脉冲，通过单片机接收该脉冲信号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线
性关系式计算出所对应的实际气压值，最后在单片机的控制下由液晶显示电路显示出实际气压值。
[关键词]单片机；气压传感器；V/F转换器；液晶显示
Abstract: Digital barometer is the use of a pressure sensitive element to be tested directly converted to pressure, easy detection, transmission of the current or voltage signal, and then after a follow-up circuit processing and real-time display of a device. This design introduced one kind based on the pressure sensor MPX4115 precision digital pressure gauge system real time display device. This design mainly through the pressure sensor MPX4115obtained with atmospheric pressure corresponding to the analog voltage value, and through the voltage / frequency ( V/F ) converting module converts the digital pulse, through the MCU receives the pulse signal, to receive the unit time gaining the pulse number, according to the voltage and frequency of the linear relationship to calculate the corresponding the actual pressure value, the last under the control of single-chip microcomputer is composed of a liquid crystal display circuit displays the actual pressure value.
Key words: Single chip microcomputer, Pressure sensor, V/F converter, Liquid crystal display
基于单片机的数字式大气压计的设计
1绪论 (1)
1.1课题原理和背景 (1)
1.2技术概况及发展趋势 (1)
1.2.1 传感器的技术性能 (1)
1.2.2 传感器的发展趋势 (2)
1.3数字式大气压计系统设计意义 (2)
2系统总体设计 (2)
2.1整体设计思想 (2)
2.2系统总体框图 (3)
2.3系统各功能模块的设计思想 (3)
3硬件电路设计 (4)
3.1数据采集模块 (4)
3.1.1 数据采集模块的芯片选择 (4)
3.1.2 数据采集模块的原理图 (4)
3.1.3 气压传感器MPX4115的原理 (5)
3.2数据转换模块 (6)
3.2.1 数据转换芯片选择 (6)
3.2.2 数据转换电路部分电路原理图 (6)
3.2.3 LM331的结构 (7)
3.3数据处理模块 (8)
3.3.1 数据处理模块的芯片选择 (8)
3.3.2 数据处理模块电路的原理图 (8)
3.3.3 STC89C52引脚及功能 (9)
3.3.4 单片机中断技术 (10)
3.3.5单片机的定时/计数器 (11)
3.4数据显示模块 (12)
3.4.1 显示模块的芯片选择 (12)
3.4.2 LCD1602介绍 (13)
3.5电源电路模块 (14)
3.5.1 电源模块的芯片选择 (14)
3.5.2 芯片78L05原理 (14)
3.6总体电路及电路原理图 (15)
3.6.1 气压传感器电路和V/F转换电路的原理 (15)
3.6.2单片机及显示电路的原理 (16)
3.6.3 总体电路原理图 (17)
4软件设计 (17)
4.1用C语言开发单片机的优势 (17)
4.2如何由频率计算出气压值 (18)
4.3程序流程图 (18)
5仿真与调试 (19)
5.1K EIL软件介绍 (19)
5.2P ROTUES软件介绍 (20)
5.3P ROTEUS &K EIL调试仿真 (20)
5.3.1 调试的步骤及方法 (20)
5.3.2 程序仿真 (21)
5.3.3 总电路仿真 (21)
6设计总结及体会 (22)
参考文献 (23)
附录A 程序代码 (24)
附录B 硬件实物图 (29)
1绪论
1.1课题原理和背景
数字式大气压计：是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或电压信号，然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。它是一种测量大气压的装置，一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力，简称气压。气象学研究表明，在空间垂直方向上气压随高度增加而降低，这种变化的幅度在近表面和高空时又有所不同，近地表时气压随高度增加而降低的幅度最大，越到高空这种变化越缓慢。气压还会受空气中的气流影响，若空气中有下降气流，气压会增加；若空气中有上升气流，气压会减小。
随着科技的发展，气压测量技术不仅在科研、工业等领域发挥重要作用，也广泛的运用到了民用领域。特别是微电子制造技术的进步，更促使气压计趋向于向数字化、小型化、无线化发展。数字化和无线化气压计的出现使得各个领域对气压的测量更为便捷和直观。
本文介绍基于气压传感器MPX4115的精密数字式大气压计系统的软、硬件实现方法。通过气压传感器MPX4115获得与待测气压相对的模拟电压值，并经过电压/频率（V/F）转换模块转换为数字脉冲，通过单片机接收该脉冲信号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值，最后在单片机的控制下由液晶显示电路显示出实际气压值。以C语言为开发工具，进行了设计和编码。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性]1[。
1.2技术概况及发展趋势
基于传感器在本设计中的重要作用，下面详细地介绍一下传感器目前的技术性能以及发展趋势。
1.2.1 传感器的技术性能
差动技术：差动技术是传感器中普遍采用的技术。它的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差等。不少传感器由于采用了差动技术，还可使灵敏度增大。
平均技术：在传感器中普遍采用平均技术可产生平均效应，其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出则是这些单元输出的平均值，若将每个单元可能带来的误差均可看作随机误差且服从正态分布，根据误差理论，总的误差将减小。可见，在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。
补偿与修正技术：补偿与修正技术在传感器中得到了广泛的应用。这种技术的运用大致是针对下列两种情况。一种是针对传感器本身特性的，另一种是针对传感器的工作条件或外界环境的。对于传感器特性，可以找出误差的变化规律，或者测出其大小和方向，采用适当的方法加以补偿或修正。针对传感器工作条件或外界环境进行误差补偿，也是提高传感器精度的有力技术措施。不少传感器对温度敏感，由于温度变化引起的误差十分可观。为了解决这个问题，必要时可以控制温度，搞恒温装置，但往往费用太高，或使用现场不允许。而在传感器内引入温度误差补偿又常常是可行的。这时应找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。
造成传感器性能不稳定的原因有：随着时间的推移和环境条件的变化，构成传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。
为了提高传感器性能的稳定性，应该对材料、元器件或传感器整体进行必要的稳定性处理。如结构材料的时效处理、冰冷处理、永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理，电气元件的老化筛选等]2[。
1.2.2 传感器的发展趋势
传感器的发展就如同其他产品的发展一样，不仅取决于专业的技术水平、材料的使用，还取决于工艺等很多方面。
传感器集成化包括两种定义，一是同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，排成1维的为线性传感器，CCD图象传感器就属于这种情况。集成化的另一个定义是多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。
目前，各类集成化传感器已有许多系列产品，有些已得到广泛应用。集成化已经成为传感器技术发展的一个重要方向。随着集成化技术的发展，各类混合集成和单片集成式压力传感器相继出现，有的已经成为商品。集成化压力传感器有压阻式、电容式、等类型，其中压阻式集成化传感器发展快、应用广。自从压阻效应发现后，有人把4个力敏电阻构成的全桥做在硅膜上，就成为一个集成化压力传感器。国内在80年代就研制出了把压敏电阻、电桥、电压放大器和温度补偿电路集成在一起的单块压力传感器，其性能与国外同类产品相当。由于采用了集成工艺，将压敏部分和集成电路分为几个芯片，然后混合集成为一体。提高了输出性能及可靠性，有较强的抗干扰能力，完全消除了二次仪表带来的误差。
传感器的多功能化也是其发展方向之一。为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感器已经研制成功。把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。由上还可以看出，集成化对固态传感器带来了许多新的机会，同时它也是多功能化的基础。
传感器与微处理机相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、以及“思维”等人工智能，就称之为传感器的智能化。借助于半导体集成化技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成智能传感器。可以说智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现将取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，可以肯定地说，是传感器重要的方向之一]3[。
1.3数字式大气压计系统设计意义
随着我国经济的不断成长，国家越来越重视电子测量相关领域的发展，先进的测量仪器成为现代化产品开发的必备条件，也是电子行业发展的重中之重，而气压计被广泛应用于科研和工业等领域以及我们日常家庭生活中。传统的气压计(空盒式、弯管式等)精度低、实时显示时稳定性较差，而采用单片机控制的数字气压计，使用方便、显示简单、精度高、抗干扰能力强、扩展性方面可灵活的加入超压、低压报警、无线传输等特殊功能，而且可以大幅提高被控气压的技术指标。因此，对高精度便携式数字大气压计的研究有着非常重要的意义。
2系统总体设计
2.1整体设计思想
在系统构建过程中, 需要考虑稳定性、复杂程度、造价和调试的难易程度等因素。图2.1 所示框图中的每一部分就是一个单元电路, 可完成各自的功能。模块之间没有复杂的信号传输,且干扰很少,因而系统整体比较稳定。本设计是基于MPX4115的数字大气压计，包括软、硬件的设计与调试。软件部分通过对C语言的学习和对单片机知识的了解，根据系统的特点编写出单片机程序。硬件部分分为四大块，包括大气压的非电信号数据的采集、转换、处理以及显示。通过对设计的了解，选择适合的器件，画出原理图。
2.2系统总体框图
气压计硬件部分由五部分构成，它们分别是：数据采集模块，数据转换模块，数据处理模块和数据显示模块以及电源模块。
图2.1 单片机数字大气压计系统结构框图
由图2.1可知，整个系统的工作流程如下：
测量时被测气压由气压传感器转换为模拟的电压输出，此输出信号不能直接交由单片机处理。因此，需要经过V/F转换模块把气压传感器输出的模拟电压信号转换为数字脉冲（其频率随输入电压呈线性变化）。通过单片机接收该脉冲信号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值，最后通过显示电路显示给用户。
2.3系统各功能模块的设计思想
通过对单片机各个端口的设置，以及定时器工作方式和串行口工作方式的选择，并对定时器和串行口进行初始化用以实现对单片机和各个功能模块芯片之间通讯联络的设定。在主程序模块中我们关键是使单片机初始化，以及分配地址空间交代程序中各个变量等。其中最为关键的是连接子程序的各个功能模块。
?数据采集模块
数据采集模块，主要核心是由气压传感器构成，其主要功能是对被测气压进行实时稳定的测量，并以模拟电压的形式输出，交由后面的数据转化模块处理。
?A/D转换模块
A/D转换模块，主要功能是将气压传感器输出的模拟电压信号经过A/D转换电路，转换为单片机能直接处理的数字信号。
?数据处理模块
数据处理模块，主要是对A/D转换模块的数据进行多次采集，并且对采集的数据进行处理，此处理过程主要是对采集的数据进行初值定义以及相应的移位处理，并且把处理好的数据送入相应的缓冲区，为后面的显示模块作好准备。
?数据显示模块
数据显示模块，主要是对单片机处理后的数据进行实时显示，显示内容，即为测量气压值。该模块，可使用7段LED数码管构成，也可以使用字符液晶显示器件构成。
3硬件电路设计
3.1数据采集模块
3.1.1 数据采集模块的芯片选择
气压传感器对于系统至关重要，需要综合实际的需求和各类气压传感器的性能参数加以选择。一般要选用有温度补偿作用的气压传感器，因为温度补偿特性可以克服半导体压力传感器件存在的温度漂移问题。
绝对气压值对应的既是实际的气压值，显然本设计要实现的数字气压计需要能测量绝对气压值的气压传感器。
本设计要实现的数字大气压计显示的是绝对气压值，同时为了简化电路，提高稳定性和抗干扰能力，要求使用具有温度补偿能力的气压传感器。经过综合考虑，本设计选用美国摩托罗拉公司的集成压力传感器。MPX4115可以产生与所加气压呈线性关系的高精度模拟输出电压。
具体输出关系如下：
Vout = Vs ( 0. 01059 P - 0. 09528) ±Error (3-1)
式中，Vs 是工作电压,，P 是大气压值,，Vout 为输出电压]4[。
3.1.2 数据采集模块的原理图
数据采集模块由气压传感器MPX4115构成，采集的是大气压值。其中1脚是输出信号端，输出的是与气压值相对应的模拟电压信号。数据采集模块的原理如图3.1所示。
图3.1 数据采集模块原理图
3.1.3 气压传感器MPX4115的原理
MPX4115系列压电电阻传感器是一个硅压力传感器。这个传感器结合了高级的微电机技术，薄膜镀金属。还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。在0℃-85℃的温度下误差不超过1.5%，温度补偿是-40℃-125℃。
图3.2 MPX4115实物图及引脚排列图
气压传感器MPX4115的管脚说明如表3.1所示：
表3.1 气压传感器MPX4115的管脚说明
1 2 3 4 5 6
VOUT GND VS N/S N/S N/S
气压传感器MPX4114的特性参数如表3.2所示：
表3.2 气压传感器MPX4114的特性参数
参数符号最小典型最大单位
压力范围Pop 15 - 115 KPa
供电电压Vs 4.85 5.1 5.35 Vdc
供电电流Lo - 7.0 10 mAdc 最大压力偏置（0℃～85℃）
@Vs=5.0V
Vpss 0.135 0.204 0.273 Vdc
满量程输出（0℃～85℃）
@Vs=5.0V
Voff 4.725 4.794 4.863 Vdc
满量程比例（0℃～85℃）
@Vs=5.0V
VFSS 4.521 4.590 4.695 Vdc
精度（0℃～85℃）- - - ±1.5
%VPSS
灵敏度V/P - 45.9 - mV/KPa 响应时间（10%～90%）tR - 1.0 - ms
上升报警时间- - 20 - ms
偏置稳定性- - ±0.5 - %VFSS
3.2数据转换模块
3.2.1 数据转换芯片选择
气压传感器MPX4115输出的是模拟电压，因此，必须进行模拟到数字的转换才能交由单片机处理。关于A/D转换，本设计中采用一种电压频率转换电路来实现模拟电压数字化的处理。
V/F转换电路由V/F器件实现。V/F器件的作用是将输入电压的幅值转换成频率与输入电压幅值成正比的脉冲序列，虽然V/F器件本身还不能算作量化器，但加上定时器与计数器以后也可以实现A/D 转换。V/F器件的突出特点就是它能够把模拟电压转换成抗干扰能力强、可以远距离传输并能直接输入到单片机接口的脉冲序列。通过测量V/F输出频率，可以实现A/D转换功能。针对电路的实际需求，并考虑到外围电路实现的难易程度和相应的性能指标，选用芯片LM331来实现A/D转换。LM331是一款由美国NS公司生产的高精度电压频率转换芯片，由于采用新的温度补偿能隙基准电路, 在整个工作温度范围内和低到4.0V 电源电压下都有极高的精度]5[。
3.2.2 数据转换电路部分电路原理图
LM331构成的V/F转换器的电路如图3.3。其中图中的7号引脚Vin是数据转换模块的数据输入端，接到上一个数据采集模块的输出端。而3号引脚F0是数据转换模块的输出端。
图3.3 数据转换模块原理图
3.2.3 LM331的结构
LM331是一种非常理想的精密电压/频率转换器，可用于制作简洁、低成本的模数转换器，特长积分周期的数字积分器，线性频率调制与解调及其他各功能电路。当作为电压/频率转换器使用时，其输出脉冲链的频率精确地与输入端施加的电压成比例变化，体现了电压/频率转换器的特有优势。
由于LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，所以在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。内部精密计时器电路在很低偏置电流的情况下，也不会降低对100KHz电压/频率转换器的响应。LM331的输出可驱动3个TTL负载，其输出端可承受高达40V的电压冲击。
其引脚图如图3.4所示。
图3.4 LM331引脚图
LM331 各引脚功能说明如下：
CO(1脚)：电流输出脚。内部相当于脉冲恒流源，脉冲宽度与内部单稳态电路相同。
RefC（2脚）：基准电流脚。此引脚可接一固定电阻串联一个可变电阻器的组合，用于调整转换增益。
FO（3脚）：脉冲序列输出脚。该序列的频率值对应于输入电压的脉冲序列，OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地。
GND（4脚）：接地端。
R/C（5脚）：阻容网络引脚。外接定时时间常数RC。
Thre（6脚）：阈值电压脚。芯片内部的电压比较器会对此引脚上的电压和7脚CmpIn上的电压作比较，低于脚7 电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw。
CmpIn(7脚)：比较器电压输入脚。需要进行V/F转换的电压经过低通滤波后由此引脚输入。
VCC（8脚）：电源脚。可采用单、双电源供电，输入电压4~40V。
LM331的性能特点：
（1）变换精度高，数字分辨率可达12 位；
（2）数字脉冲输出端电平与所有5V的标准逻辑电路兼容；
（3) 线性度好, 最大非线性失真小于0. 01 % , 工作频率低到0. 1Hz 时尚有较好的线性；
（4）外接电路简单, 只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度；
（5）低成本，低功耗。
3.3数据处理模块
3.3.1 数据处理模块的芯片选择
对于LM331输出的频率信号要经过单片机的数据处理，通过频率与气压之间的关系计算出气压值。本设计中选用STC89C52单片机来实现，STC89C52单片机最为核心的部分是中央处理器CPU，它由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器。STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机片内含8kbytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读存储器，该器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用的8位中央处理器和ISP Flash存储单元。功能强大STC89C52 单片机以其超高的性价比，可灵活应用于各种控制领域。
STC89C52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，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。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]6[。
本设计中，电路仿真选用A T89C52代替STC89C52，两者功能及编程方式基本一致，只是A T89C52不支持在线编程，而S系列支持。
3.3.2 数据处理模块电路的原理图
单片机部分的原理如下图所示：
图3.5 数据处理模块原理图
3.3.3 STC89C52引脚及功能
图3.6 单片机引脚图
·P0口：P0口是一组8 位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
·P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I /O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（TTL）。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
·P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器区R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。
·P3口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3口输出缓冲级可驱动4 个TTL 逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3.3所示：
表3.3 P3口第二功能
口线功能描述
P3.0 RXD 串行输入口
P3.1 TXD 串行输出口
P3.2 INT0 外部中断0
P3.3 INT1 外部中断1
P3.4 T0 计数器0外部输入
P3.5 T1 计数器1外部输入
P3.6 WR 外部数据存储器写选通
P3.7 RD 外部数据存储器读选通·RST复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
·ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的l/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的DO 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC 指令ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 无。
·PSEN：程序储存允许（PSEN ）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期有两次PSEN ，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有的PSEN信号不出现。
·EA ／VPP 外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA 端状态。如EA 端为高电平（接VCC 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。
·XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
·XTAL2 振荡器反相放大器的输出端。
·Vcc 电源电压
·GND 地
3.3.4 单片机中断技术
单片机中断是指CPU暂时停止当前程序执行转而为其他程序服务，并在中断服务完成后自动返回原程序执行的过程。中断可以提高CPU的工作效率，使CPU可以通过分时操作启动多个外设同时工作，并能对他们进行统一的管理。中断可以提高实时数据的处理实效，及时发现并处理报警和故障信息，提高产品的质量和系统的安全性，对系统做出应急处理侧。采用中断技术能实现以下的功能：
(1) 分时操作。计算机的中断系统可以使CPU与外设同时工作。CPU在启动外设后，便继续执行主程序，而外设被启动后，开始进行准备工作。当外设准备就绪时，就CPU发中断请求，CPU 响应该中断请求并为其服务完毕后，返回到原来的断点处继续运行主程序。外设在得到服务后，也继续进行自己的工作。因此，CPU可以使多个外设同时工作，并分时为各外设提供服务，从而大大提高CPU的利用率和输入/输出的速度。
（2）实时处理。当计算机用于实时控制时，请求CPU提供服务时随机发生的。有了中断系统，CPU就可以立即响应并加以处理。
（3）故障处理。计算机在运行时会出现一些故障，如电源断电，存储器奇偶校验出错，运算溢出等。有了中断系统，当出现上述情况时，CPU可及时转去执行故障处理程序，自行处理故障而不必停机。
STC89C52的中断系统包括六个中断源，分别为：
(1) INT0 —外部中断0请求，低电平有效，通过P3.2引脚输入。
(2) INT1 —外部中断1请求，低电平有效，通过P3.3引脚输入。
(3) T0 —定时器/计数器0溢出中断请求。
(4) T1 —定时器/计数器1溢出中断请求。
(5) TX/RX —串行口中断请求。
每一个中断源都对应一个中断请求标志位，他们设置在特殊功能寄存器TCON和SCON 中，当这些中断源请求中断时，相应的标志分别由TCON和SCON中的相应位来锁存。对中断源的开放或屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。
3.3.5单片机的定时/计数器
STC89C52单片机内部有三个16位的可编程的定时/计数器，他们均是二进制加法计数器，当计数器计满回零时能自动产生溢出中断请求，表示定时时间已到或计数己终止。三个定时器/ 计数器均可编程设定为定时模式和计数模式两种，在这两种模式下又均可设定四种工作方式，其控制和状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可方便地选择适当的工作方式。定时模式下的定时时间和计数模式下的计数均可通过程序设定。通过软件写入TMOD和TCON两个8位寄存器来设置定时/计数器的操作模式和控制功能。
（1）工作模式寄存器TMOD的位定义如下表3.4所示：
表3.4 工作模式寄存器TMOD的位定义
定时器T1 定时器T0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0
（2）M1、M0控制定时器T1和定时器T0的四种工作模式如下表3.5所示：
表3.5 四种工作模式
M1 M0 工作模式功能描述
0 0 模式0 13位计数器
0 1 模式1 16位计数器
1 0 模式
2 自动再装入8位计数器
（3）控制寄存器TCON的位定义和功能如下表3.6所示：
表3.6 控制寄存器TCON的位定义和功能
（4）TCON各位的作用如下:
TF1：T1溢出标志位，当T1溢出时，由硬件自动使中断触发器TF1置1，并向CPU申请中断。
TF0：T0溢出标志位，其功能情况同TF1
TR1：TI运行控制位。可通过软件置1或清0来启动或关闭T1
TR0：T0运行控制位。其功能操作情况同TR1
IE1：外部中断1的中断请求标志
IT1：外部中断1的中断触发方式控制位
IE：外部中断0的中断请求标志
IT：外部中断0的中断触发方式控制位
3.4数据显示模块
3.4.1 显示模块的芯片选择
液晶显示器简称LCD显示器，它是利用液晶经过处理后能够改变光线的传输方向的特性实现显示信息的，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富超薄轻巧等优点，在单片机应用系统中得到日益广泛的应用。液晶显示器按其功能分为三类：笔端式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器、图形点阵式液晶显示器。前两种能够显示数字、字符等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形。
本设计中选择经济实惠的字符型液晶显示器LCD1602。LCD1602可以显示两行，每行16个字符，采用+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。
显示器部分的电路如图3.7所示：
图3.7 显示模块原理图
3.4.2 LCD1602介绍
LCD1602是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，实物如图3.8所示。
图3.8 LCD1602实物图
LCD1602的外围引脚及作用：
第1脚：VSS为地电源；
第2脚：VDD接5V正电源；
第3脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正极电源时对比度最弱，接地电源时
对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度；
第4脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器；
第5脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平，RW为高电平时可以读取忙信号，当RS 为高电平RW为低电平时可以写入数据；
第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；
第7-14脚：D0～D7为8位双向数据线；
第15-16脚：空脚。
1602液晶显示器内部的控制器共有11条控制指令，如表3.7所示：
表3.7 1602的内部指令表
序号指令
内容
RS
R/
W
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
2 光标返回0 0 0 0 0 0 0 0 1 *
3 置输入模式0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S
4 显示开/关控制0 0 0 0 0 0 1 D C B
5 光标或字符移位0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *
6 置功能0 0 0 0 1 DL N F * *
7 置字符发生存贮器地址0 0 0 1 字符发生存贮器地址
8 置数据存贮器地址0 0 1 显示数据存贮器地址
9 读忙标志或地址0 1 BF 计数器地址
10 写数到CGRAM或DDRAM） 1 0 要写的数据内容
11 从CGRAM或DDRAM读数 1 1 读出的数据内容
3.5电源电路模块
3.5.1 电源模块的芯片选择
由于数据转换模块中核心器件LM331工作于+15V，但是单片机、MPX4105等其他芯片需要+5V 供电，因此还需要设计专门的供电电路以满足整个系统的电源需求。本设计电源电路中选用摩托罗拉公司的三端低电流线性稳压芯片MC78L05。
电源电路如图3.9所示：
图3.9 电源模块原理图
3.5.2 芯片78L05原理
MC78L05具有内部短路电路限制和热过载保护功能的特点，输入电压范围为2.6—24V，输出+5V固定电压。
三端稳压器78L05 实物图如图3.10所示。
图3.10 三端稳压器实物
引脚说明如表3.8所示：
表3.8 引脚说明
1 2 3
最大额定值如表3.9所示:
表3.9 最大额定值
参数符号额定值单位
功耗P 0.75 W
输入电压VIN 18 V
封装热阻抗?JA 150（TO-92）℃/W 烙铁焊接温度（10秒）TLEAD 260 ℃
工作温度范围TJ 0to+125 ℃
存储温度TSTG -65to+150 ℃
静电防护VESD 2.7 KV
3.6总体电路及电路原理图
3.6.1 气压传感器电路和V/F转换电路的原理
图3.11 气压传感电路和V/F转换电路原理图
气压传感电路和V/F转换电路原理图如图3.11所示，其中U3 为气压传感器芯片MPX4115，工作电压+5V，将被测气压转换为输出电压（对应图中网络标号为Vin），送至V/F 转换电路。电阻R5 和
电容C7构成典型的去耦合滤波电路。U2 为V/F 转换芯片LM331，工作电压+15V ，在此电路中，电压Vin 和输出脉冲FO 的频率fo 的转换关系满足公式（3-2）。
fo=K*Vin （3-2）
其中，
K=
RtC t
R Rs L
109
.21?
?, Rs=R2+R3 （3-3）
电路中，Rt 、Ct 和RL 的典型值分别为6.8k ?、0.01f μ和100k ?，Rs 由一个定值电阻R2和一个可变电路R3串联组成，其中，R2为22k ?，R3的最大阻值为12k ?，通过可变电阻R3调节Rs 的阻值可以实现对电路转换增益的调整。
气压的变化引起Vin 的变化，而Vin 在满刻度输出电压间距V FSS 内变化，V FSS 典型值为4.590V ，所以Vin 变化范围很小，那么根据fo=KVin 的关系式，必须增大K 值，才能提高测量的精度。fo 通过单片机的定时/计数器1的计数测得，该计数器的计数范围为0~65536，1s 计数频率1次。因此，K 值的选取还要考虑到计数器的计数范围。综合考虑之后，将K 值设为2000，这样代入式（2）计算，可知R3的阻值应调节到6.424k ?]7[。
图3.11中，Cin 和Rin 构成低通滤波器，滤除输入电压信号中的干扰脉冲。其中，Cin 取0.1f μ，Rin 取100k ?，C L 的取容值为1f μ的漏极电流小的电容。 3.6.2单片机及显示电路的原理
图3.12 单片机及显示电路原理图
设计中的电源及单片机电路原理图如图3.12 所示。U1 为单片机芯片AT89C52，工作于11.0590MHz时钟，它的P3.4 脚（定时/计数器0 外部脉冲输入端）和A/D转换模块输出脉冲FO 相连，对脉冲序列进行计数，以获取频率信息，从而转换为气压值。U1 的P0 口和P2 口是和液晶显示电路的接口]8[。
3.6.3 总体电路原理图
图3.13 系统总体电路原理图
4软件设计
就该设计的单片机而言，它的输入信号是具有一定频率的脉冲序列，通过单片机内部的计数器可以获得此脉冲序列的频率，此频率对应于某个气压值，如何将频率换算成该气压值是软件设计首先需要考虑的问题。
4.1用C语言开发单片机的优势
C语言是一种编译型的结构化程序设计语言，具有简单的语法结构和强大的处理功能，具有运行速度快、编译效率高，移植性好和可读性强等多种优点，可以实现对系统便件的直接操作。用C 语言来编写目标系统软件，可以大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而开发出大规模、高性能的应用系统。其优势如下：
数字温度计的设计 【摘要】 本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，就是用单片机实现温度测量，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于AT89S52单片机的数字温度计的设计用LCD数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求，可以用于温度等非电信号的测量，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。 【关键词】关键词1温度计；关键词2单片机；关键词3数字控制；关键词4DS1620 目录 第一章绪论 (2) 1.1 前言 (3) 1.2 数字温度计设计方案 (3) 1.3 总体设计框图 (3) 第二章硬件电路设计............................ 错误!未定义书签。 2.1 主要芯片介绍 (5) 2．1．1 AT89C51的介绍 (5) 2.1.2 AT89C51各引脚功能介绍 (5) 2．2 温度传感器 (7) 2.2．1 DS1620介绍 (7) 第三章软件设计................................ 错误!未定义书签。
3.1 主程序流程图 (11) 3.4 计算温度子程序流程图 (13) 3.5 显示数据刷新子程序流程图 (13) 第四章 Proteus仿真调试......................... 错误!未定义书签。 4.1 Proteus软件介绍 (15) 4.2 Proteus界面介绍 (16) 4.2.1 原理图编辑窗口 (18) 4.2.2 预览窗口 (23) 4.2.3 模型选择工具栏 (31) 4.2.4 元件列表 (35) 4.2.5 方向工具栏 (37) 4.2.6 仿真工具栏 (38) 4.3 本次设计仿真过程 (39) 4.3.1 创建原理图 (40) 设计总结 (50) 结论 (57) 参考文献 (59) 致谢 (62) 附录 (72)
前言 (3) 一、总体设计 (4) 二、硬件设计 (6) AT89C51单片机及其引脚说明： (6) 显示原理 (8) 技术参数 (10) 电参数表 (10) 时序特性表 (11) 模块引脚功能表 (12) 三、软件设计 (12) 四、调试说明 (15) 五、使用说明 (17) 结论 (17) 参考文献 (18)
附录 (19) Ⅰ、系统电路图 (19) Ⅱ、程序清单 (20)
前言 单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行缓慢，而且测量频率的范围比较小.考虑到上述问题，本论文设计一个基于单片机技术的数字频率计。首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数,获得频率值；最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。
一、总体设计 用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量. 所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f x。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s.闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。 本系统采用测量频率法,可将频率脉冲直接连接到AT89C51的T0端，将T/C1用做定时器。T/C0用做计数器。在T/C1定时的时间里，对频率脉冲进行计数。在1S定时内所计脉冲数即是该脉冲的频率。见图1: 图1测量时序图 由于T0并不与T1同步,并且有可能造成脉冲丢失，所以对计数器T0做一定的延时，以矫正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义，频率是单位时间内信号波的个数，因此采用上述各种方案
基于AT89C5单片机的数字温度计设计
CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 科研实践 题目：基于单片机的数字温度计的设计
目录 目录 (2) 1.绪论 (3) 1.1课题研究背景及意义 (3) 1.2课题研究的内容 (3) 2.数字温度计的系统概论 (5) 2.1系统的功能 (5) 2.2温度计的分析 (5) 3.设计方案和要求 (6) 3.1设计任务和要求 (6) 3.2元器件的选取 (6) 3.3系统最终设计方案 (7) 4.硬件设计 (8) 4.1总体设计结构图 (8) 4.2硬件电路概述 (8) 4.2.1最小系统 (8) 4.2.2输入电路设计 (11) 4.2.3输出电路设计 (12) 5.硬件仿真 (15)
6.实物制作 (18) 6.1电路板焊接 (18) 6.2电路板调试 (19) 7.小结 (20) 附录 (21) 1.参考文献 (21) 2.原理图 (22) 3.元器件清单 (23) 4.软件程序 (24) 5.实物图 (30) 1.绪论 1.1课题研究背景及意义 单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛地应用于工业控制，智能仪器仪表，机电一体化产品，家用电器等各个领域。“单片机原理与应用”在工科院校各专业中已作为一门重要的技术基础课而普遍开设。学生在课程设计，毕业设计,科研项目中会广泛应用到单片机知识，而且，进入社会后也会广泛接触到单片机的工程项目。鉴于此，提高“单片机原理及应用”课的教学效果，让学生参与课程设计
实习甚为重要。单片机应用技术涉及的内容十分广泛，如何使学生在有限的时间内掌握单片机应用的基本原理及方法，是一个很有价值的教学项目。为此，我们进行了“单片机的学习与应用”方面的课程设计，锻炼学生的动脑动手以及协作能力。 单片机课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路，电路，单片机的原理及应用课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课设任务、软件设计，硬件设计，调试和编写课设报告等实践内容。通过此次课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握单片机课程的试验、设计方法，即学生根据设计要求和性能约束，查阅文献资料，收集、分析类似的相关题目，并通过元器件的组装调试等实践环节，使最终硬件电路达到题目要求的性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础，毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养学生勤于思考乐于动手的习惯，同时通过设计并制作单片机类产品，使学生能够自己不断地学习接受新知识（如在本课设题目中存在智能测温器件DS18B20，就是课堂环节中不曾提及的“新器件”），通过多人的合作解决现实中存在的问题，从而不断地增强学生在该方面的自信心及兴趣，也提高了学生的动手能力，对学生以后步入社会参加工作打下一定良好的实践基础。 1.2课题研究的内容 本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的测温系统，详细描述了利用数 字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机喜爱的硬 件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也进 行一一介绍，该系统可以方便的是实现温度采集和显示，并可以根据需要任意 设定上下限报警温度，它使用起来方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体 积小、功耗低等优点，适合我们日常生活和工农业生产中的温度测量，也可以 当做温度处理模块嵌入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20和AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合 与恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。 本设计首先是确定目标，气候是各个功能模块的设计，再在Proteus软件上 进行仿真，修改，仿真。 本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范 围内时，可以报警。
数字温度计课程设计报告 目录 1. 设计任务 .................................................................... ................ .. (1) 1.1设计目的 . .......................................... .............. (1) 1.2设计指标 . ............................... ...................... . (1) 1.3设计要求 (1) 2.设计思路与总体框图................................................ .. (1) 3.系统硬件电路的设计............................................... (2) 3.1主控电路 .................................................. (2) 3.2液晶显示电路 (3) 3.3按键电路 ........... ................................................... .. (3) 3.4报警电路 .......................................... . (4) 4.系统仿真设计 (4) 4.1仿真原理图 ............................................................... ...... (4) 4.2各功能元件的分析 (5) 5.系统软件设计 (10) 5.1主程序 (11) 5.2读出温度子程序 (11) 5.3温度转换命令子程序 (12) 5.4设计温度子程序 (12) 5.5 1602 的温度显示 (13) 6.总结与体会 ...................................................................................... .... . (13) 6 1总结 ............................................................ ....... . (13) 6. 2 体会 ............................................................ ....... . (14) 7.参考文献 ............................................................ ....... .. (15) 8.附录 (16) 1.设计任务 1
电子信息职业技术学院 暨国家示性软件职业技术学院 单片机实训 题目：用MCS-51单片机和 18B20实现数字温度计 姓名： 系别：网络系 专业：计算机控制技术 班级：计控 指导教师： * 伟 时间安排：2013年1月7日至 2013年1月11日
摘要 随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。 在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。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，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。 我们采用美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，温度围为-55~125 oC,最高分辨率可达0.0625 oC。DS18B20可以直接读出北侧温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 本文介绍一种基于AT89C51单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量围0℃-～+100℃，使用LED模块显示，能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器DS18B20的原理，AT89C51单片机功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、结构简单。 关键词：单片机，数字控制，温度计， DS18B20，AT89S51
江阴职业技术学院 毕业论文 课题：基于单片机的数字频率计的设计 专业电子信息工程 学生姓名冯海洋 班级０８电子信息工程（1)班 学号２008０３05107 指导教师张文洁 完成日期
目录 摘要?错误!未定义书签。 前言................................................................................................... 错误!未定义书签。第一章绪论............................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1课题背景?错误!未定义书签。 1.2 课题研究的目的和意义 ................................................................. 错误!未定义书签。 １．4数字频率计设计的任务与要求?错误!未定义书签。 第二章数字频率计总体方案设计............................................................... 错误!未定义书签。 １.1方案比较 .......................................................................................... 错误!未定义书签。 1．2方案论证......................................................................................... 错误!未定义书签。 1．3方案选择......................................................................................... 错误!未定义书签。 第三章数字频率计的硬件系统设计........................................................... 错误!未定义书签。 ３.１数字频率计的硬件系统框架...................................................... 错误!未定义书签。 3.2 数字频率计的主机电路设计?错误!未定义书签。 ３.3数字频率计的信号输入电路设计................................................... 错误!未定义书签。 3.４数字频率计显示电路的设计 ........................................................... 错误!未定义书签。 ３.５数字频率计的计数电路的设计?错误!未定义书签。 3.６数字频率计电源模块的设计?错误!未定义书签。 第四章数字频率计软件系统设计?错误!未定义书签。 4.1 软件设计规划................................................................................. 错误!未定义书签。 4.１．1信号处理............................................................................ 错误!未定义书签。 4.1.2中断控制................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.１定时器/计数器?错误!未定义书签。 4.2.２定时工作方式0..................................................................... 错误!未定义书签。 4.3程序流程图设计................................................................................ 错误!未定义书签。
****大学综合性设计实验 开题报告 ?实验题目：数字温度计的设计 ?学生专业10电气工程与自动化 ?同组人:———————— ?指导老师： 2013年4月
1.国内外现状及研究意义 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，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，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： ①传统的分立式温度传感器 ②模拟集成温度传感器 ③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，本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法，并对以此传感器，AT89S51单片机为控制器构成的数字温度测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。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AT89S51单片机，测温传感器使用DALLAS公司DS18B20，用液晶来实现温度显示。 2.方案设计及内容 （一）、方案一 采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，
基于单片机的数字温度计的设计 摘要：本文介绍了一种AT89S52单片机的数字温度计设计。该数字温度计的主控系统采用AT89S52单片机，温度采集选用PT100型温度传感器，显示系统选用数码管，实现对温度的测量和显示。该数字温度计具有稳定性高、精度准确、结构简单等优点。 关键词：AT89S51单片机温度传感器PT100数码显示 温度传感器应用于诸多领域，不管是信息化还是工业化，我们都能够看到温度传感器的身影。 铂电阻温度传感器因其测量准确度高、测量范围大、稳定性好等,被广泛用于中温（-200℃～650℃）范围的温度测量中。 pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变，在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。 本设计采用PT100温度传感器，将把温度的变化转变成电压信号的变化并将其放大，然后通过A/D转换，将数据传递给单片机，再由单片机将信号进行处理，通过数码管显示出当前温度。电路原理如图： 本系统选择PT100温度传感器，选择AT89S52单片机，AT89S52接受PT100的信号，经过处理，当数码管接收到经过AT89S52单片机处理过的信号后，显示出接收到的温度。 而且温度传感器，输出信号是数字信号，而不是传统意义上的模拟信号，这样便于单片机处理及控制。省去了传统的模拟温度传感器需要的A/D转换电路，省去了很多不必要的电路，从而电路得到了简化，也提高了系统的工作效率，降低了系统的硬件成本。 PT100是一种广泛应用的测温元件。在-50～+600 ℃范围内具有其它温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。 本设计PT电阻采用三线制接法，可将PT100的两侧相等的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除。 LM324运放电路工作过程：通过集成运放将基准电压4.096V转换为恒流源，电流流过PT100时在其上产生压降，再通过运放将该微弱压降信号放大，即输出期望的电压信号，将信号直接连AD转换芯片。 单片机的选择。AT89S52单片机是一种可靠性高、功率比较低的、性能很高的8bit4Kb 可编辑Flash的微控制器，拥有在系统上能够进行编辑的4Kb存储器。在AT89S52单片机的芯片上，具有8bitCPU和能够在系统进行编辑的Falsh，使得AT89S52在很多的领域被广泛地应用。 AD转换电路采用TLC2543美国德州仪器公司生产的12位开关电容型逐次逼近模数转换器，它具有三个控制输入端，采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接，是12位数据采集系统的最佳选择器件之一。数码管动态显示接口是单片机中最为常见的显示方式之一。 当单片机输出字形码时，单片机对位选通COM端电路的控制，显示相应的数码。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就会使各个数码管轮流受控显示。而在此过程中，每
基于5单片机的数字频率计设计
毕业论文基于51单片机的数字频率计 基于51单片机的数字频率计 目录 第1节引言 (2) 1.1数字频率计概 述…………………………………………… (2) 1.2频率测量仪的设计思路与频率的计 算…………………………………………… (2) 1.3基本设计原 理…………………………………………… (3) 第2节数字频率计（低频）的硬件结构设计 (4) 2.1系统硬件的构成 (4) 2.2系统工作原理图 (4) 2.3AT89C51单片机及其引脚说明…………………………………………………
(5) 2.4信号调理及放大整形模块 (7) 2.5时基信号产生电路 (7) 2.6显示模块 (8) 第3节软件设计 (12) 3.1 定时计数 (12) 3.2 量程转换 (12) 3.3 BCD转换 (12) 3.4 LCD显示…………………………………………………
(12) 第4节结束语 (13) 参考文献 (14) 附录汇编源程序代码 (15) 基于51单片机的数字频率计 第1节引言 本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 1.1数字频率计概述 数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。 本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波，时基
单片机原理及系统课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气1101 姓名： 学号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014 年 1 月 17 日
1设计题目 基于单片机的数字温度计设计。 2设计方案 2.1设计目的 单片机是单片微型计算机的简称，其具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，故可以广泛应用于各种领域。其中数字温度计就是一个典型的例子。 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等特点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求较高的场所，该设计主要使用的元件有单片机AT89C52，测温传感器使用DS18B20和LCD1602液晶显示器。 2.2性能指标 (1) 基本范围-50℃-110℃； (2) 精度为0.5℃； (3) 液晶LCD显示； (4) 可以设定温度的上下限以及报警功能。 3数字温度计系统的硬件设计 3.1数字温度计硬件框图 数字温度计系统硬件框图如图1所示。 图1 系统的硬件框图
3.2AT89C52单片机 AT89C52单片机引脚配置图，如图2所示。 图2 AT89C52引脚配置图 3.3外围电路 AT89C52的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。选择了内部时钟方式，即利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL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电路。外接晶振时，C1和C2值通常选择为30PF左右。C1和C2对频率有微调作用。晶体的频率范围可在1.2～12MHZ之间选择。 AT89C52的复位电路是按键电平复位电路，相当于按复位键后复位端通过电阻与Vcc电源接通。复位是单片机的初始化操作。单片机在启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 显示电路采用LCD1602液晶显示器显示。 故障状态指示电路采用发光二级管以及蜂鸣器对运行方式进行指示，可清楚看到系统的故障状态。 测温传感器DS18B20可以直接读出被测温度值,采用三线制和单片机相连,少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。
目录 1.设计任务............... .. (1) 1.1 设计目的 (1) 1.2 设计指标 (1) 1.3 设计要求 (1) 2. 设计思路与总体框图 (1) 3. 系统硬件电路的设计 (2) 3.1主控电路........ .. (2) 3.2液晶显示电路3 3.3按键电路....... .... .. (3) 3.4报警电路............... (4) 4.系统仿真设计 (4) 4.1仿真原理图 (4) 4.2各功能元件的分析 (5) 5. 系统软件设计 (10) 5.1 主程序 (11) 5.2 读出温度子程序 (11) 5.3 温度转换命令子程序 (12) 5.4 设计温度子程序 (12) 5.5 1602的温度显示 (13) 6. 总结与体会................ .... . (13) 1
6 1 总结 (13) 6. 2体会 (14) 7. 参考文献 (15) 8. 附录 (16) 1. 设计任务 1.1 设计目的 1. 了解数数字温度计及工作原理。 2. 进一步掌握数字温度计设计方法。 3. 进一步掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 4. 进一步掌握keil和仿真软件的应用。 5. 进一步熟悉集成电路的引脚安排.。 1.2 设计指标 1. 显示温度。 2. 可以显示大于零度的温度也可以显示小于零度的温度。 3. 具有显示相应环境温度的功能，并且具有超出设定范围内温度时可以报警的功能，相应环境可以人为选择。 1.3 设计要求 1. 画出总体设计框图，以说明数字温度计由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。并以文字对原理作辅助说明。 2. 设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。 3. 选择合适的元器件，在面包板上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，
单片机系统开发与应用工程实习报告 选题名称:基于AT89C52单片机的简易频率计设计 系（院）: 专业:计） 班级: 姓名:学号: 指导教师: 学年学期: 2009 ~ 2010 学年第 2 学期 2010 年 5 月 30 日
摘要： 在电子技术中，频率是一个经常用到的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。本项目主要阐述了以AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计，以达到测量频率并进行显示的目的。本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时，把单片机内部的定时/计数器0作为定时器，实现2.5ms定时。外部待测脉冲从单片机的TI（第15引脚）输入，以定时/计数器1作为计数器，利用中断方式来达到间接测量的目的。最后采用四位数码管显示。本设计采用C语言进行软件编程，用keil软件进行调试。最后把调试成功后的程序固化到AT89C52单片机中，接到预先焊好的电路板上，接上待测脉冲，通电运行，数码管成功显示待测脉冲频率。 关键词：单片机；频率计；AT89C52
目录 1 项目综述 (1) 1．1 设计要求 (1) 1．2 系统设计 (1) 2硬件设计 (2) 2.1 电路原理图 (2) 2.2 元件清单 (2) 2.3 主要芯片引脚说明 (3) 3 软件设计 (4) 3.1 程序流程图 (4) 3.2 软件设计简述 (5) 3.3 程序清单 (6) 4 系统仿真及调试 (10) 4.1 硬件调试 (10) 4.2 软件调试 (10) 5 结果分析 (10) 总结 (11) 参考文献 (12)
基于51单片机的数字温度计设计 一．课题选择 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方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，它可广泛应用与生产生活的各个方面，具有巨大的市场前景。 二．设计目的 1.理解掌握51单片机的功能和实际应用。 2.掌握仿真开发软件的使用。 3.掌握数字式温度计电路的设计、组装与调试方法。 三．实验要求 1.以51系列单片机为核心器件，组成一个数字式温度计。 2.采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测。 3.温度显示采用4位LED数码管显示，三位整数，一位小数。 四．设计思路 1.根据设计要求，选择STC89C51RC单片机为核心器件。 2.温度检测采用DS18B20数字式温度传感器。与单片机的接口为P 3.6引脚。 3.采用usb数据线连接充电宝供电，接电后由按钮开关控制电路供电。 硬件电路设计总体框图为图1： 五．系统的硬件构成及功能 1.主控制器 单片机STC89C51RC具有低电压供电和体积小等特点，有40个引脚,其仿真图像如下图所示：
2.显示电路 显示电路采用4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下图所示： 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9~12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一个端口引脚进行通讯。 2.简单的多点分布应用。 3.无需外部器件。 4.可通过数据线供电。 5.零待机功耗。 6.测温范围-55~+125摄氏度。 其电路图如下图所示：
摘要 本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分，设计以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。 本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。 关键词：单片机，运算，频率计，LED数码管
Abstract The program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays. The design of the 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application. Key words：microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube
第1章概述 1.1 数字温度计简介 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 此次课程设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。 1.2 设计内容及要求 本次单片机课程设计将以51系列单片机为核心，以开发板为平台；设计一个数字式温度计，要求使用温度传感器（可以采用DS18B20或采用AD590）测量温度，再经单片机处理后，由LED数码管显示测量的温度值。测温范围为0~100℃，精度误差在0.5℃以内。
第2章系统总体方案设计 2.1数字温度计设计的方案 在做数字温度计的单片机电路中，对信号的采集电路大多都是使用传感器，这是非常容易实现的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。采集之后，通过使用51系列的单片机，可以对数据进行相应的处理，再由LED显示电路对其数据进行显示。 2.2系统设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图 2.1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用6位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。此外，还添加了报警系统，对温度实施监控。 图2.1 数字温度计框图
《单片机原理及应用》课程设计报告书 课题名称基于数字温度传感器的数字温度计 姓名 学号 专业 指导教师 机电与控制工程学院 年月日
填写说明 1、正文部分： （1）标题与正文格式定义标准如下： 一级标题：1.标题1 二级标题：1.1标题2 三级标题：1.1.1标题3 四级标题：1.1.1.1标题4 （2）表格：尽可能采用三线表。 （3）图形：直接插入的插图应有图标、图号，不能直接插入的图应留出插图空位。图中文字、符号书写要清楚，并与正文一致。 （4）文字表述：要求层次清楚，语言流畅，语句通顺，无语法和逻辑错误，无错字、别字、漏字。文字的表述应当以科学语言描述研究过程和研究结果，不要以口语化的方式表达，报告中科技术语和名词应符合规定的通用词语，并使用法定计量单位和标准符号。 2、参考文献： （1）数量要求：参考文献只选择最主要的列入，应不低于5种。 （2）种类要求：参考文献的引用，可以是著作[M]、论文[J]、专利文献[P]、会议论文等。 （3）文献著录格式及示例。参考文献用宋体五号字。 [1] 作者. 书名[M]. 版次. 出版地: 出版者, 出版年: 起止页码（著作图书文献） [2] 作者. 文章名[J]. 学术刊物名称. 年. 卷(期): 起止页码（学术刊物文献） 示例： [1]王社国，建光。基于ARM的嵌入式语音识别系统研究[J]。微计算机信息，2007，2-2:149-150. 3、附录或附件：（可选项） 重要的测试结果、图表、设计图纸、源程序代码、大量的公式、符号、照片等不宜放入正文中的可以附录形式出现。 4、如果需要可另行附页粘贴。
任务书 1. 设计要求 利用数字温度传感器DS18B20与单片机结合来测量温度。利用数字温度传感器DS18B20测量温度信号，计算后在LED数码管上显示相应的温度值。其温度测量围为?55℃～125℃，精确到0.5℃。数字温度计所测量的温度采用数字显示，控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据，实现温度显示。 2. 原理 从温度传感器DS18B20可以很容易直接读取被测温度值，进行转换即满足设计要求。 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位的数字读数方式。 DS18B20的性能如下。 ?独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。 ?多个DS18B20可以并联在串行传输的数据线上，实现多点组网 功能。无须外部器件。 ?可通过数据线供电，电压围为3.0～5.5V。
硬件课程设计实验报告课题：数字温度计 班级： 作者： 学号： 指导老师： 课设评价： 课设成绩：
目录 一．需求分析 (1) 二．概要设计 (1) 三．硬件电路设计 (3) 四．系统软件设计 (5) 五．软件仿真 (8) 六．实际连接与调试 (9) 七．本次课设的收获与感受 (11) 附录（程序源代码） (12)
一．需求分析 功能要求： 测量环境温度，采用接触式温度传感器测量，用数码管显示温度值。 设计要求： （一）功能要求 (1) 由4位数码管显示当前温度。 (2) 具备报警，报警门限通过键盘设置。 (3) 精度为0.5℃。 （二）画出参考的电路原理图 （三）画出主程序及子程序流程图、画出MCS51内部RAM分配图，并进行适当地解释。 （四）写出实现的程序及实现过程。并进行适当地解释说明。 二．概要设计 （一）方案选择 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 （二）系统框图 该系统可分为以下七个模块： （1）控制器：采用单片机STC89C52对采集的温度数据进行处理； （2）温度采集：采用DS18B20直接向控制器传输12位二进制数据； （3）温度显示：采用了4个LED共阴极七段数码管显示实际温度值； （4）门限设置：主要实现模式切换及上下门限温度的调节； （5）报警装置：采用发光二极管进行报警，低于低门限或高于高门限均使其发光； （6）复位电路：对整个系统进行复位； （7）时钟振荡模块：为整个系统提供统一的时钟周期。