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数显温度计的设计

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1 设计性实验五 数显温度计的设计

摘要：数显温度计可以准确的判断和测量温度,以数字显示，而非指针或水银显示。故称数字温度计或数字温度表。此电路是用AT89C52单片机器件，并利用DS18B20温度传感器和4位共阳极LED数码管动态扫描来完成温度显示。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，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。

一．引言

随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，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。

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，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，此电路是用AT89C52单片机器件，并利用DS18B20温度传感器和4位共阳极LED数码管动态扫描来完成温度显示。电路特点有体积小,灵敏度和精度高,很适应很多对精度要求较高的场合,完成对设备及场地的温度控制,能有效的提高工作人员对环境的变化的反应速度。

数显温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。

二．设计目的

系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案；

三．设计要求

1、基本测温范围：-50℃—110℃

2、精度误差小于0.5℃

3、LED数码直读显示

2 四．总体设计方案

1、设计思路

温度只要在所设定的上下温度界限内，就会在显示设备中精确的显示出来，如果温度超过了所设定的温度界限，就发出报警声。能够及时向温度监控人员发出温度超限信息。便于温控人员及时的调整与控制。另外此温度控制器操作简单，体积小，灵敏度高，精度高。

2、总体设计方框图：

图1 设计方框图

方框图（如上所示）所示为数字温度控制器的单体设计方框图。其工作原理为：当该电路上电工作以后，首先刷新显示（LED），然后，温度传感器采集温度送单片机检查温度的高低，由单片机送出信号经过驱动电路送往显示电路或报警电路。

数显温度计是一种电子产品，由感温元件来识别温度（如温度电阻，它会随温度变化，阻值也会变化），模数转换电路（把阻值变化转变成电信号），识别放大，驱动显示屏发光，显示出温度。

五．单元模块设计

1、AT89C52的简介

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。所以，我们选用51系列单片机AT89C52。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低功耗，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，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，因此，低价位AT89C52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。单片机AT89C52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。

主

控

制

器 LED显

示

温

度

传

感

器 单片机复位

时钟振荡 报警点按键调整

3

AT89C52单片机引脚图：

XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52

单片机芯片AT89C52为40引脚双列直插式封装。

2、复位电路的设计

单片机复位电路的设计如下图所示。该复位电路采用手动复位与上电复位相结合的方式。当按下按键时，VCC通过R2电阻给复位输入端口一个高电平，实现复位功能，即手动复位。上电复位就是VCC通过电阻R2和电容C构成回路，该回路是一个对电容C充电和放电的电路，所以复位端口得到一个周期性变化的电压值，并且有一定时间的电压值高于CPU复位电压，实现上电复位功能。

4 复位电路图：

3、晶振电路的设计

单片机晶振电路的设计如图4.3所示。XTAL1（X1）为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2(X2)是来自反向振荡器的输出。按照理论上AT89C52使用的是12MHz的晶振。

晶振电路图：

4、温度采集电路中DS18B20的简介与用法。

由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。

DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的”一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持”一线总线”接口的温度传感器。温度测

5 量范围为-55～+125 摄氏度，可编程为9位～12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

DS18B20 的性能特点如下：

▲ 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条总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；

▲ 适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；

▲ 测温范围-55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；

▲ 零待机功耗；

▲ 可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为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；

▲ 用户可定义报警设置；

▲ 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件；

▲ 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；

▲ 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作

以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图 4.4 所示。其中，DQ 为数据输入/输出引脚，也可用作开漏单总线接口引脚，当被用在寄生电源工作方式下，可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的电源引脚，当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图如下图所示：

其中引脚功能说明：

NC ：空引脚，悬空不使用；

VDD ：可选电源脚，电源电压范围3~5.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必

6 须接地。

DQ ：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。

GN ：为电源地

外部封装形式 传感器电路图

DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

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。

5、温度传感器与单片机的连接

XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U2AT89C5227.0DQ2VCC3GND1U3DS18B20

传感器与单片机的连接图

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数显温度测量器课程设计

数显温度测量器课程设计

数字电子技术基础课程设计

系 别 电气与电子工程系

专 业 电气工程及其自动化

题 目： 数显温度测量器

学 生 姓 名：

班号： 学号：

指 导 教 师：

时间：

指导教师评语：

成绩：

一、设计目的和要求 1、设计目的

本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。

2、设计要求

1.以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；

2.熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；

3.学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路CAD进行电路设计和印刷电路板的设计制作；

4.学习电子系统电路的安装调试技术；

5.拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。

二、设计指标

数显温度测量器

技术指标与要求：

1）温度测量范围：20~100℃。 2）以数字形式显示温度。

3）具有调零电路，为减少或消除外界干扰，电路应具有低通功能。

三、总体电路

分析

1）电路总体框图

2)总体设计方案讨论

数字式测温电路应具有下列基本功能：

1、 能把温度测量转换为成比例的模拟信号（电压或者电流）。

2、 能把模拟电信号变换为数字信号。

3、 最后通过数字电路直接显示出温度值。

四、各部分电路的组成和分析

（一）温度传感器及电压放大

温度传感器有多种类型，可根据测温范围和测温精度进行选择。根据设计要求的测量范围，可选用集成温度传感器，型号AD590。 温度传感器 电压放大 V/F转换 计数及寄存 译码及驱动电路 数码管显示

《数显温度计设计与制作》项目教学设计

《数显温度计设计与制作》项目教学设计

曼　墼垦塑一旦　堂：　：　

ｆ　ＸＩＡＮＧＭｔ，ｊ　ＪｌＡＯＸＵＥＳ｝捱　主持人：陶向东　

《数显温度计设计与制作》项目教学设计　

■吴建宁　

一、项目介绍　

数显温度计设计与制作项目是以单片机为核心器　

件，采用软硬件相结合的方法来实现对实时温度的数字　

化显示。数显温度计电路的种类非常多，既可以用专用　

集成电路实现，又可以用通用数字电路实现，还能用单　

片机来控制。　

通过数显温度计设计与制作项目教学来承载单片　

机向前通道中的Ａ／Ｄ转换电路控制的教学任务，同时巩　

固向后通道中的数码显示电路控制技术。这种以完成一　

个实用项目来实施教学的形式，能够让学生产生兴趣，　

并带着成功的渴望去学习知识和技能．有利于培养学生　

的分析能力、综合应用能力和团队合作的意识。　

数显温度计电路的设计与制作教学项目在五年制　

高职应用电子技术专业三年级《单片机应用技术》课程　

巾实施。项目所需教学时数共２２学时，包括任务布置和　

必要知识学习４学时．项目实施计划制定与交流４学　

时，项目实施１０学时．作品展示、评价与总结４学时。　

二、项目分析　

数显温度计教学项目是以学生完成一个单片机控　

制的数字显示温度计的设计和制作为目标的教学过程。　

在教学实施过程巾．学生在老师的指导下分工合作完成　

单片机控制的数显温度计电路的设计与制作。　实施本项目教学的教师应当具有现代职业教育理　

念和组织实施项目教学能力，掌握单片机电路的硬件电　

路设计和软件编程技术，具有模拟电路、数字电路的基　

本知识和技能以及通用集成电路应用能力，同时还应具　

有电路的产品意识、工艺意识和生产意识。　

实施本项目教学需要必备的软硬件条件支持，需要　

具有焊接、装配和调试条件的理实一体化教室，并配备　

高低压电源、编程器或在线编程设备等，同时，还需要有　

安装编译软件和仿真软件并能够上网的多媒体教室。　

本项目教学针对五年制高职应用电子技术专业三　

年级的学生，学生已经学习了电工技术、模拟电子技术、　数字电子技术、Ｃ语言程序设计基础、ＰＲＯＴＥＬ等课程．　

数字温度计

数字温度计

课程设计报告

数字温度计

专业班级

姓 名

时 间

指导教师

20013 年 12 月 29 日

2 1 设计要求

■基本范围-50℃-110℃

■精度误差小于0.5℃

■LED数码直读显示

2 扩展功能

■实现语音报数

■可以任意设定温度的上下限报警功能

3 数字温度计

应教022 李世朋

摘要：温度计是工农业生产及科学研究中最常用的测量仪表。随着时代的进步和发展，数字温度计得到了迅速的发展。数字温度计的优点是准确度高，不易误读，分辨率高，特别是在测量小的温度变化时比较准确。 数字温度计已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。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。

关键词：数字控制，温度计， DS18B20，AT89S51

1 引言

随着人们生活水平的不断提高,数字化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。

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，其输出温度采用数字显示。

2 总体设计方案

2.1数字温度计设计方案论证

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。

2.2方案二的总体设计框图

温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。

图1 总体设计方框图

数字温度计设计课程设计范本

数字温度计设计课程设计范本

数字温度计设计课程设计范本

设计题目：数字温度计设计

设计目的：通过设计数字温度计，学习数字电路设计基础知识，掌握数字温度计的设计方法和实现过程。

设计要求：

1. 温度测量范围：-40℃ ~ 120℃；

2. 温度分辨率：0.1℃；

3. 显示方式：7段LED数码管显示，至少显示4位数字，其中小数点占据一位；

4. 温度传感器：使用DS18B20数字温度传感器；

5. 显示方式：采用共阴极数码管，使用74HC595锁存器进行驱动，使用AT89C51单片机进行控制；

6. 设计过程：包括硬件设计和软件设计两个部分，其中硬件设计包括电路原理图设计和PCB板设计，软件设计包括单片机程序设计和烧录。

设计步骤：

1. 硬件设计

1）根据DS18B20数字温度传感器的特性，设计传感器电路，包括电源电路和传感器接口电路。

2）根据温度范围和分辨率要求，设计ADC电路，将传感器输出的模拟信号转换为数字信号。

3）设计数码管驱动电路，使用74HC595锁存器进行驱动。 4）设计单片机接口电路，将数字信号传输到单片机，实现温度数据的处理和显示。

5）根据硬件设计结果，绘制电路原理图和PCB板图。

2. 软件设计

1）根据硬件设计结果，编写单片机程序，实现温度数据的读取、处理和显示。

2）使用Keil C51软件进行编程和调试。

3）将程序烧录到单片机中。

4）进行系统测试和调试，确保数字温度计的正常工作。

设计结果：

1. 电路原理图和PCB板图。

2. 单片机程序。

3. 数字温度计实物。