数字温度计毕业设计
华侨大学
厦门工学院
课题名称：数字显示温度计
设计时间：2012年12月系部：电子信息工程系班级：光电六班
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姓名：陈怡雅
指导老师：蔡庆森
一、设计任务目的
随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。本文采用单片机来实现对温度的控制。它的主要组成部分有：AT89S51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。通过测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，从而大幅提高了被控温度的技术指标。
二、设计要求
正常工作温度范围： 5℃~60℃
温度误差：<1℃
三、设计方案选取与论证
方案论证
方案比较，设计和论证
1温度传感器的选择
1.1 采用模拟集成温度传感器
集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。
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1.2 采用数字单片智能温度传感器
智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。智能温度传感器的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).可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。测量温度范围为 -55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内,精度为0.5℃。DS18B20的精度较差为±0.2℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。
由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用DS18B20。
2 显示器的选择
2.1 LED显示器
采用传统的七段数码LED显示器。LED虽然价格便宜，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。
2.2 LCD液晶屏
采用LCD液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED 显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。
虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用LCD 作为显示器。
3 单片机的选择
3.1 采用凌阳单片机
利用凌阳单片机有一定的好处凌阳的优势是硬件性能，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们没有系统的学习，这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上
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手，其价格也要比89S51昂贵一些，因此我们并没有将其作为首选。
3.2 采用AT89S51单片机
51的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。MCS51有极好兼容性所以用AT89S51。
原理框图
系统基本方框图
系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。
1. 主控制器
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。
2. 显示电路
显示电路采用LED液晶显示数码管，从P3口
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RXD,TXD串口输出段码。显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。Array
液晶显示接口电路
3. 温度传感器
温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20温度传感器。DS18B20输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，在0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度，采用单
总线的数据传输，可直接与计算机连接。
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用AT89C52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。
温度传感器接口
4、时钟振荡电路
本课题设计的时钟是采用时钟芯片DS1302，其接口原理图如下图9所示：
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时钟接口电路
单片机的基本结构 89C52单片机的介绍
89C52单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST 、Philip 、Atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的。
89C52有40个引脚，4个8位并行I/O 口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。89C52的存储器系统由4K 的程序存储器(掩膜ROM)，和128B 的数据存储器(RAM)组成。
89C52单片机的基本组成框图见下图。
P0P2
89C52单片机结构
由图4-1可见，8051单片机主要由以下几部分组成：
1. cpu系统
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8位cpu，含布尔处理器；
时钟电路；
总线控制逻辑。
2. 存储器系统
4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64KB）；
128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KB）；
特殊功能寄存器SFR。
3. I/O口和其他功能单元
4个并行I/O口；
2个16位定时计数器；
1个全双工异步串行口；
中断系统（5个中断源，2个优先级）。
4.1.1 89C52单片机主要特性
1. 一个8 位的微处理器(CPU)。
2. 片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。
3. 片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提
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高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。
4. 四个8 位并行I／O 接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。
5. 两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用
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以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。
6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。
7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。
8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。
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4.1.2 89C52单片机管脚图
89C52单片机管脚图部分引脚说明：
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1. 时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2：
XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。
要检查8051/8031 的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。
XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。
1.控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA：
RST/VPD(9 脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将＋5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。
ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。
平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。
ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。
此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。
PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROM／ROM 中的
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指
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令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。
EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V～21V)的输入端。
3. 输入/输出端口P0/P1/P2/P3：
P0口(P0.0～P0.7，39~32 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O 口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。
P1口(P1.0～P1.7，1~8 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。
P2口(P2.0～P2.7，21~28 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。
P3口(P3.0～P3.7，10~17 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：
P3.0：(RXD)串行数据接收。
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P3.1：(RXD)串行数据发送。
P3.2：(INT0#)外部中断0输入。
P3.3：(INT1#)外部中断1输入。
P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。
P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。
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。
四、制作及调试过程
将温度传感器与冰水混合物接触，经过充分搅拌达到热平衡后调节系统，使显示读数为0.00(标定0℃)；利用气压计读出当时当地的大气压强，并根据大气压强和当地重力加速度计算出当时的实际压强；根据沸点与压强的关系查出沸点温度。把温度传感器放入沸水中，待显示读数稳定后重新调节，使显示器显示读数等于当地当时沸点温度后工作结束。该温度计的量程为-50℃～150℃，读数精度为0.1℃，实际使用一般在0℃～100℃。采用0℃～50℃和50℃～100℃的精密水银温度计作检验标准，对设计的温度计进行测试，其结果表明能达到该精度要求。
五、结论
作为一名电子信息工程的大四学生，我觉得做单片机课程设计是很有意义的，而且也是必要的。在做这次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的实际资料是十分必要的，也是必不可少的。
其次，在这次课程设计中，我们运用了所学的专业课知识，如：汇编语言、模拟和数字电路知识等，自学了porters仿真。学了虽然过去我从未独立应用过他们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计
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的又一收获。
最后，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，这样为资料的保留和交流提供了方便；在设计中遇到的问题要记录，以免下次遇到同样的问题。
在这次的课程设计中，我真正的意识到，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当中，学习单片机更是如此，程序只有在经常写与读的过程中才能提高，这就是这次课程设计的最大收获。
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电子科技大学成都学院课程设计
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