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1、上传说明:1.此论文题目为基于单片机的数字温度计设计;2.以AT89S51芯片为核心,DS18B20为感温元件设计而成;3.功能:四位数码管显示温度、智能报警、可设置报警温度范围;4.此论文为本人参考多方面资料整理完善而成,其中或许有许多不足,需要亲自己参考其他资料加以确认;5.仅供参考,严禁抄袭;6.如出现抄袭而被查重,一切责任与本人无关!2013年6月15日基于单片机的数字温度计设计作者姓名:* 专业班级:* 指导教师:*摘要随着时代的进步和发展,人们对生活环境要求的不断提高,人们在生活的许多方面都有着对温度进行感知和控制的需要。传统温度计由于精度等各种原因,已经不能满足我们的需要。然而单
2、片机技术发展迅速,已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域,已经成为一种比较较成熟的技术。本文描述的是一种基于AT89S51单片机的数字温度计及报警系统,该系统采用DS18B20作为温度采集、监测元件,将采集到的信号送到单片机进行处理,判断是否报警,再将数据送到数码管显示出来,该设计可以设置温度计的报警上下限。文中介绍了集成温度传感器DS18B20的原理,AT89S51单片机的功能和应用,着重给出了软硬件系统的各部分电路。该系统具有功能强大、结构简单和体积小等优点。关键词:单片机、温度计、AT89S51、DS18B20The design of Microcontroller-based di
3、gital thermometerAbstract:With the era of progress and development, peoples living environment requires continuous improvement in many aspects of life that people have a right temperature sensing and control needs. Traditional thermometer to various reasons such as accuracy, can not meet our needs.
4、However, the rapid development of chip technology, has spread to the way we live, work and research in various fields, has become a relatively mature technology. This paper describes a AT89S51 microcontroller-based digital thermometer and alarm system, the system uses as the DS18B20 temperature acqu
5、isition, monitoring components, the collected signal to the microcontroller for processing, to determine whether the alarm, then the data sent to the digital display out that the design can set the thermometer alarm limit. This paper introduces the principle of integrated temperature sensor DS18B20,
6、 AT89S51 microcontroller features and applications, with emphasis given to each part of the circuit hardware and software systems. The system has a powerful, simple structure and small size, etc.Keywords: microcontroller, thermometer, AT89S51, DS18B2033目录第1章 前言11.1 研究意义及背景11.2 研究目的11.3 主要研究工作2第2章 系统
7、概述32.1 系统方案32.2 系统组成32.3 系统性能指标4第3章 系统硬件设计53.1 AT89S51单片机的介绍53.1.1 单片机的选择53.1.2 AT89S51单片机的功能结构63.2 数码管显示电路93.2.1 4位共阳数码管93.2.2 显示电路93.3 DS18B20温度传感器103.3.1 DS18B20简介103.3.2 DS18B20的结构及工作原理113.3.3 测温电路133.3.4 提高DS18B20测温精度的途径143.3.5 DS18B20的使用注意事项153.4 报警电路163.5 晶振及复位电路173.5.1 复位电路173.5.2 晶振电路183.6
8、系统工作原理19第4章 系统软件设计204.1 主程序设计204.2 DS18B20初始化214.3 报警模块流程22第五章 仿真及调试235.1 仿真235.2 实物调试24结论25致谢26参考文献27附录28第1章 前言1.1 研究意义及背景随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。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,
9、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,89S51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
10、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AT89S51单片机,测温传感器使用DS18B20,用数码管来实现温度显示,通过蜂鸣器和发光二极管实现报警。1.2 研究目的温度是科学技术中最基本的物理量之一,物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中,像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、食物储存等领域内,温度常常是表征对象和过程状态的重要参数之一。如发电厂锅炉的温度必须控制在一定范围内;许多化学反应的工艺过程必须在适当温度下才能正常进行;原油的提炼必须在一定温度和压力条件下才能得到汽油、柴油、煤油等不同产品。没有适当的温度
11、环境,许多电子设备就不能正常工作,食物储备对温度、湿度很是敏感。由此可见,温度的测量和控制具有多么重要的意义。虽然数字式温度计的应用已非常广泛,但随着科技的发展,温度传感器元件的不断更新换代,温度检测系统的结构、器件选择等方面任需要不断研究和创新。不同领域对温度测量精度、灵敏度等有着特殊的要求。本文主要目的为介绍一种使用方便、精度高、体积小、成本低廉的数字温度计系统设计。1.3 主要研究工作此次主要以AT89S51单片机为核心、以DS18B20为感温元件,设计制作一种使用方便、精度高、体积小、成本低廉的数字温度计系统设计。首先是对AT89S51单片机、DS18B20、数码管等元件结构、工作原理
12、及使用方法进行分析和掌握;在此基础上对温度计的是硬件电路的进行可行性研究并提出自己的设计思路完成硬件部分的设计;最后对为软部分进行设计与调试,由此对工作电路进行仿真、测试、修改完善整个系统,实现数字温度计的基本功能。第2章 系统概述2.1 系统方案数字温度传感器DS18B20输出信号全数字化,便于单片机处理及控制,省去传统测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理性、化学性很稳定,能用做工业测温元件。采用51单片机控制,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,硬件实现简单,体积小,安装方便。所以该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,
13、能够实现快速测量环境温度,并可根据需要设定上下限报警温度。2.2 系统组成本设计是以AT89S51单片机为核心的一种数字温度显示控制系统,系统整体硬件电路包括:采集模块、显示模块、设置模块和单片机最小系统模块四大模块组成。系统框图如:图2-1AT89S51单片机最小系统设置模块显示模块报警模块采集模块图2-1 系统框图下面简单介绍各模块的组成及主要功能:设置模块:因为不同环境对不同温度的需求,为使数字温度计能够针对不同温度环境,此次设计的数字温度计主要通过编写的程序和相应电路,对报警温度的上下限可进行人性化调整。采集模块:采集模块主要由DS18B20温度传感器构成。主要功能为对所处环境温度进行
14、采集,并把温度转换为数字信号传递交由单片机处理。显示模块:由一个4位共阳数码管、4个三极管、电阻等元件组成的显示电路。能实时显示温度数值,精确到小数点后2位数字。报警模块:主要由2只颜色不同的发光二极管及蜂鸣器组成。正常情况下,只亮绿灯,以示环境温度在需求范围内;当环境温度低于所设置的报警温度下限或高于上限时,绿灯熄灭、红灯亮起、蜂鸣器报警。单片机最小系统:为一块AT89S51芯片,对接收到的温度信号进行处理,此模块为整个系统组成的核心。2.3 系统性能指标1.数码管温度显示基本范围:0.0099.99。2.温度显示精度为:0.01。3.温度测量精度为:0.5(主要由DS18B20确定)。4.
15、默认报警温度上限为:35,下限为:5。5.可以设定报警温度的上、下限。第3章 系统硬件设计3.1 AT89S51单片机的介绍3.1.1 单片机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。AT89S51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。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,所以低价位AT89S51单片机可为提供许多高性价比的应用场合,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三节干电池供电。其主要特征如下:与MCS-51兼容