畢業(yè)設計（論文）基于51單片機的數字溫度計設計

1、湖 北 某 某 大 學畢業(yè)論文（設計）基于51單片機的數字溫度計設計學生姓名： 學 號： 5201314 系 別： 專 業(yè)： 不知道的什么系 指導教師： 評閱教師： 論文答辯日期 答辯委員會主席 摘 要隨著科技的不斷發(fā)展，電子設備的應用已經取得了非凡的成就。即使是高度集成化的今天，單片機技術依舊在我們的日常生活中占據著重要的地位。溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領域最常用到的一個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。最常見到得測量溫度的工具是各種各樣的溫度計。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測量溫度。利用單片機和溫度傳感器構成的

2、電子式智能溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數字值，既簡單方便，有直觀準確。本文講敘了一種基于51系列單片機的數字溫度計的設計過程與仿真結果。通過proteus畫圖以及keil編程，成功的仿真出了能夠實時測量溫度并顯示溫度的數字溫度計，另外還能夠通過外接的鍵盤設置一個基準值，若溫度高于基準值則會報警并且發(fā)出控制動作。關鍵詞：單片機，溫度計，仿真，at89c52，ds18b20abstractwith the continuous development of science and technology，the application of electronic equipment has

3、made remarkable achievementseven the highly integrated single-chip technology today，still in our daily life plays an important role intemperature is the daily life， industry， medicine， environmental protection，chemical industry，petroleum and other areas of the most commonly used of a physical quanti

4、tytemperature measurement is the basic method used to directly read temperature thermometerthe most common to measuring the temperature of the tool is various thermometerthey often graduated form high and low temperature，people must read through the scale value number to measure temperatureusing sin

5、gle chip computer and a temperature sensorthe electronic type intelligent thermometer can measure temperature，the temperature of the digital values，are simple and convenient，is intuitive and accuratethis article tells of a microcontroller based on the series 51 digital thermometer's design proce

6、ss and simulation resultsthrough the proteus drawing and keil programming，a successful simulation of a real-time temperature measurement and display the temperature of the digital thermometer，also can pass through an external keyboard to set a baseline value，if the temperature is higher than the ref

7、erence value can alarm and send out the feedback actionkeywords：single-chip microcomputer，thermometer，simulation，at89c52，ds18b20ii目 錄摘 要iabstractii1 緒言11 課題背景112 課題研究的目的和意義113 國內外研究現狀22 系統(tǒng)設計方案的研究21 系統(tǒng)的控制特點與性能要求422 系統(tǒng)的實現原理423 系統(tǒng)的實現方案分析524 方案的分析比較63 系統(tǒng)的硬件設計31 元件選取832 主電路搭建1333 顯示電路1434 外圍電路建立154 系統(tǒng)的軟件

8、設計41 軟件keil介紹1742 程序介紹18421 傳感器程序18422 顯示器程序19423 鍵盤程序20424 主程序205 系統(tǒng)仿真及結果分析51 仿真軟件proteus介紹2251 什么是proteus仿真軟件2252 仿真結果226 總結與展望61 總結27611 硬件方面27612 軟件方面2762 展望28621 系統(tǒng)硬件28622 系統(tǒng)軟件28致 謝29參考文獻30附錄 程序33獨創(chuàng)性聲明441 緒言11 課題背景工農業(yè)生產中經常需要測量溫度。在設計溫度測量系統(tǒng)時，通常需要采用電池供電的極低功耗模塊。傳統(tǒng)的溫度測量手段比較多，但不論是采用分立晶體管，或者是熱電偶，功耗都降不

9、下來。為達到低功耗要求，采用一枚極低功耗的、帶flash存儲器的mcu，以及熱敏電阻傳感器、日歷時鐘和液晶模塊(lcd)組成測量系統(tǒng)。采用負溫度系數(ntc)熱敏電阻，具有測量靈敏度高、體積小，電阻值大、價格便宜等特點，且溫度范圍可以從-40125，精度可達1，基本上滿足了行業(yè)中對溫度的測量需求。系統(tǒng)兼顧了溫度測量精度和低功耗兩方面的要求。溫度控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛，但從國內生產的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產品主要以點位控制及常規(guī)的pid控制器為主，它們只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合

10、的智能化、自適應控制儀表，國內技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。隨著我國經濟的發(fā)展及加入wto，我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。12 課題研究的目的和意義溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領域最常用到的一個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。最常見到得測量溫度的工具是各種各樣的溫度計，例如：水銀玻璃溫度計，酒精溫度計，熱電偶或熱電阻溫度計等。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測量溫度。傳統(tǒng)的方式是采用熱電

11、偶或熱電阻1。利用單片機和溫度傳感器構成的電子式智能溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數字值，既簡單方便，有直觀準確。隨著社會的不斷發(fā)展，人們對自動化集成中調空的要求日益提高2。即使是高度集成化的今天，單片機技術依舊在我們的日常生活中占據著重要的地位?？萍疾粩喟l(fā)展，現代社會對各種信息參數的采集的準確度和精確度的要求都有了巨大的增長，然而如何準確卻又快速的獲取需要的闡述卻受限于當代信息基礎的發(fā)展水平。在三大信息技術中心急采集(傳感器技術)、信息傳遞(通信技術)和信息的處理技術(計算機技術)中，傳感器技術屬于信息技術的前沿尖端產品，尤其是溫度傳感技術，在我國各個領域已經引用的非常廣泛，可以說是滲

12、透到社會的每一個領域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產過程中需要實時測量溫度，農業(yè)生產中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。單片機又稱微控制器，各種單片機的內部結構基本上相似3,24-25。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數據采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計算器、家用電器等領域的應用日益廣泛，并且正在逐步取代現有的多片微機應用系統(tǒng)例如：單片機lpc2148目前在移動產品中有還是具有優(yōu)勢的4。單片機的潛力越來越

13、被人們所重視。特別是當前用cmos工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強，能滿足一些特殊要求的應用場合，更加擴大了單片機的應用范圍，也進一步促使單片機性能的發(fā)展。而現在的單片機在農業(yè)上頁有了很多的應用。13 國內外研究現狀單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：cpu、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（m

14、icrocontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機具有低的處理速度和存儲容量小的特點5。單片機由芯片內僅有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和cpu集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。intel的z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要

15、求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著intel i960系列特別是后來的arm系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經超過300mhz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦

16、和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的windows和linux操作系統(tǒng)。2 系統(tǒng)設計方案的研究21 系統(tǒng)的控制特點與性能要求該系統(tǒng)是通過cpu(51單片機)計算溫度值，通過比較當前溫度值與設定的溫度限制范圍的大小關系。如果超過溫度范圍之后，并且系統(tǒng)需要作出對應動作之后，單片機將會對對應的外圍電路發(fā)出動作信號。讓報警和控制支路對溫度進行報警和控制，從而提示人們或者直接作出應對動作。一般的系統(tǒng)都必須有幾個基本的性能要求穩(wěn)定性，抗干擾能力，精確度，分辨率等。對于家用溫度計的精確度要求并非太高，所以該系統(tǒng)并未要求有較高的精確度和分辨率，所以當前定義分辨率在01。為了方便用戶的使用，設定溫度

17、采用整數計數，設定值的最小該變量為1，足夠滿足精度的需求。本系統(tǒng)由單片機控制，通信信號為數字信號具有很強的穩(wěn)定性和抗干擾能力。22 系統(tǒng)的實現原理本系統(tǒng)是通過溫度測量元件與單片機通信，在單片機中計算出對應的溫度值進行控制。溫度測量元件能夠對溫度的變化產生對應的變化，例如：熱敏電阻能夠在溫度改變的時候電阻值會隨之改變，電阻值的大小與溫度值有一一對應的關系，所以通過測量電阻的大小就能夠得到當前的溫度值；溫度傳感器是一種集成度較高的溫度測量元件，它能夠根據當前溫度值產生出一串數字信號，不同的溫度值得到不同的數字信號，通過對該信號的譯碼能夠準確的獲取當前的溫度值。熱敏電阻工作時候將長期處于不動作狀態(tài)；

18、當環(huán)境溫度和電流處于c區(qū)時，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動作可能不動作。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時，動作時間隨著電流的增加而急速縮短；熱敏電阻在環(huán)境溫度相對較高時具有更短的動作時間和較小的維持電流及動作電流2,37。溫度傳感器和熱敏電阻工作原理相似，但是通過高度的集成化將測量元件輸出的模擬信號經過一系列的處理之后直接經過傳感器輸出轉換好的實際溫度。傳感器的輸出信號相對模擬信號也更加穩(wěn)定和直接，更便于我們獲取溫度。圖2.1 測量元件與溫度關系圖2.2 熱敏電阻溫度曲線23 系統(tǒng)的實現方案分析按照測量元件的特性和顯示元件的不同我們先指定3種不同的方案。方案1：利用熱敏電阻，單片機，數碼

19、管來完成基本電路的搭建。通過測量熱敏電阻兩端的電壓和電流，計算出熱敏電阻的電阻值。然后通過查找該電阻的溫度特性曲線，將熱敏電阻的電阻值以及對應的溫度值按照一定的方程或者直接通過數組的形式存儲到cpu的存儲區(qū)中。通過cpu帶入該電阻值進方程計算出當前溫度值，或者通過內部存儲器中的數組，對應表查找最接近的電阻值所對應的溫度值。通過這種方式來獲取溫度值，并且送入數碼管進行顯示輸出。圖2.3 方案1系統(tǒng)框圖方案2：利用溫度傳感器，單片機以及l(fā)cd液晶顯示屏來搭建基礎電路。通過查閱對應溫度傳感器的初始化程序和溫度獲取程序，以及對應的數字信號值與真實值之間的比例系數。然后通過單片機與溫度傳感器之間進行通信

20、，獲取溫度傳感器中的溫度信息，進行相應的數值處理，獲取對應的溫度值然后通過lcd液晶顯示屏將對應的溫度信息顯示出來。lcd液晶顯示屏的功能相對較為高級，不僅僅能夠顯示出溫度值，還能夠顯示出英文和漢字。通過屏幕的中文說明能夠直觀獲取各種溫度的信息，以及其他相關參數。方案3：同樣利用溫度傳感器，單片機作為主要元件，但是這里采用led8位數碼管進行顯示而不是lcd液晶顯示屏。相對上面方案，測量的原理完全相同，不同的僅僅是顯示單元。圖2.4 方案2和方案3系統(tǒng)框圖24 方案的分析比較方案比較：我們主要是從測量元件開始分析。分析測量元件的方面我們主要從兩個方面考慮電路復雜性和準確度。測量部分：方案1：電

21、路結構：利用熱敏電阻來測量溫度值需要測量熱敏電阻的電壓和電流從而計算出當前的電阻值，所以需要一定的外圍電路。不僅僅需要一個穩(wěn)定的電源，還需要將電阻連接到一個小回路中實時測量兩端的電壓和電流，結構相對較為復雜，耗資也相對較高。準確度：由于電壓和電流都需要我們測量，但是儀器并不是準確的，所以這里電壓和電流都會存在一定的誤差。當二者一起計算出電阻的時候，這個計算的電阻值的誤差較大。所以通過該電阻測量值獲取的當前溫度值也不是很準確，這樣精確度相對較低。然后由于獲取電壓和電流都是模擬信號，而模擬信號的抗干擾能力不強導致該系統(tǒng)的抗干擾能力也非常有限。方案2和方案3：電路結構：利用溫度傳感器ds18b20作

22、為測量元件，由于ds18b20的集成度很高導致該元器件需要的外圍電路相當簡單。并且ds18b20體積小，輸出方便也使得該方案更加節(jié)省空間資源，需要的元器件少更加經濟實惠。準確度：ds18b20是高封裝的傳感器件，能夠直接和單片機進行串口通信，獲取溫度值較為簡便。測溫范圍55+125，固有測溫分辨率05。通信信號為數字信號，抗干擾能力強。顯示部分：方案1和方案3：使用led8位數碼管顯示，顯示溫度值清晰直觀方便，可見度高，易于分辨。并且led數碼管有占用體積小，造價低等。方案2：使用lcd液晶屏顯示溫度，不僅僅能夠顯示溫度，還能夠顯示英文和漢字，能夠給使用者提供其他的信息。lcd的顯示也比較清晰

23、，雖然能夠顯示多方面的信息以及圖案，但是相對造價很貴，體積也較led大很多。結論：縱觀全局，我們這里選用方案3。方案3不僅僅能夠滿足系統(tǒng)的基本要求(主要是性能指標)，而且相對造價低。顯示系統(tǒng)不要求顯示中文，所以使用led足夠了。而且led顯示器在顯示方面比lcd更加清晰直觀便于分辨。3 系統(tǒng)的硬件設計31 元件選取顯示器件：led8位數碼管，led液晶屏12864由于本設計的需要，僅僅需要顯示溫度值，而且在顯示方面8為數碼管有著直觀清晰容易分辨的特性，并且綜合考慮8為數碼管價格便宜，體積小巧等優(yōu)點，所以當前選取led8為數碼管作為顯示器件。溫度測量單元：熱敏電阻，溫度傳感器溫度傳感器與傳統(tǒng)的測

24、溫儀器熱敏電阻比較起來有著眾多優(yōu)點，溫度傳感器讀取溫度方便，無需外圍電路，占用資源小，精度高速度快，方便與單片機通信，體積小，價格便宜等。而熱敏電阻相對較為遜色，所以本設計使用溫度傳感器(ds18b20)來進行仿真。核心51單片機：mcs-51系列單片機是美國intel公司在1980年推出的高性能8位微型計算機，較原來的mcs-48系列結構更為先進，功能增強，它包括51和52兩個字系列6。intel的8051單盤機系列是大家最為熟悉的8位單片機之一1,22-25,33。51單片機是對目前所有兼容intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是intel的8031單片機，后來隨著

25、flash rom技術的發(fā)展，8031單片機取得了長足的進展，成為目前應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是atmel公司的at89系列，它廣泛應用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內將占有大量市場。51單片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機一般不具備自編程能力。目前常用的51產品系列有：*intel的：80c31、80c51、87c51，80c32、80c52、87c52等；*atmel的：89c51、89c52、89c2051等；*philips、華邦、dallas、siemens(infin

26、eon)等公司的許多產品；圖3.1 單片機引腳引腳信息：1-8 p10-p17：p1口的8個引腳。可作為準雙向輸入/輸出接口。對于52系列，p10可以作為定時器/計數器2的計數脈沖輸入端t2，p11可以用作定時器/計數器2的外部控制段t2ex。9 rst：復位引腳10-17 p30-p37：p3的8個引腳。除作為準雙向i/o接口，還具有第二功能。p30 串行輸入p31 串行輸出p32 外部中斷0輸入端p33 外部中斷1輸入端p34 計時器/計數器t0脈沖輸入端p35 計時器/計數器t1脈沖輸入端p36 片外數據存儲器寫選通信號輸出端p37 片外數據存儲器讀選通信號輸出端18 xtal1 片內反

27、向放大器輸入端。19 xtal2 片內反相放大器輸出端。20 gnd：5v電壓接地端。21-28 p20-p27：p2口的8個引腳。一般可以作為準雙向io接口；在接有片外存儲器或者擴展io接口且尋址范圍超過256字節(jié)時，p2口可以用作8位地址總線。29 片外程序存儲器讀選通信號輸出端，或稱片外取指信號輸出端。在向片外程序存儲器讀取指令或者常數期間，每個機器周期該信號有2次有效低電平，以通過數據總線p0口讀回指令或常數。30 ale 地址所存有效信號輸出端。在訪問片外程序存儲器期間，沒機器周期該信號出現2次，其下降沿用于控制鎖存p0口輸出的低8位地址。31 /vdd 片外存儲器選用端。該引腳有效

28、(低電平)時只選用片外程序存儲器，否則計算機上電或復位后先選用片內程序存儲器。32-39 p00-p07：p0口的8個引腳。在不接片外存儲器與不擴展i/o接口時，可作為準雙向輸入/輸出接口。在接有片外存儲器或擴展i/o接口時，p0后分時復用為第八位地址總線和雙向數據總線。40 vcc：5v電源正端口。溫度傳感器ds18b20：隨著計算機的廣泛應用，通信技術和傳感技術飛躍發(fā)展7。ds18b20是美國dallas公司生產的單線數值溫度傳感器芯片，具有結構簡單、體積小、功耗小、抗干擾能力強、使用簡單等優(yōu)點8,15。ds18b20數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵

29、吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有l(wèi)tm8877，ltm8874等等9,18,30-35。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的ds18b20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合2,17-20。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。技術性能描述：1獨特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與ds18b20的雙向通訊。2測溫范圍55+125，固有測溫分辨率05。3支持多點組網功能，多個ds18b20可以并聯在唯一的三線上，最多只

30、能并聯8個，實現多點測溫，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩(wěn)定。4工作電源：35v/dc5在使用中不需要任何外圍元件6測量結果以912位數字量方式串行傳送7不銹鋼保護管直徑68適用于dn1525，dn40dn250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫9標準安裝螺紋m10x1，m12x15，g1/2任選pvc電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其它電器設備連接。特點 獨特的一線接口，只需要一條口線通信 多點能力，簡化了分布式溫度傳感應用 無需外部元件可用數據總線供電，電壓范圍為30v至55v無需備用電源測量溫度范圍為-55至+125。華氏相當于是-67°f到2

31、57華氏度-10度至+85度范圍內精度為±05。ds18b20溫度傳感器的北部喘粗氣包括一個告訴咱村的ram和一個非易失性的可電擦除的e2pam9,12-13。溫度傳感器可編程的分辨率為912位 溫度轉換為12位數字格式最大值為750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報警設置應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)。描述該ds18b20的數字溫度計提供9至12位（可編程設備溫度讀數）。信息被發(fā)送從ds18b20通過1線接口，所以cpu與ds18b20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉換可以從數據線本身獲得能量，不需要外接電源。 因為每一個ds18b20的包

32、含一個獨特的序號，多個ds18b20可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調環(huán)境控制，感測建筑物內溫設備或機器，并進行過程監(jiān)測和控制。圖3.2 ds18b20其他部件：顯示部件：顯示部件選取的led8位數碼管，簡單方便，顯示清晰直觀，體積小，價格便宜等眾多優(yōu)點。驅動led使用的是移位寄存器74hc164。74hc164：8位串入、并出移位寄存器。74hc164、74hct164 是高速硅門cmos器件，與低功耗肖特基型ttl (lsttl) 器件的引腳兼容。74hc164、74hct164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出。

33、數據通過兩個輸入端（dsa 或 dsb）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數據輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 時鐘(cp)每次由低變高時，數據右移一位，輸入到q0，q0是兩個數據輸入端（dsa和dsb）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。主復位 (mr) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。圖3.3 74hc164如上圖所示：端口1，2 是輸入端口端口8 時鐘輸入端口9 電源端右側端口為輸出端口32 主電路搭建主電路主要是：測量電路以及單片機最小系統(tǒng)

34、測量電路：由于每片ds18b20含有唯一的硅串行通信口11。加上溫度傳感器ds18b20的高集成度，導致測量電路非常簡單。僅需要用單口與單片機通信即可。圖3.4 測量電路單片機最小系統(tǒng)：單片機最小系統(tǒng)主要包括3個主要部分，復位電路，電源電路以及時鐘電路。圖3.5 晶振電路圖3.6 復位電路33 顯示電路顯示電路：顯示電路用8位數碼管來顯示，由于溫度的家用測量精度不需要太高所以用4只8位數碼管顯示。但是通過單片機串口驅動一只數碼管太浪費單片機端口資源，為此需要節(jié)約單片機的端口資源，本次設計用移位寄存器74hc164進行控制顯示。圖3.7 顯示電路34 外圍電路建立本次設計相對較為簡單，為了讓設計

35、獲得更多功能，這里添加了外圍的鍵盤以及報警和控制電路。外接鍵盤：如下圖連線，接入的外接鍵盤。從上至下的5個按鈕作用分別為：按鈕1 設定按鍵，點擊之后能夠設定一個基準值，若溫度高于該值將可能引起報警電路和控制電路的反應。再次點擊之后會保存設定值。按鈕2、3 選位按鈕，能夠左右選擇當前修改值的位置，即個位、十位或者報警開啟/關閉。按鈕4、5 修改按鈕，能夠對選取的位置的值進行修改，分別+1或者-1進行改變設定溫度值。使用說明：正常情況數碼管顯示溫度值，按下按鈕1此時顯示為報警設定，閃爍位為當前修改位。按鈕2、3能夠移動閃爍位改變修改數值的位置。按鈕4、5能夠修改閃爍位的值的大小來設定報警溫度值。(

36、注意：需要注意的是設定溫度為2位數即00-99度之間，并且設定值前面還有一位改位為報警啟動位，若值為1表示開啟報警，0表示關閉報警。)圖3.8 設置溫度如上圖：第一位是報警啟動位：0關閉報警系統(tǒng)，1開啟。最后2位為溫度設定位：用于設定一個報警溫度值（當前選取的為個位，所以個位在閃爍）。圖3.9 外接鍵盤4 系統(tǒng)的軟件設計41 軟件keil介紹編程使用的軟件是keil，編程使用c語言。keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、

37、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分組合在一起。運行keil軟件需要win98、nt、win2000、winxp等操作系統(tǒng)26,28-29。如果你使用c語言編程，那么keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用c語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。1系統(tǒng)概述keil c51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到keil c51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容

38、易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹keil c51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。2keil c51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構c51工具包的整體結構，uvision與ishell分別是c51 for windows和for dos的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用ide本身或其它編輯器編輯c或匯編源文件。然后分別由c51及c51編譯器編譯生成目標文件(obj)。目標文件可由lib51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經l51連接定位生成絕對目標文件(abs)。abs文件由oh51轉換成標準的hex文件，以供調試器ds

39、cope51或tscope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如eprom中。使用獨立的keil仿真器時，注意事項：*仿真器標配110592mhz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。*仿真器上的復位按鈕只復位仿真芯片，不復位目標系統(tǒng)。*仿真芯片的31腳（/ea）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內rom，不能使用片外rom；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴展有外部rom（其cpu的/ea引腳接至低電平）的目標系統(tǒng)中使用。42 程序介紹此程序是利用c語言編寫，keil生成的he

40、x文件。程序分多個部分：主程序，延時子程序，ds18b20初始化程序，讀取溫度子程序，寫溫度子程序，顯示子程序等。ds18b20初始化程序：初始化溫度傳感器ds18b20。讀取溫度子程序：控制溫度傳感器ds18b20獲取ds18b20測量的溫度值。寫溫度子程序：讀出的溫度寫入ds18b20內帶的寄存器中以便獲取溫度值。顯示子程序：控制顯示電路在8位數碼管上顯示出對應數值。延時子函數：進行延時等待一段時間。程序功能：能夠實時獲取溫度傳感器ds18b20測量的溫度值，以十進制的形式進行顯示。同時外圍按鍵能夠設定一個溫度值以及報警開關狀態(tài)來進行報警設定，例如：報警開關關閉時，無論溫度為多少都不會引起

41、報警反應；報警開關開啟時，若當前溫度高于設定溫度則蜂鳴器會發(fā)出報警聲音，同時外圍的mos管會導通控制電路進行動作。421 傳感器程序傳感器程序是對溫度傳感器ds18b20進行初始化操作，讀操作以及寫操作的程序。是讀取當前溫度值必須的程序，通過該程序能夠通過ds18b20和單片機通信將當前的溫度信息傳遞給單片機。圖4.1 傳感器程序流程圖422 顯示器程序顯示器程序是通過單片機內部計算，將當前讀出的溫度值顯示在顯示器件上的函數?；竟δ馨ㄇ宄聊簧系娜啃畔?、顯示特定信息。其主要工作原理如圖42。圖4.2 顯示器程序流程圖423 鍵盤程序鍵盤程序主要是檢測鍵盤的按鍵信息，并且控制給單片機。通過

42、鍵盤的動作情況(電平的跳變)以及動作單元的位置而做出相對應的動作。圖4.3 鍵盤程序流程圖424 主程序主程序主要是分為4大部分：獲取溫度，顯示溫度，鍵盤輸入以及報警控制。通過之前的傳感器程序獲取傳感器ds18b20測量的當前溫度數值，并且通過顯示器程序顯示當前溫度值。通過鍵盤輸入程序獲取鍵盤動作情況并且對相應部件做出相對的動作，當判斷設定值與當前值之間的大小關系之后判斷是否給予動作系統(tǒng)做出對應的動作。圖4.4 主程序流程圖5 系統(tǒng)仿真及結果分析51 仿真軟件proteus介紹51 什么是proteus仿真軟件proteus是一款電路分析與實物仿真軟件，運行于windows操作系統(tǒng)上，具有實驗

43、資源豐富、試驗周期短、硬件投入少、實驗過程損耗小、與實際設計潔凈程度大等優(yōu)點10,27-29。該軟件是lab center electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括isis、ares等軟件模塊，ares模塊主要用來完成pcb的設計，而isis模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。proteus的軟件仿真基于vsm技術，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如mcs-51系列、pic系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、led、lcd等等。通過proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。52 仿真結果電路開始運

44、行：打開仿真文件，電機運行按鈕之后，電路開始運行，經過短暫初始化后，數碼管開始發(fā)光。觀察溫度傳感器當前測量的溫度值發(fā)現，數碼管當前能夠正常顯示當前溫度傳感器獲取的溫度值(默認設定報警溫度為27，當前溫度255，報警支路無動作)。從下圖可發(fā)現當前溫度傳感器測量的溫度為25.5，而數碼管顯示值為25.5，正好是傳感器測量的溫度值，說明顯示溫度程序無錯誤，系統(tǒng)能夠按照預期的結果正確的運行。而且可以觀察電路圖上的電平可以發(fā)現，當前揚聲器、電動機以及220v燈泡都未導通?？刂苹芈窙]有工作，因為設定值為27>25.5，所以控制回路不會做出任何動作。圖5.1 總電路圖當前溫度值：圖5.2 當前溫度顯示

45、數值：圖5.3 顯示值報警系統(tǒng)工作情況：通過仿真此時蜂鳴器不發(fā)聲，電動機也不會轉動。當我們按下外接鍵盤按鈕時候可以發(fā)現顯示器發(fā)生變化(此處我們按下了按鈕1)。通過按鍵讓當前數值閃爍則說明進入了設定界面，設定界面可以讓你設定當前溫度值以便于報警需要。圖5.4(a)和圖5.4(b)為閃爍期間的2張連續(xù)的截圖，圖a為末位閃爍完畢瞬間截圖，b為末位閃爍瞬間的截圖。當按下按鈕1顯示出來的為當前的報警溫度設定值：圖5.4(a) 當前設定值圖5.4(b) 當前設定值(閃爍中)按下按鈕5后閃爍位(當前為最末位)被修改大?。簣D5.5 按下按鈕5后的顯示按下按鈕3后，閃爍位改變位置(當前圖片圖5.6顯示的為閃爍位

46、從上圖的最末尾修改為了第一位，此時第一位處于閃爍狀態(tài))從而能夠設定其他的值：圖5.6 按下按鈕3以后的顯示上圖顯示為閃爍位移動到首位(報警控制位) 。按照圖5.7修改報警的溫度為16攝氏度即當溫度超過16設置度相應的報警電路會動作。圖5.7 修改完畢保存修改。由于當前溫度為255度高于設定值（16度），并且報警控制位為1（開啟），可由仿真看到，電機開始轉動并且伴隨著嗶嗶聲的報警。圖5.8 電機開始轉動圖5.8是直流電機接通并運行的截圖。 圖5.9 報警動作圖5.9為單片機動過驅動三極管來導通使得揚聲器工作的電路圖。從圖中可以發(fā)現mos管和三極管的觸發(fā)端口電平發(fā)生變化，開始動作。仿真結束，仿真結

47、果很理想，該仿真電路能夠實現預期功能。=版權由潘某某(030840635)提供=6 總結與展望61 總結本次設計主要是通過at89c52單片機為核心設計的一款多功能數字溫度計，該溫度計不僅能夠實時測量溫度值顯示出來還能夠設定一個溫度上限進行監(jiān)控，若溫度高于設定值動作支路將作出相應動作。611 硬件方面本設計采用的是以atmel公司生產的ats89c52單片機為核心的數字溫度計，包含了利用溫度傳感器ds18b20的測量電路、外接鍵盤、光電耦合電路驅動、繼電器驅動電路。以ds18b20為主要測量元件進行實時監(jiān)控溫度值。以4個8位數碼管為顯示器件，利用單片機的單引腳控制移位鎖存器74hc164記錄并

48、控制8位數碼管的顯示。動作電路利用多種形式進行動作和隔離。報警電路利用三極管放大作用驅動報警器報警；電動機利用光電耦合電路進行光隔離和光控制它的動作；而電燈泡則是通過繼電器進行控制和電磁隔離。612 軟件方面本次設計利用c語言設計了溫度的讀、寫程序，并利用程序實時對顯示電路進行更新操作。本次設計編寫了外接鍵盤的動作程序，能夠感應外接鍵盤的動作情況對系統(tǒng)做出一系列相應的調整和動作。系統(tǒng)包含了通過外接鍵盤設定一個基準值的程序，能夠比較基準值并通過比較之后的結果對外圍電路產生相應的控制。62 展望621 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件使用51單片機以及一些外圍電路，其中51單片機的外圍接口資源占用較少，有明顯的資

49、源浪費現象，還需要進行進一步的改進以及功能的提升和拓展。3個控制支路分別占用單片機3個獨立端口，可以適當考慮合并處理來節(jié)約單片機的接口以及將電路和程序進行一步簡單化。622 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)在單片機初始化之后控制端口還有短暫的誤動作情況；顯示電路顯示的溫度值并非持續(xù)穩(wěn)定，短時間出現閃爍現象；外接鍵盤按鈕按下的瞬間無法立即判斷電平變化并作出相應動作；溫度的測量與顯示范圍有限并且精度不是非常高。在此需要對系統(tǒng)程序進行調整，還有待進一步的優(yōu)化和改進。致 謝從開始著手論文到至今為止已經經過了將近半年的時間了，回首當年時間過得如此之快。雖然這半年間遇到了無數的困難和問題，但是在這期間我也受到了老師和同學們的

50、各種幫助，正因如此我才能夠度過那些艱難險阻。我尤其要感謝我的指導老師孫玲姣老師，是她每個星期對我們的輔導和勤勤懇懇的為我們修改論文和設計方案，我才能夠完成我的畢業(yè)設計。另外，在學校圖書館查找資料的時候，圖書管理員也給我提供了多方面的支持與幫助。在此向幫助我的老師和同學表示衷心的感謝。由于我的學術水平有限，所寫的論文也會出現很多不足，懇請各位老師和同學給予批評和指正。參考文獻1 張開生，郭國法mcs-51單片機溫度控制系統(tǒng)的設計j微計算機信息，2005，21(7)：68-692 林德彬，胡學駿，余淑芳等數字化遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)j佛山科學技術學院學報(自然科學版)，2006，24(3)：26-273

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