数字温度计

郑州科技学院《单片机》课程设计题目数字温度计学生姓名专业班级电气工程及其自动化学号院（系）电气工程指导教师杨瑞完成时间2015年11月6日目录1设计的背景及意义..............................................................................................................12课程设计概要......................................................................................................................32.1课程设计构思............................32.2预计可实现功能...........................33开发具PROTEUS与KEIL介绍.....................................................................................33.1PROTEUS软件简介..........................33.2KEIL软件.................................74方案的选择及系统大致原理介绍......................................................................................84.1方案的选择..............................94.2系统的大致原理..........................105主要原件介绍....................................................................................................................105.180C51芯片特性..........................105.2DS18B20测温原件介绍....................115.3数码管.................................126.数据测试...........................................................................................................................137.实验总结...........................................................................................................................14参考文献................................................................................................................................15附录1：仿真原理图.............................................................................................................16附录2：实物图.....................................................................................................................17附录3：元器件清单.............................................................................................................1811设计的背景及意义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是不可否定的，各种数字系统的应用也使人们的生活更加舒适。数字化控制、智能控制为现代人的工作、生活、科研等方面带来方便。其中数字温度计就是一个典型的例子.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、测温精确、功能多样话等优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用STC89C52单片机作控制器，数字温度传感DS18B20测量温度，单片机接受传感器输出，经处理LED数码管实现温度值显示。由于温度计的应用很广，所以温度计的设计也不完全一样。以前一般采用热电偶、玻璃液体温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电阻和非接触式温度计等进行温度测量。其中热电偶的温度测量范围较宽，它无需使用驱动电源即可直接产生电压（温差电势）信号，该信号既可用直流测量仪器（如电位差计、数字电压表、毫伏计等）读取，以通过热电偶由于温度计的应用很广，所以温度计的设计也不完全一样。以前一般采用热电偶、玻璃液体温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电阻和非接触式温度计等进行温度测量。其中热电偶的温度测量范围较宽，它无需使用驱动电源即可直接产生电压（温差电势）信号，该信号既可用直流测量仪器（如电位差计、数字电压表、毫伏计等）读取，以通过热电偶温度特性分度表查出对应的温度；也可以用线性校正电路将小信号电压放大后，通过显示仪表的刻度读数。在某些输油、输气管道应用中，往往要求对温度进行长时间监测，且要求能够快速准确地读数。此时，上述各类温度计则难以胜任。而如果将热电偶产生的热电动势转换成数字信号后由单片机进行数据处理，并通过液晶来显示其温度结果，这种方法反应迅速，测量精度高，功耗2小，显示直观。因此，由热电偶、模数转换电路、单片机和液晶模块组成的数字式低功耗高精度出对应的温度；也可以用线性校正电路将小信号电压放大后，通过显示仪表的刻度读数。在某些输油、输气管道应用中，往往要求对温度进行长时间监测，且要求能够快速准确地读数。此时，上述各类温度计则难以胜任。而如果将热电偶产生的热电动势转换成数字信号后由单片机进行数据处理，并通过液晶来显示其温度结果，这种方法反应迅速，测量精度高，功耗小，显示直观。因此，由热电偶、模数转换电路、单片机和液晶模块组成的数字式低功耗高精度。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。而现在的单片机在农业上页有了很多的应用。温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，有直观准确。32课程设计概要2.1课程设计构思利用单片机和数字温度传感器，实现一个能精确测量并显示温度的实际应用系统，为低成本的数字温度测量系统设计提出一种新的解决方案。并需说明设计方案的构思依据、设计思路、系统原理、设计过程及系统工作流程图，巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力.培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力.通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。2.2预计可实现功能本课题的研究重点是设计一种基于单片机的数字温度计控制系统。利用数字温度传感器DS18B20，此传感器课读取被测量温度值，进行转换。预计工作能力如下：温度测试基本范围零下四十五到零上一百二十五度。可以设定温度的上下限报警功能。现报警提示。3开发具Proteus与keil介绍3.1Proteus软件简介4Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、各种单片机(51系列、AVR、PIG等常用的MCU)及其外围电路(如LCD、RAM、ROM、键盘、LED、A/D、D/A)组成的系统仿真。提供了多种虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，调试非常方便。提供软件调试功能，同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil等软件。具有强大的原理图绘制功能。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验。从某种意义上讲，是弥补了．实验和工程应用阉脱节的矛盾和现象。同时，当硬件调试成功后，利用ProteusARES软件，很容易获得其PCB5图，为今后的制造提供了方便。智能原理图设计（ISIS）丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间，支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰。可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。完善的混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真。超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，该公司也在发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频、数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入。丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等。生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色