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信息学院单片机系统实验设计报告专业班级：课题名称：数字温度计设计姓名：学号：指导老师：完成日期：2012/6/15目录一、设计任务和性能指标.............................................11.1设计任务...................................................11.2性能指标...................................................1二、设计方案.......................................................1三、系统硬件设计...................................................33.1主控制器AT89C52............................................33.2温度采集装置DS18B20........................................43.3显示电路的设计.............................................73.4温度调节设置按键电路.......................................83.5复位电路...................................................83.6时钟电路...................................................83.7报警电路...................................................9四、系统软件设计..................................................104.1主程序设计................................................104.2温度检测装置设计..........................................114.3中断设定子程序设计........................................144.4报警模块设计..............................................15五、调试及性能分析................................................155.1调试步骤..................................................155.2性能分析..................................................16六、心得体会......................................................17参考文献..........................................................18附录1程序清单....................................................19附录2系统硬件电路图..............................................23附录3实物图…………………………………………………………………24附录4元器件清单…………………………………………………………………251一、设计任务和性能指标1.1设计任务设计以智能集成温度传感器DS18B20，89S52单片机为控制器构成数字温度测量装置，它与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示。要求用Protel画出系统的电路原理图（要求以最少组件，实现系统设计所要求的功能），印刷电路板（要求布局合理，线路清晰），绘出程序流程图，并给出程序清单（要求思路清晰，尽量简洁，主程序和子程序分开，使程序有较强的可读性）。1.2性能指标(1)实时显示环境温度值(2)通过按键可以设定报警温度的上下限值(3)当环境温度大于报警温度上限值，通过红灯闪烁和蜂鸣器报警；当环境温度小于报警温度下限值，通过绿灯闪烁和蜂鸣器报警。二.设计方案按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，电路系统构成框图如图1.1所示。方案采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测2温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。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，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信上传数据，另外AT89S52在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。该系统利用AT89S52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。图2.1DS18B20温度测温系统框图独立键盘输入DS18B20温度采集警示电路部分AT89S52单片机数码显示时间复位电路3显示模块采用采用了四位数码管，通过温度传感器和单片机交换数据，把当前环境下的温度数据适时传输给数码管。键盘采用线性连接，连接方式相对简单，使用查询法实现调整功能。三、系统硬件设计3.1单片机的选择采用AT89C52单片机为中心控制芯片。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的PEROM和256bytes的RAM以及通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52功能强大，可充分满足该控制器存储等各方面的需求。AT89C52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时器/计时器，一个6位向量级中断结构，一个全双工串通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至０Ｈｚ的静态逻辑操作，并支持两种软件的可选节电工作方式：空闲方式停止ＣＰＵ的工作，但允许RAM的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。图3.1AT89C52引脚图4AT89C52的参数了解：工作温度－55℃～＋125℃储藏温度－65℃～＋150℃任一引脚对地电压－1ｖ～＋7ｖ最高工作电压6.6ｖ直流输出电流15ｍＡ3.2温度采集装置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。5DS18B20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口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;●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11以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。6DS18B20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3-2所示，DQ为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。图3.2外部封装形式图图3.3所示图为引脚图图3.4DS18B20内部结构框图64位ROM单片机存储器和控制逻辑高速缓存温度传感器高温触发TH低温触发TL配置寄存器8位CRC发生器73.3显示电路的设计本设计显示电路采用四位七段共阳极数码管来显示测量得到的温度值。LED数码管能在低电压工作，而且体积小、重量轻、使用寿命长，因此本次设计选用此数码管作为显示器件。一个LED数码管只能显示一位的字符，如果字符位数不止一位，可以用几个数码管组成，但要控制多位的显示电路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要显示的字符是什么，控制电路应将字符的七段码通过输出口连接到LED的a~g的引脚，是某些段点亮，某些段处于熄灭状态。数码光显示电路分为动态显示和静态显示。动态显示又称为扫描显示方式，也就是在某一时刻只能让一个字位处于选通状态，其他字位一律断开，同时在字段线上发出该位要显示的字段码，这样在某一时刻某一位数码管就会被点亮，并显示出相应的字符。下一刻该改变所显示的字位和字段码，点亮另一个数码管，显示另一个字符。绕后一次扫描轮流点亮其他数码管，只要扫描速度快，利用人眼的视觉残留效应，会使人感觉到几位数码管都在稳定的显示。DS18B20采集的温度数据经单片机分析在该数码管上显示。图3.5四位七段共阳极数码管83.4温度调节设置按键电路通过四个外围按键与单片机AT89C52直接相连，用户可根据需要设置自己想要控制的正常范围内任意想要温度。图3.6温度调节设置按键图3.5复位电路进行复位工作是单片机进入工作的状态的初始化操作，是CPU和系统中的其它部件都处于一个确定初始状态，并从这个状态开始工作。另外当程序运行错误或由于错误操作而是单片机进入锁死状态的时侯。也可以通过复位操作进行的从新启动的操作。等到复位以后，单片机的计算机初始值被初始化。图3.7复位电路3.6时钟电路对于每个系统工程的时钟电路，都是用于单片机工作所需要的时钟信号，单片机只有在时钟信号的控制下，其各部件之间才能协调一致工作，时钟信号控制着计算机的工作节奏。9在单片机的TXAL1、TXAL12、之间跨