1、-. z物理與電子工程學院數字溫度計設計課程設計報告書設計題目： 數字溫度計設計 摘 要隨著科技的進步和社會的開展，人們越來越重視產品的溫度因素，許多產品對溫度圍要求嚴格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測裝置大都是單點測量，同時有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業控制者根據溫度變化及時做出決定。在這樣的形式下，開發一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測量系統就很有必要。本次課程設計將介紹一種基于單片機控制的數字溫度計，此溫度計屬于多功能溫度計，用LED數碼管直讀顯示溫度，并且可以設置上下報警溫度，當溫度不在設置圍時，可以報警。研究具有一定的測量圍并能

2、夠通過LED顯示出來溫度的溫度計。關鍵詞：單片機，數字控制，溫度計目 錄引言 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc2188660971 方案設計1.1設計的容及要求12方案辯證HYPERLINK l _Toc2188661042 系統的硬件設計HYPERLINK l _Toc2188661052.1 校正網絡設計HYPERLINK l _Toc2188661062.2 校正后系統仿真HYPERLINK l _Toc2188661073 校正前后性能比擬HYPERLINK l _Toc2188661083.1 頻域分析HYPERLINK l _Toc218866109

3、3.2 時域分析HYPERLINK l _Toc2188661104 總結及體會HYPERLINK l _Toc218866111參考文獻一級標題用小三號宋體。二、三級標題用四號宋體引 言現代社會對各種信息參數的準確度和準確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數就需要受制于現代信息根底的開展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術)、信息傳輸(通信技術)和信息處理(計算機技術)中，傳感器屬于信息技術的前沿尖端產品，尤其是溫度傳感器技術，在我國各領域已經引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領域，人民的生活與環境的溫度息息相關，在工業生產過程中需要實時測量溫度，在農業生產

4、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。測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的開展經歷了三個開展階段：傳統的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感器(亦稱數字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的，它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶，特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的構造特征及控制方法，并對以此傳感器，89S51單片機為控制器構成的數字溫度測量裝置的工作原理及程序設計作了詳細的介紹。與傳統的溫度計相比，其具有讀數方便，測溫圍廣，測

5、溫準確，輸出溫度采用數字顯示，主要用于對測溫要求比擬準確的場所，或科研實驗室使用。該設計控制器使用ATMEL公司的AT89S51單片機，測溫傳感器使用DALLAS公司DS18B20，用3位共陽極LED數碼管以串口傳送數據,實現溫度顯示。1 方案設計1.1設計的容及要求 1、測溫圍為30120，精度為0.5； 2、LED數碼管直讀顯示，當溫度為負則最高位顯示號，最低位顯示單位C； 3、當溫度不在測量圍120時，蜂鳴器報警且發光二極管 閃爍。設計中采用AT89S52單片機P3 .5口控制溫度傳感器DS18B20的溫度測量，以四位數碼感形式輸出測量溫度，原理圖如下列圖1、圖2所示：圖1 DS18B2

6、0與單片機接口原理 圖2總體設計方框圖12方案辯證1、溫度計軟件設計流程圖： 設置堆棧指針將溫度轉換為BCD碼發讀存儲器命令讀溫度數據復位DS18B20發跳過ROM命令顯示緩沖區初始化更新數據緩沖區延時發溫度轉換命令復位DS18B20發跳過ROM命令開場2、元器件的選取：單片機芯片的選取：方案一.采用89C51芯片作為硬件核心，利用Flash ROM，部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術, 當在對電路進展調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，對芯片的屢次拔插會對芯片造

7、成一定的損壞。方案二:采用AT89C51單片機與MCS-51系列單片機相比有兩大優勢：第一，片程序存儲器采用閃存，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路的體積更小，且管腳數目為20個，與MCS-51相比減少一倍，使理解更容易。綜上所述：本課設中單片機芯片采用AT89C51。 溫度傳感器的選取： 方案一：采用熱敏電阻傳感器。利用熱敏電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉換為能量的變化，進而制成溫度計。但是其測溫傳感器比擬復雜，而且不易通過編制程序來控制測溫精度，增大系統設計的難度。 方案二： 采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20的部3腳或8腳封裝；使用特

8、有的溫度測量技術，將被測溫度轉換成數值信號；3.05.5V的電源供電方式和寄生電源供電方式；ROM由64位二進制數字組成，共分為8個字節；RAM由9個字節的高速暫存器和非易失性電擦寫ROM組成。綜上所述：溫度傳感器選取智能測溫器件DS18B20。本設計顯示電路采用1602液晶顯示模塊芯片。3系統最終設計方案：綜上各方案所述,對此次課設的方案選定: 采用AT89C51作為主控制系統; 1602液晶顯示模塊芯片作為溫度數據顯示裝置;而智能溫度傳感器DS18B20器件作為測溫電路主要組成局部。至此，系統最終方案確定。2 系統的硬件設計2.1硬件電路框圖： 單片機芯片AT89C51復位電路晶振控制16

9、02 顯示器溫度檢測電路DS18B20報警溫度調整鍵蜂鳴器，指示燈圖總體設計方框圖2.2硬件電路概述：系統由單片機最小系統、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。本電路是由AT89C2051單片機為控制核心，具有與MCS-51系列單片機完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節可編程閃存，工作電壓圍為2.76V，全靜態工作頻率為024MHZ；顯示電路由1602液晶顯示模塊芯片，可以進展多行顯示；溫度報警按鍵設為五個，可以顯示華氏溫度，調節上下報警溫度；溫度傳感器電路主要由DS18B20測溫器件構成，該器件主要功能有：采用單總線技術；每只DS18B20具有一個獨立的不可修改的64位序列號；低壓供電，電源

10、圍為35V；測溫圍為-20+125，誤差為0.5；復位電路是10K電阻構成的上電自動復位。2.3主控電路單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統可用二節電池供電。晶振采用12MHZ。復位電路采用上電加自動復位。主控芯片AT89C51 晶振電路 復位電路2.4顯示電路本設計顯示電路采用1602液晶顯示模塊芯片，該芯片可現實16*2個字符，比以前的七段數碼管LED顯示器在顯示字符的數量上要多得多。另外，由于1602芯片編程比擬簡單，界面直觀，因此更加易于使用者的操作和觀測。1602A芯片的接口信號說明如下表

11、：1602A芯片的接口信號說明圖 液晶顯示電路25報警溫度調節電路本系統一共設置了五個按鍵，k1鍵只是顯示華氏溫度，k4鍵按下不松開顯示上下報警溫度，松開后恢復顯示正常溫度，k2鍵和k3鍵是分別用來調節上下報警溫度，k鍵控制調節時的上調或下調。具體調節如將高溫報警溫度調高，第一步將k4鍵按下不松，k鍵升起位置，調節k2鍵，則高溫報警溫度向上增加，反之亦然。低溫報警同理。圖 報警點調節電路2.6溫度傳感器及DS18B20測溫原理DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改良型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的

12、編程實現9-12位的數字值讀數方式。DS18B20的性能特點如下：1獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進展通信，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。2DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網測溫；3無須外部器件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路；4可通過數據線供電，電壓圍為3.0-5.5；5零待機功耗；6溫度以9或12位數字，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現高精度測溫；7用戶可定義報警設置；8報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度溫度報警

13、條件的器件；9負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作；10測量結果直接輸出數字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其引腳排列及部構造框圖如圖及測溫原理圖如下所示：圖 引腳排列圖 部構造框圖預置斜率累加器比擬低溫度系數振蕩器計數器1溫度存放器T*預置=0高溫度系數振蕩器-0計數器2T1加1停頓T2圖 DS18B20測溫原理圖64位ROM的構造開場8位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20

14、可以采用一線進展通信的原因。溫度報警觸發器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的構造為8字節的存儲器，構造如圖4所示。頭2個字節包含測得的溫度信息，第3和第4字節TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第5個字節，為配置存放器，它的容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。DS18B20工作時存放器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。該字節各位的定義如圖5所示。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為0，用

15、戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。溫度 LSB溫度 MSBTH用戶字節1TL用戶字節2配置存放器保存保存保存CRCTMR1R011111圖5 DS18B20的字節定義 DS18B20的分辨率定義如表1所示表1 分辨率設置表R0R1分辨率最大溫度轉移時間009位96.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms由表1可見，DS18B20溫度轉換的時間比擬長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。主機控制DS18B20完成溫度轉換過程是：每一次讀寫之前都要對DS18B20進展復位，即將數

16、據總線下拉500us，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16-60us左右，之后發出60-240us的存在低脈沖，主CPU收到此此信號表示復位成功；復位成功后發送一條ROM指令，然后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進展預訂的讀寫操作。表2 ROM指令集指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20中的編碼符合ROM55H發出此命令后，接著發出64位ROM編碼，單線總線上與該編輯相對應的DS18B20使之做出響應，為下一步對該DS18B20的讀寫作準備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上的DS18B20個數和識別64位ROM地址，為操作各器件作準備跳過ROM0CCH忽略64位R

17、OM地址，直接向DS18B20發送溫度變換指令告警搜索命令0ECH執行后，只有溫度跳過設定值上限或下限的片子才能做出反響表3 RAM指令集指令約定代碼功能溫度轉換44H啟動DS18B20進展溫度轉換讀暫存器0BEH讀暫存器9個字節容寫暫存器4EH將數據寫入暫存器的TH、TL字節復制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節寫到E2RAM中重調E2RAM0B8H把E2RAM中的TH、TL字節寫到暫存器TH、TL字節讀供電方式0B4H啟動DS18B20發送電源供電方式的信號給主CPUDS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數

18、器1；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門翻開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進展計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將最低溫所對應的一個基數分別置入減法計數器1、溫度存放器中，計數器1和溫度存放器被預置在最低溫所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進展減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時，溫度存放器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重新開場對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進展計數，如此循環直到減法計數器計

19、數到0時，停頓溫度存放器的累加，此時溫度存放器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度存放器值大致被測溫度值。測溫電路1 位置隨動系統小三號字，黑體1.1 位置隨動系統工作原理四號字，黑體位置隨動系統通常由測量元件、放大元件、伺服電動機、測速發電機、齒輪系及繩輪等組成，采用負反響控制原理工作，其原理圖如圖1所示。小四號字、宋體首行縮進圖1 位置隨動系統原理圖圖序、圖名和圖內文字一律采用宋體五號字，表名和表頭加粗。上下與正文空一行。在圖1中測量元件為由電位器Rr和Rc組成的橋式測量電路。負載固定在電位器Rc的滑臂上，因此電位器Rc的輸

20、出電壓Uc和輸出位移成正比。當輸入位移變化時，在電橋的兩端得到偏差電壓U=Ur-Uc，經放大器放大后驅動伺服電機，并通過齒輪系帶動負載移動，使偏差減小。當偏差U=0時，電動機停頓轉動，負載停頓移動。此時=L,說明輸出位移與輸入位移相對應。測速發電機反響與電動機速度成正比，用以增加阻尼，改善系統性能。多倍行距，1.25表表序、表名和表內文字一律采用宋體五號字，表名和表頭加粗。上下與正文空一行。1 08年深市435家公司的部控制詳細披露情況統計按照是否詳細披露分類數量個比重詳細披露26861.61%簡單披露其中：滿足2款要求的簡單披露滿足1款要求的簡單披露滿足0款要求的簡單披露16798333638.39%22.53%7.58%8.28%合計435100%參 考 文 獻1康華光.電子技術根底第五版 J. 電氣電子教學學報,20072介華主編.電子技術課程設計指導 J .：高等教育, 19973畢滿清主編.電子技術實驗與課程設計M. 機械工業, 20014汝全.電子技術常用器件應用手冊 J .：機械工業,2004附 錄課程設計中的程序如下：課程設計成績評定表院系： 物理與電子工程學院 班級： ： *：工程分值優秀(*90%)良好(90%*80%)中等(80%*70%)及格(70%*60%)不及格(*60%)評分參考標準參考標準參考標準參考標準參