毕业设计基于单片机的温度计硬件系统开发设计

1、本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）基于单片机的温度计硬件系统开发设计基于单片机的温度计硬件系统开发设计 20102010 年年 6 6 月月摘摘 要要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。本文介绍了一种以单片机为主要控制器件，以ds18b20 为温度传感器的新型数字温度计,本温度计属于多功能温度计，可以设置上下限报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。系统主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要包括主控制器，测温电路和显示电路等，主控制器采用单片机 stc89c52，温度传感器采用美国 dallas 半导体公

2、司生产的 ds18b20，显示电路采用 4 位共阴极 led 数码管以动态扫描法直读显示。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，报警温度设置子程序等。由于采用了改进型智能温度传感器 ds18b20 作为检测元件，与传统的温度计相比，本数字温度计减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。ds18b20 温度计还可以在高温报警、远距离多点测温控制等方面进行应用开发，具有很好的发展前景。 关键词：关键词：单片机，数字控制，ds18b20，stc89c52，数字温度计 abstractwith the progress and devel

3、opment, single-chip technology has spread to our lives, work, research in various fields has become a relatively mature technology. the paper introduced one kind of new digital thermometer that take the microcontroller unit as the primary control component and take ds18b20 as the temperature sensor，

4、the thermometer are multi-purpose thermometer, you can set upper and lower temperature alarm, when the temperature range is not set, it could be reported . the system mainly included the design of the hardware electric circuit and the design of the system program . the hardware electric circuit main

5、ly included the master controller, the temperature measured electric circuit and the display circuit and so on, the master controller used microcontroller unit stc89c52, the temperature sensor used ds18b20 which the american dallas semiconductor company produces, the display circuit used 4 altogethe

6、r common cathode led numerical tube by the dynamic scanning method straight to read the demonstration. the system program mainly included the master routine, the read-out temperature subroutine, the temperature transformation order subroutine, the calculated temperature subroutine,demonstrated the d

7、ata renovates subroutine, alarm temperature setting subroutine and so on.because used the advanced version intelligence temperature sensor ds18b20 as the examine part, compared with the traditional thermometer, this digital thermometer reduced the exterior hardware electric circuit, has characterist

8、ic that the low cost and was easy to use. the ds18b20 thermometer also may used to the high temperature warning, the long-distance range multi- spots temperature measured aspect and so on temperature control carries on the application development, has the very good prospects for development.key word

9、s: microcontroller unit, digital control, ds18b20, stc89c52, digital thermometer目目 录录1绪论.11.1软件编程 keil51 的简介.21.2硬件电路设计 proteus 的简介.21.3设计中用到的所有电子器件.22总体设计方案.32.1设计要求.32.2数字温度计设计方案论证.32.3总体设计框图.53系统硬件电路组成及工作原理.63.1ds18b20 温度传感器与单片机的接口电路.63.2ds18b20 的使用方法.113.3stc89 系列高性能单片机.123.47 段 led 数码管电路及原理.143

10、.5温度报警电路.153.6系统整体硬件电路.164系统软件程序设计.184.1主程序.184.2读取温度子程序.194.3温度转换命令子程序.204.4计算温度子程序.214.5显示数据刷新子程序.224.6温度报警子程序.235系统总体调试.245.1硬件调试.245.1.1 排除逻辑故障.245.1.2 排除元器件失效.245.1.3 排除电源故障.245.2软件调试.256设计总结与体会.276.1设计总结.276.2毕业设计心得体会.28参 考 文 献.29致 谢.30附录 a 程序源代码.31附录 b 元器件清单.4111绪论绪论温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息

11、息相关，在工业生产过程中要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义。在单片机的应用中，一个很重要的应用就是对温度进行检测。测量温度的关键是温度传感器，采用智能温度传感器以实现温度数字化，既能以数字形式直接输出被测温度值，具有测量误差小，分辨率高，抗干扰能力强，能够远程传输数据，带串行总线接口等优点。温度的数字输出显示在 7 段 led 数码管显示器上。单片机、温度传感器与 7 段数码管显示器等电子器件的互联，可以研制和开发出具有高性价比的新一代测温系统基于单片机的数字温度计。基于单片机的数字温度计设计，即对温度进行实时测量，使用单线数字温度传感器

12、ds18b20 把温度信号直接转换成数字信号输入单片机。经单片机处理后，将实时温度显示在四个 7 段 led 数码管显示器上。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也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。由于甲型 h1n1 流感入境，所以为了把好关，需对流动人口进行人体体温测量。由于温度传感器 ds18b20 具有独特的单总线接口仅需要一个端口引脚进行通信，可实现多点组网功能，零待机功耗，电压范围仅为

13、3.05.5v 而且具有读数方便，测温范围广，测温准确的特点，最主要的是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)，那么只要检测到温度超过设定的正常人体体温就会发出报警，这样就能更有效的防止流感的扩散。出于对此问题的探索，我通过上网查阅及相关资料的收集，做了本设计。本设计所介绍的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，测温准确，其输出温度采用 led 数码管显示，主要用于对测温比较准确的场所，该设计控制器使用单片机 stc89c52，测温传感器使用 ds18b20，用 4 位共阴极 led 数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。

14、2完成本设计需要软件编程和硬件电路设计，需要用到两种软件。1.11.1 软件编程软件编程 keil51 的简介的简介软件编程用 keil software 公司提供的产品软件 uvision3 ide，它集项目管理、编译工具、代码编写工具、代码调试以及仿真于一体，适合个人开发或人数少、多开发过程的管理还不成熟的开发团体，这一软件简单易用。1.21.2 硬件电路设计硬件电路设计 proteus 的简介的简介硬件电路设计使用英国 lab center electronics 公司推出的 proteus 用于仿真单片机及其外围设备的 eda 工具软件。proteus 具有高级原理布图(isis)、混

15、合模式仿真(prospice)、pcb 设计以及自动布线(ares)等功能。proteus 的虚拟仿真技术(usm)第一次真正实现了在物理原型出来之前对单片机应用系统进行设计开发和测试。keil51 与 proteus 配合使用可以在不需要硬件投入的情况下，完成单片机汇编语言、c 语言等应用系统的仿真开发，从而缩短实际系统的研发周期，降低开发成本。1.31.3 设计中用到的所有电子器件设计中用到的所有电子器件单片机(stc89c52)、温度传感器(ds18b20)、7 段 led 数码管、晶振、排阻、电容、电阻、蜂鸣器、发光二极管、按键、npn 型三极管等。32总体设计方案总体设计方案2.12

16、.1 设计要求设计要求(1)稳定测量范围-55125,温度显示范围-9.999.9；(2)测量精度可达到 0.1；(3)四位共阴七段 led 数码管显示；(4)可以任意设定温度的上下限报警功能，当下限报警温度设置为 0时，下限报警功能失效。2.22.2 数字温度计设计方案论证数字温度计设计方案论证方案一：采用模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用 ic。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗

17、等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路比较复杂。 图 2.1 是 ad590 用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过 ad590 的电流与热力学温度成正比，当电阻 r1 和电位器 r2的电阻之和为 1k 时，输出电压 v0随温度的变化为 1mv/k。但由于 ad590 的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把 ad590 放于冰水混合物中，调整电位器 r2，使 v0=273.2mv。或在室温下(25)条件下调整电位器,使v0=273.2+25=298.2（mv）。但这样调整只可保证在 0或 25附近有较高精度。ad590 把被测温度转换为电流再通

18、过放大器和 a/d 转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制。这种设计需要用到 a/d 转换电路，感温电路比较麻烦，而且测量精度比较低。4图 2.1 基于 ad590 测温基本应用电路方案二：采用数字单片智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ate)的结晶。目前，已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、a/d 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配

19、各种微控制器(mcu)。智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-wire)总线、i2c 总线、smbus 总线和 spi 总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有 ds18b20，智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统；它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。ds18b20 是 dallas 公司生产的一线式数字温度传感器,具有 3 引脚 to92 小体积封装形式;温度测量范围为55125,可编程为 9 位12 位 a/d 转换精度,测温分辨率可达 0.0

20、625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可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。同 ds1820 一样，ds18b20 也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55+125，5在-10+85范围内，精度为 0.5。ds18b20 的精度较差为0.2 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与

21、前一代产品不同，新的产品支持 3v5.5v 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。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。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 ds18b20 体积更小、更经济、更灵活。使您可以充分发挥“一线总线”的长处。 ds18b20、 ds1822 “一线总线”数字化温度传感器。由于 ds18b20 将温度传感器、信号放大调理、a/d 转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便，与 ad590 相比是更

22、新一代的温度传感器，所以温度传感器采用 ds18b20。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二硬件电路比较简单，软件设计也比较简单，而且测量的准确度高，故本设计采用方案二。2.32.3 总体设计框图总体设计框图数字温度计电路设计总体设计方框图如图 2.2 所示，控制器采用单片机stc89c52，温度传感器采用 ds18b20，用 4 位 led 数码管以并口方式传送数据并以动态扫描数码管的方式实现温度显示。图 2.2 总体设计方框图主 控 制 器led 显 示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡报警点按键调整63系统硬件电路组成及工作原理系统硬件电路组成及工作原理3.13.1 ds18b20

23、温度传感器与单片机的接口电路温度传感器与单片机的接口电路ds18b20 温度传感器是美国 dallas 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式。ds18b20 的性能特点如下：(1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；(2)多个 ds18b20 可以并联在同一根数据线上，实现多点组网功能；(3)无须外部器件；(4)可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5v；(5)零待机功耗；(6)温度以 6 或 12 位数字；(7)用户可自定义设置报警温度；(8)报警搜索命令识

24、别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)；(9)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； ds18b20 采用 3 脚 pr-35 封装或 8 脚 soic 封装，其内部结构框图如图 3.1 所示。 图 3.1 ds18b20 内部结构vddi/oc64 位rom和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器 th低温触发器 tl配置寄存器8 位 crc 发生器764 位 rom 的结构开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 crc 检验码，这也是多个 ds18b20 可以采用一线进行通信的原

25、因。温度报警触发器 th 和 tl，可通过软件写入户报警上下限。to-92 封装的 ds18b20 的引脚排列见下图 3.2，其引脚功能描述见下：1gnd 地信号。2dq：数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3vdd：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 ds18b20 管脚图ds18b20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 ram 和一个非易失性的可电擦除的 eepram。高速暂存 ram 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 3.3 所示。头 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节 th

26、 和 tl 的拷贝,是易失的，每次上电复位时被刷新。第 5 个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。ds18b20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图 3.3 所示。低 5 位一直为 1，tm 是工作模式位，用于设置 ds18b20 在工作模式还是在测试模式，ds18b20 出厂时该位被设置为 0，用户要去改动，r1 和 r0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。8图 3.3 ds18b20 字节定义表表 3.1 温度转换时间表温度转换时间表r1r0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.5101137511127

27、50由表 3.1 可见，ds18b20 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存 ram 的第 6、7、8 字节保留未用，表现为全逻辑 1。第 9 字节读出前面所有 8 字节的 crc 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。温度 lsb温度 msbth 用户字节 1tl 用户字节 2配置寄存器保留保留保留crctm r11r01111.9当 ds18b20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、2 字节。单片机可以通过单

28、线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625/lsb 形式表示。当符号位 s0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 s1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表 3.2 是一部分温度值对应的二进制温度数据。表表 3.2 一部分温度对应值表一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 0001

29、00a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90hds18b20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 ram 中的 th、tl 字节内容作比较。若 tth 或 ttl，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只 ds18b20 同时测量温度并进行报警搜索。ds

30、18b20 的测温原理,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，ds18b20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度10测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器 1、温度寄存器中，计数器 1 和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1的预置值减到 0 时，温度

31、寄存器的值将加 1，减法计数器 1 的预置将重新被装入，减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到 0 时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。另外，由于 ds18b20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对 ds18b20 的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化ds18b20(发复位脉冲)发 rom 功能命令发存储器操作命令处理数据。ds18b20 可以采用两种方式供电，一种是采用

32、电源供电方式，此时 ds18b20 的 1脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图 3.4 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 ds18b20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 mosfet 管来完成对总线的上拉。当 ds18b20 处于写存储器操作和温度 a/d 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10us。采用寄生电源供电方式时 vdd 端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。ds 18b 20ds 18b 20ds 18b 204.7 kgndgndgndvccvcc单片机.图 3.4 ds18b20 与单片机的接口

33、电路113.23.2 ds18b20 的使用方法的使用方法由于 ds18b20 采用的是单总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对 stc89c52 单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 ds18b20 芯片的访问。(1) ds18b20 的复位时序：由于 ds18b20 是在一根 i/o 线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。ds18b20 有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一

34、次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收；数据和命令的传输都是低位在先。图 3.5 ds18b20 的复位时序(2)ds18b20 的读时序：对于 ds18b20 的读时序分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。对于 ds18b20 的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 15 秒之内就得释放单总线，以让 ds18b20 把数据传输到单总线上。ds18b20 在完成一个读时序过程，至少需要 60us 才能完成。12图 3.6 ds18b20 的读时序(3)ds18b20 的写时序：对于 ds18b20 的写时序仍然分

35、为写 0 时序和写 1 时序两个过程。对于 ds18b20 写 0 时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0 时序时，单总线要被拉低至少 60us，保证 ds18b20 能够在 15us 到 45us 之间能够正确地采样 io 总线上的“0”电平，当要写 1 时序时，单总线被拉低之后，在 15us 之内就得释放单总线。图 3.7 ds18b20 的写时序3.33.3 stc89 系列高性能单片机系列高性能单片机mcs51 单片机是目前国内实用最广泛的一种单片机型，全球各单片机生产厂商在mcs51 内核基础上，派生了大量的 51 内核系列单片机，极大地丰富了 mcs51 的种群。其中，stc 公

36、司推出了 stc89 系列单片机，增加了大量的新功能，提高了 51 的性能，是 mcs51 家族中的佼佼者。stc89 系列单片机是 mcs-51 系列单片机的派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准 8052 单片机完全兼容，dip40 封装系列与 8051 为 pin-to-pin 兼容。stc89 系列单片机高速(最高时钟频率 90mhz)，低功耗，在系统/在应用可编程(isp，iap),不占用户资源。表 3.3 是 stc89 系列单片机资源一览表。13stc89 系列单片机主要特性：(1)80c51 核心处理器单元；(2)3v/5v 工作电压，操作频率 033mhz（st

37、c89le516ad 最高可达 90mhz）；5v 工作电压，操作频率 040mhz；(3)大容量内部数据 ram：1k 字节 ram；(4)64/32/16/8kb 片内 flash 程序存储器，具有在应用可编程(iap) ,在系统可编程(isp)，可实现远程软件升级，无需编程器；(5)支持 12 时钟(默认)或 6 时钟模式；(6)双 dptr 数据指针；(7)spi(串行外围接口)和增强型 uart ；(8)pca(可编程计数器阵列)，具有 pwm 的捕获/比较功能；(9)4 个 8 位 i/o 口，含 3 个高电流 p1 口，可直接驱动 led；(10)3 个 16 位定时器/计数器；

38、(11)可编程看门狗定时器(wdt)；(12)低 emi 方式(ale 禁止)；(13)兼容 ttl 和 coms 逻辑电平；(14)掉电检测和低功耗模式等。表表 3.3 stc89 系列单片机资源一览表系列单片机资源一览表143.43.4 7 段段 led 数码管电路及原理数码管电路及原理7 段 led 数码管是利用 7 个 led(发光二极管)外加一个小数点的 led 组合而成的显示设备，可以显示 09 等 10 个数字和小数点，使用非常广泛。这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有 led 的阳极连接到共同接点 com，而每个 led 的阴极分别为 a、b、c、d、e、f、

39、g 及 dp(小数点)；共阴极则是把所有 led 的阴极连接到共同接点 com，而每个 led 的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g 及 dp(小数点)，如下图 3.8 所示。图中的 8 个 led 分别与上面那个图中的 adp 各段相对应，通过控制各个 led 的亮灭来显示数字。15图 3.8 数码管段码图还有一种比较常用的是四位数码管，内部的 4 个数码管共用 adp 这 8 根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有 4 个数码管，所以它有 4 个公共端，加上adp，共有 12 个引脚，下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图(共阳的与之相反)。引脚排列依然是从左下角的那个脚(1 脚

40、)开始，以逆时针方向依次为 1-12 脚，图 3.9 中的数字与之一一对应。图 3.9 四位共阴数码管管脚图163.53.5 温度报警电路温度报警电路1、蜂鸣器的结构原理(1)压电式蜂鸣器：压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515v 直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出 1.52.5khz 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。(2)电磁

41、式蜂鸣器：电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。2、本设计采软件处理报警，利用蜂鸣器进行报警输出，采用直流供电。当所测温度超过或低于所预设的温度时，数据口 p3.7 相应拉高电平，报警输出。(也可采用发光二级管报警电路，如果需要报警，则只需将相应位置 1，则发光报警)报警电路硬件连接见图 3.10。图 3.10 蜂鸣器电路连接图3.63.6 系统整体硬件电路系统整体硬件电路温度计电路设计原理图如图 3.11 所示，控制器使用单片机 stc89c52

42、,温度传感器使用 ds18b20，用 4 位共阴 led 数码管以动态扫描法实现温度显示。17本温度计大体分三个工作过程。首先，由 ds18820 温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。然后，通过 89c52 单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，最后将此结果送入数码管显示模块进行显示。由图可看到，本电路主要由 dsl8820 温度传感器芯片、四位数码管显示模块芯片、报警电路和 89c52 单片机芯片组成。其中，dsi8b20 温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连，它独立地完成温度量以及将温度测量结果送到单片机的工作。18图 3.11 数字温度计电路原理图194系统软件

43、程序设计系统软件程序设计系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，温度报警子程序等。4.14.1 主程序主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 ds18b20 的测量的当前温度值，温度测量每 1s 进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图 4.1 所示。图 4.1 主程序流程图初始化调用显示子程序1s 到？初次上电读出温度值，温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令nyny204.24.2 读取温度子程序读取温度子程序读取温度子程序的主要功能是读取 ram 中的 9 字节，在读出时需进行 crc 校验，

44、校验有错时不进行温度数据的改写，其程序流程图如图 4.2 所示。图 4.2 读温度流程图y发 ds18b20 复位命令发跳过 rom 命令发读取温度命令读取操作，crc 校验9 字节完？crc 校验正？确？移入温度暂存器结束nny21发 ds18b20 复位命令发跳过 rom 命令发温度转换开始命令结束4.34.3 温度转换命令子程序温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750ms，在本程序设计中采用 1s 显示程序延时法等待转换的完成，温度转换命令子程序流程图如图 4.3 所示。图 4.3 温度转换流程图224.44.4 计算温度

45、子程序计算温度子程序计算温度子程序将 ram 中读取值进行 bcd 码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图 4.4 所示。 图 4.4计算温度流程图开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度 bcd 值计算整数位温度 bcd 值结束置“+”标志ny234.54.5 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为 0 时将符号显示位移入下一位，程序流程图如图 4.5 所示。图 4.5显示数据刷新流程图温度数据移入显示寄存器十位数 0？百位数 0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号）结束nn

46、yy244.64.6 温度报警子程序温度报警子程序温度报警子程序主要是对当前温度值与预先设置的温度值的比较，如果当前温度达到预设报警温度时，调用温度报警子程序让单片机相应端口输出信号使蜂鸣器和发光二极管实现声光报警，程序流程图如图 4.6 所示。调用报警子程序，实现声光报警继续执行程序结束图 4.6调用温度报警子程序流程图读取当前实际温度值温度是否达到报警门限？yn255系统总体调试系统总体调试近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据

47、具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。根据方案设计的要求，调试过程共分三大部分：硬件调试、软件调试和软硬联调。 单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。5.15.1 硬件调试硬件调试5.1.1 排除逻辑故障这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的电路板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错

48、误，并重点检查系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。5.1.2 排除元器件失效造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。5.1.3 排除电源故障在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查 vcc 与 gnd 之间电位，若在 5v48v之间属正常。若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有

49、时会使应用系统中的集成块发热损坏。26检查电路板及焊接的质量情况，在检查无误后可通电检查 led 显示器。若亮度不理想，可以调整 p1 口的上拉电阻大小，一般情况取 200 欧电阻即可。使用万用表检查电路的连接是否与原理图的一致，并检查是否有虚焊现象。5.25.2 软件调试软件调试本系统的软件系统全部采用 c 语言编写，除语法与逻辑差错外，当确认程序没问题时，直接把生成的 hex 文件下载到单片机仿真调试。采取自下到上的方法，单独调好每一个模块，最后完成一个完整的系统调试。在 keilc51 编译环境下进行，源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位逐个进行，先在 keil 里进行单步运行调试

50、，最后将 hex 文件下载到单片机里，结合硬件进行实时调试。通过以上检查后，将电路通电查看是否按要求正常工作，最终完成设计。下面图 5.1 为 proteus 温度计仿真电路图。27图 5.1 protues 放置电路图28296 设计总结与体会设计总结与体会6.16.1 设计总结设计总结89stc52 单片机，体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，即使是非电子计算机专业人员，通过学习一些专业基础知识以后也能依靠自己的技术力量，来开发所希望的单片机应用系统。本设计的温度测量和报警系统，只是单片机广泛应用于各行各业中的一例。本设计研究是基于单片机控制的温度测

51、量与报警系统的设计，介绍了对温度的测量、显示及报警，实现了温度的实时显示。 它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片 ds18s20 都有唯一的产品号并可存入其 rom 中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个 ds18s20 芯片。从 ds18s20 读出或写入 ds18s20 信息仅需要一根口线，其读写及温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的ds18s20 供电，而无需额处电源。ds18s20 能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统

52、。本设计利用 stc89c52 芯片控制温度传感器 ds18b20，再辅之以部分外围电路实现对环境温度的测量，性能稳定，精度较高，而且扩展性能很强大。由于 ds18b20 支持单总线协议，我们可以将多个 ds18b20 可以并联在一起，cpu 只需一根端口线就能与多个 ds18b20 通信，占用较少的微处理器的端口就可以实现多点测温系统。由于 ds18b20 的测量精度只有0.5 度，往往很多场合需要更加精确的温度，在所测温度精度不变的基础上必须对数据进行校正。不过，其误差在时间和外部环境变化的条件下，保持相当高的稳定性。针对这一特性，对其进行误差校正补偿；这种误差校正的补偿方法，不需增加硬件

53、电路，计算方法简单，软件费用也很小，既提高了测量精度，又不需增加成本。它充分单片机的处理能力，在单片机上用线性插补的数学方法对其进行误差校正补偿，能轻易地将其提高其精度，从而达到更准确地测量周围环境的温度。306.26.2 毕业设计心得体会毕业设计心得体会经过将近三个月的毕业设计，终于完成了我的数字温度计的设计，虽然电路外观不是很美观，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余也从中学到了很多知识。在本次毕业设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机毕业设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次

54、程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是 bcd 码，这一次，我全部用的都是 16 进制的数直接加减，显示处理时再用除法去求出各位,感觉效果比较好；有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。此次的毕业设计真正让我把学到的理论知识应用到实际的设计中，同时也从实践中锻炼了自己的实验动手能力，在实践中检验了学到的知识。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习和工作中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，从实际中学到更多的知识。学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与

55、读的过程中才能提高，实验动手能力只有在不断的锻炼中才能提升，这就是我在这次毕业设计中的最大收获。31参参 考考 文文 献献1 肖金球. 单片机原理和接口技术m . 北京：清华大学出版社，2008. 2 马长林. 单片机实践应用与技术m . 北京：清华大学出版社，2008.3 牛昱光. 单片机原理和接口技术m . 北京：电子工业出版社, 2008.4 倪志莲. 单片机应用技术m . 北京：北京理工大学出版社, 2007.5 陈志旺. 51 系列单片机系统设计与实践m . 北京：电子工业出版社, 2010.6 赵亮. 单片机 c 语言编程与实例m . 北京：清华大学出版社, 2008.7 楼然苗.

56、 单片机课程设计指导m . 北京：北京航空航天大学出版社, 2007.8 王勇. 基于 at89s51 的便携式实时温度检测仪a . 仪表技术与传感器c, 2006.9 何立民. mcs-51 系列单片机应用系统设计m . 北京：北京航空航天大学出版社, 1995.10 李玉峰，倪虹霞. mcs-51 系列单片机原理与接口技术m . 北京：人民邮电出版社, 2004.11 肖来胜，冯建兰. 单片机技术实用教程m. 武汉：华中科技大学出版社, 2004.12 丁明亮，唐前辉. 51 单片机应用设计与仿真m . 北京：北京航空航天大学出版社， 2009.13 g jiang m zhang，x x

57、ie，s li . application on temperature control of ds18b20m，control engineering of china， 2003.14 i. scott mackenzie raphael c. -w. phan . the 8051 microcontrollerm pearson education, 2007.32致致 谢谢本毕业设计(论文)是在我的指导教师童怀老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从题目的选择到最终完成，童怀老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持

58、。在本毕业设计的设计和制作过程中，感谢老师给了我很大的帮助，在论文工作中，遇到了很多细节方面的问题，一直得到童怀老师的亲切关怀和悉心指导，使我得以顺利的完成此次毕业设计的任务，童怀老师以其丰厚的专业知识功底、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘并向他学习。再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学习氛围，以及学习上的无私帮助。同时我也会将这种严谨的作风运用到工作中去，为以后的社会实践工作而努力。毕业设计的完成同时也离不开很多的同学热心帮助，是他们在我遇到难题的时候给了我启发。通过本次毕业设计，我在专业知识、专业技能和解决问题方法方面得到很大的提

59、高。更深入了解并掌握了传感器的基本理论知识，并在单片机实际电路开发和常用编程设计思路掌握方面有了一定程度的掌握，尽管本次设计还不是很完善，但这为我以后的设计之路积累了宝贵的经验。由于本人水平有限，加之时间仓促，设计中疏漏和错误之处在所难免，希望老师给予谅解，同时也希望老师加以批评和指正，使我在以后的学习和工作中取得更大的成绩。33附录附录 a 程序源代码程序源代码/*程序名称：ds18b20 温度测量及报警；简要说明：ds18b20 温度计，温度测量范围 0-99.9 摄氏度；可设置上限报警温度、下限报警温度；即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器和 led 指示灯报警；默认上限报警温度为 38、

60、默认下限报警温度为 5；报警值可设置范围：最低上限报警值等于当前下限报警值；最高下限报警值等于当前上限报警值；将下限报警值调为 0 时为关闭下限报警功能。 */#include #include ds18b20.h #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定义#define set p3_1 /定义调整键#define add p3_2 /定义增加键#define dec p3_3 /定义减少键#define beep p3_7 /定义蜂鸣器bit shanshuo_st; /闪烁间隔标志bit beep_st; /蜂鸣器间