基于单片机的数字温度计设计和实现 计算机专业

1、基于单片机的数字温度计摘 要：随着时代的进步和发展，供应链管理技术已成为一项相对成熟的技术，在我们的生活、工作、科研和各个领域都很受欢迎，本文主要介绍基于单片机温度测量系统的 STC89C52，一种温度测量系统的研制，详细说明了数字温度传感器的使用 DS18B20 重点介绍了单片机硬件连接传感器、软件编程和系统流程的各个模块，为了对各部分电路进行透彻的分析，本次设计能够非常方便地实现温度的采集和显示，也可以随意设置上下警告温度，非常有用。并且还具有使用高精度、结垢电流、高灵敏度、小功率和低功耗等众多优点应用于我们的日常生活中，可作为热处理模块在测温行业及其它农业生产和辅助扩展系统中应用。 Ds

2、18b20 和 STC89C52 具有更广泛的应用前景，能够实现最简单的温度传感系统，结构简单，抗干扰能力强，适合恶劣环境下的现场温度测量。设计了一种基于 STC89C52单片机的数字温度计，由DS18B20数字温度计传感器温度进行测量，由数码管动态显示，由语音播报本文包括总体设计方案，详细的硬件电路设计和软件设计实现。关键词：单片机；数字温度计；温度传感器1 引言1.1 研究背景温度是反映物体冷热的物理量，在现实中，它是影响人们正常生活的重要数据。用单片机监测和控制科技的发展，希望人们能更准确地控制这一物理量。是近几年的一种新型测控方法，即温度测量与控制，而现当今在科技高速发展的情况下，本文

3、还介绍了温度测量与控制，实践，并且对人们提出了新的要求。这个物理量的温度也应该是工业对象的一个重要部分，担心参数，特别是在严格的控制温度的工业，在这些地区，由于其高可靠性、高精度等功能得到了广泛的应用。随着现代信息技术的飞速发展和传统产业转型的逐步实现。温度检测与显示系统可以独立运行，已在许多领域得到应用。在正常情况的温度相关测试中，热敏电阻被用作敏感元件。 低成本热敏电阻是一种后续的信号处理电路，它的可靠性比较差，测实的温度精度比较低，检测系统也存在相应的误差。 与常规温度计相比，这里设计的数字温度计具有广泛的阅读特性、温度测量、精确的测温、数字显示和广泛的覆盖范围。STC89C52 单片机

4、作为主控装置，温度传感器 DSL8B20 并行传输数据，实现温度显示。由于数据转换是通过 DSL8B20 温度值直接读取的，因此该器件的物理和化学性能是稳定和线性的，最大线性偏差 of-55 125小于0.1 。 该装置能够将数字信号直接传送到单片机，易于处理和控制。 它还可用于直接测量温度，简化数据传输和处理。1.2 研究目的及意义1.2.1 研究目的本项目的目的是以设计51系列单片机的核心的水室温度和体温测试。测温 range-55 125 ，使用热电阻传感器 (PT100)，stc89c52 对模数转换和温度计的最终测量和控制使用芯片是55c 到125c，并且它的准确性可能达到0.5 摄

5、氏度。在温度控制过程中，当温度变化达到时，不改变诸如 KP、底座和 KD 等 PID 参数。 如果实际温度和指定的温度偏差较大，则必须更改这些参数的值。1.2.2 研究意义传统的温度计在许多领域都有局限性，应用受到限制。 很长一段时间，大多数温度计使用固体和液体热膨胀原理，使传统温度计，它们具有传统的扩展温度计性能单一，寿命短，可靠性低，容量大，精度低，并有一定的局限性和缺点。因为发明了数字温度计，所以解决了以上的那些问题，数字温度计加大了温度计的使用范围，并且，具有一定的实时性，以及准确性和一定的高效率。科技与新材料的发现除了这个新的数字温度计和电子温度计外，温度计还有广泛的应用，比如热电偶

6、温度计的原理，它的温度相对简单，具有各种准确度和速度。 本文设计了温度报警测温系统，在测温中，采用传统的温度计，它是一种精确的测量，可将温度输出专用于数字管或 LCD 显示屏。1.3 研究现状温度是一个重要的物理量，其检测方法有各种常用的电阻器、热电和石英共振类型，这些都是根据其物理参数变化原理 (电阻值、热电势等) 引起的温度变化而产生的。在测量技术的不断发展中，新的检测原理和技术开发应用的多样性在实用性上取得了长足的进步。 新一代的温度传感元件始终是产生和完善的。随着计算机和电子技术的飞速发展，随着传感器的精度的提高，数字温度计的应用越来越广泛，对数字温度计的研究也非常成熟，使用的方法也多

7、种多样。温度传感器是较先进的 ds18b20，与目前最常用的芯片相比，美国公司生产的是单线性温度传感器芯片，但它改善了以往常用温度传感器的缺点和 ds18b20 得到的温度信号的主要优点是，它可以直接转换为所需的数字信号在单片机 3，而不是温度传感器，它是可能只存储产生的温度信号，需要专门安装一个信号转换芯片来实现模拟转换。 由于每个 DS18B20 都有自己的识别码，所以可以在总线上添加多个 DS18B20 块，因此 DS18B20 非常适合于一套多工位温度测量系统。同时，单片机的优势在于它的功能十分强大、体积也很小，具有很好的可靠性、价格也比较适中，由一大批科研人员、工控、智能仪器仪表、先

8、进技术等家电 整个领域的应用。 基于单片机的电子电路的设计简单，实现功能很容易。当下，市面上大部分的的数字温度计基本上都以单片机为核心来开发的。2 数字温度计的方案论证2.1 设计实现的目标（1）测温基本范围-55125。（2）测温精度误差小于或等于0.5。（3）LED数码直读显示。（4）实现语音播报。（5）可以任意设定温度的上下限报警功能。2.2 设计方案论证与比较2.2.1.显示电路方案方案一：采用数码管动态显示使用7段 LED 数字管，在指示器上使用动态显示方法，该方法显示的内容相对丰富，价格不高。方案二：采用LCD液晶显示1602使用液晶显示器结合上述原因，使用方案二、1602液晶显示

9、电路。2.2.2 测温电路方案方案一：采用模拟温度传感器测温由于本设计是一种温度测量电路，因此可以使用热敏电阻或类似器件上的温度效应，在温度变化时采用实测电压或电流采集、a/d 转换、单片机数据处理，可在显示电路中使用，温度显示可以测量，这个设计 a/d 转换电路，温度传感电路很麻烦。方案二：采用数字温度传感器因为要顾忌到温度传感器在单片机电路设计中的应用，大多数传感器的使用都很容易思考，所以在温度传感器的选择可以是Ds18b20，它的有点早在于温度值上的测量很方便、很容易，读取和转换很方便，最重要的是十分符合本设计要求。通过相关的研究表示，应该采用方案二，它的有点在于其简单的电路，软件设计也

10、不是很复杂。2.3 系统总体方案通过比较以上的方案，主控模块、显示模块、组合主题使其可分为温度恢复模块和报警模块，如图1所示：看门狗 MCU DS18B20温度数据采集图1 系统总体设计框图3 数字温度计的硬件电路设计3.1 控制电路3.1.1 MCU简介SCM 是整个控制部分的核心。 系统选择了宏碁8位 STC89C52 单片机作为系统控制中心，考虑到了经济和会议的需求。STC89C52 是一家低功耗的宏晶公司生产、高性能的 CMOS8-bit 单片机、芯片可编程闪存4k 字节程序存储器、宏碁高密度、非易失性存储技术生产 包括标准8051指令系统和使用 PIN 兼容性设置的设备，允许您在线编

11、辑闪存 (ISP) 也 使用单一芯片可以与传统的方法和8位微处理器，强大的 stc89c52 SCM 可以提供许多经济高效的应用。管脚图如下图2所示。图2 STC89C52管脚图在本系统中，STC89C52单片机内部的功能单元已经能够满足系统设计需要，不需要系统扩展。STC89C52具有以下的特点:(1) 8031 CPU 和 MCS-51 兼容(2) 寿命: 1000 写/擦周期(3) 4 k 字节可编程闪存(4) 所有静态工作: 0-24 兆赫(5) 3 级程序内存安全锁(6) 128 * 8 位内 RAM(7) 32 可编程 i/o 线(8) 2 16 位定时器/计数器(9) 6 中断源

12、(10) 可编程串行通道(11) 怠速功耗低，断电模式(12) 片内振荡器和时钟STC89C52RC 微控制器还有一个看门狗内部外设。 在工业控制/汽车/航天等可靠的系统中，通常会向狗介绍 控制单片机/CPU 程序，长时间不正常操作系统，以防止异常系统受到干扰。 单片机/cpu 被认为处于不健康状态，单片机/cpu 被迫重置，而不需要在指定时间访问看门狗/cpu。 允许系统从一开始就重新启动用户程序。 微机 STC89C52RC 集成系统看门狗电路。3.1.2 最小系统模块单片机芯片必须有额外的电路，不能完成数据的处理和控制功能，以使单片机芯片形成一个功能系统来实现功能。 由 stc89c52

13、 芯片和附加电路组成的最小系统被用作数据处理和控制模块。 如果 P0 端口用作 1602年 LCD 的数据传输端口，则 P2 端口用作1602指令、时钟和读/写控制的控制，Ds18b20 总线接口 p 3.3 密钥扫描接口 P1 端口 控件接口启用。P 1.4 报警控制接口。其电路连接图3如下：图3数据处理及控制模块3.2 温度传感电路设计3.2.1 DS18B20简介Ds18b20 可以编程的分辨率为9到12位的0.5 c。 可选配小包装，多种电压应用。 用户集分辨率设置和警报温度存储在 EPROM 中，并在关闭电源后保存。如图4所示，温度传感器的针脚 DS18B20。图4 DS18B20T

14、O92封装温度传感器Pin 功能说明:VDD: 在使用可选电源脚、3至5.5 伏电源电压范围和寄生电源时，pin 必须接地。DQ: 数据输入/输出脚。 排电极开，正常高电平。接地: 用于电源。3.2.2 温度传感器与单片机的连接温度传感器的单总线 (1 线) 连接到单片机的 p 2.0 和 p 2.0，这是一个高地址线 A8。 P2 端口是8位双向 i/o，具有内部拉电阻，输出缓冲电平可以驱动 (吸收或吸收) 四 TTL 逻辑门。 在该端口上写 1 ，并用内部拉杆电阻器拔下端口。 这可以用作输入端口。 这是因为里面有一个拉力阻力。 当 pin 被外部信号拉出时，电流输出。 访问外部程序内存或1

15、6位外部数据存储 MOVX 当执行 DPTR 指令时，这表示P2端口发送高8位地址数据。 假如需要要访问8位外部数据存储区，可以运行 MOVX RI 指令。 P2 端口的内容是特殊函数寄存器 (SFR) 区域中 R2 寄存器的内容，在整个访问的同时不会改变。在闪存编程和程序验证期间，P2端口还接收到高地址和其他控制信号。图6显示了dsl8820与SCM之间的接口电路。图6 DS18B20和单片机的接口连接3.2.3 复位信号及外部复位电路单片机是一个 max813 看门狗的电路，饲料的信号输入，即单片机，一个清晰的0看门狗设备时，每次建立一个程序，以提供一个犬的信号。 如果程序出现异常，SCM

16、 pin RST 会显示并重置两个机器周期高于高电平。复位信号在较高的水平上是十分有效的, 它的有效时间必须保持着哎24振动脉冲周期或两个机器周期。 如果频率在 MHz 晶体振荡器中, 则复位信号必须长于2。图7 复位电路3.3 报警电路这个报警电路由发光二极管和电流限制电阻器构成，并连接到微控制器的 P 1.2 端口。P1 端口函数和连接与 P2 端口相同。不一样的是，P1在Flash编程和程序验证期间收到了低8位地址数据。3.4 显示电路本模块主要提供温度数据的显示。测量的温度数据以直观的格式显示给用户。 1602 lcd 也被称为1602字 lcd，特别用于显示字母、数字、符号等格子型

17、lcd 模块。 1602LCD、请参阅1602年的内容显示，您可以查看两行，每行 LCD 模块16个字符 (显示字母和数字)，这个设计，不仅通过1602视觉显示 您还可以通过语音广播模块阅读。液晶显示芯片的D0-D7分别与单片机的P0口与排阻相接，1602的第1和16引脚与地相接，第2与15引脚与电源相连。图8显示了电路的连接情况。图8 显示电路的连接图4 软件设计4.1 DS18B20的读操作DSL8B20 的主要数据元素有:64 位激光、ROM、温度敏感元件和非挥发性温度报警器等。 如果信号线很高，Dsl8b20 可以从一辆公共汽车上获得电力，能量存储在一个内部电容器中。如果一个信号线低，

18、电源断开，直到信号线高，寄生 (电容) 电源重新连接。外部5v 电源也可用于 DSL8B20。DSL8B20有一个灵活的电源供应。 同时使用外部电源的好处就在于还可以增强系统的相对稳定性。DS18B20 在复位过程中需要480微秒的低电平。单片机拉动总线等待 DS18B20 响应信号。 当 DS18B20 写入数据时， 0 写入 1 操作，写 0 操作，DS18B20 必须至少拉下60US 总线，至少1us 周期 60us 0 写一个 1 操作，你可以简单地写 0 在 1 。 DS18B20 读取操作为读 0 ，读 1 操作，读 0 操作总线必须向下拉 15，然后拉高45us 并读取15数据

19、1 操作 阅读 0 操作。程序流程图如图5-4：图9 DS18B20读取温度的流程图4.2 DS18b20的温度数据处理当温度的相关数据被读取后，低4位是小部件的温度，可精确到0.0625 摄氏度。 4位和高4位低温零件。 开始对负面的比赛。 0是正数。 因此，首先提取数据，分为三部分: 分数部分、积分部分和标志部分。 小数舍入: 如果值大于0.5 C，则转到一个地方; 如果它低于0.5C，请不要放弃。 当数据为负时，数据转换在显示之前执行，积分部分反转一个。 此外，由于DS18B20的最低温度只能为-55C，因此整数部分的最高部分可以用“ - ”替代，该数字为负数显示，温度数据处理程序的流程

20、图如图4-2所示：图4-2 温度数据处理流程图4.3 1602显示部分1602的读写时序图如下：图4-3 1602液晶的读时序图图4-4 1602的写时序图根据以上时序图可以得出读写程序流程图如下：第 17 页5 调试5.1 硬件部分测试实现一个简单的测试，只有一个硬件电路，数字管显示静态值，易于写入数字显示程序，除了准备 P0 端口输出，使一个简单的键盘 LED 灯测试工作的键盘亮程序。5.2 软件部分测试在对所有的功能模块调试的过程中，在调试子程序时，若要设置断点以运行调试域环境的过程或方法，请使用单个步骤来注意录取条件和导出条件，注意检查方案的设计，以满足要求。(1) 测试显示模块。 当

21、模块测试显示时，将四内存单元分割分配给每个数字的数字管缓存，运行程序实现数字管的动态显示。(2) 通过给出一定值模拟电流温度值，低于或高于上限值，实现了报警模块程序测试声光报警功能。(3) 其他子例程测试例如，如果16被转换为10个子例程，并且是由单字节例程划分的双字节，则测试输出结果是否与理论结果相同 使用某些简单数字。实现上述功能模块和调试系统测试子例程。 在这个阶段，许多失败的实验表明，运行时的各种子例程将破坏场景，导致使用缓存单元互相碰撞，并且使用标记位被另一例程重写。 所以，我们在系统调试的时候，需要重新分配寄存器和内存，从而达到每个子例程使用的内存单元是相对独立且互补干涉的。从而实

22、现整个软件系统的基本功能，做到基本的通信。调试后，记录以下几组实验数据。 图5-1 数据测试图 6结语本次设计重点阐述了单片机和数字传感器 DS18B20 的相关使用原理和注意事项，并且组合使用了DS18B20 和 STC89C52 单片机、led1602 数字温度计和超温报警功能。本次设计中我们学习了一个51系列单片机而不是一个系统，所以学到 51 SCM 的原理和它的指令系统是 除了模拟到数字转换芯片，还有很多需要，ads7816 数据不多，作者花了很多时间来了解序列图的工作，并编写了一个模拟到数字转换器程序。 每个功能模块子程序的设计和调试相对简单，但结合起来进行综合调试有许多困难。 在

23、系统实施过程中，发现了一个新的问题。 这个项目的难点是整个软硬件系统的规划和设计。本次设计了基于单片机的数字温度计，重新的系统的了解了单片机自动控制系统的开发方法和相关概念，全面的剖析了单片机系统，熟悉了相关编程语言的使用情况，以及相关硬件的熟悉和了解。你自己动手能力的巨大进步。 它还增强了整合系统知识的能力。通过本设计，我主要有以下经验:(1) 设计思想以及相关设计、调试都是通过系统程序的编写来完成的。同时，模块化程序设计可以与系统相结合，所以必须注意与整个系统的关系。(2) 系统开发过程较长。在本次系统开发中需要不断的去学习，不断的去总结出现的问题。在此过程中慢慢的积累和沉淀，对今后的工作

24、将会有很大的帮助。大学生活一闪而逝，这几年的过往历历在目，在毕业即将到来的那一刻，总有些不舍，总有些莫名的惆怅，舍不得我的学校，也舍不得我的导师，也舍不得同窗好友，舍不得这里的一切。通过这次毕业设计的经历，我认识到了我的很多不足，例如论文的结构，专业知识的全面性，格式的重要性，以及最重要的态度问题，态度决定高度，细节决定成败。我想感谢我的学校，给了我这么好的学习环境，每天早晨跟同学们一起上课、讨论、嘻嘻，很开心，也很温暖。心静的时候，一杯咖啡，一本书，坐在宁静的图书管理里，感悟书中世界，尝试着跟古人来场辩论，跟前人来次交流，乐在其中。我要感谢我的父母，谢谢你们给了我这么好的条件，让我学习自己喜

25、欢的东西，有一技之长，让我不再迷茫，感谢你们给予我的勇气，让我无所畏惧，让我更有信心去飞翔，我相信我的天，很蓝，谢谢。参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术M（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，20152李广弟.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，20143阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20164廖常初.现场总线概述J电工技术，2016.5 MehrI,SingerL.A 55-mW,10-bit，40-Msample/sNyquist-rateCMOS ADCJ.Solid-StateCircuits，IEEE Journal of，2014,35(3):

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27、出版社2003 13李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，199814李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，199415阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，198916廖常初.现场总线概述J.电工技术，1999.17王勇 叶敦范.基于AT89S51 的便携式实时温度检测仪J.选自仪表技术与传感器.200618 MAXIM NEW Releases Data Book. volum 199819 omas C.Bartee.Computer Architecture and Logic DesignJ.McGraw-Hill

28、Inc. 1991.920 G Jiang M Zhang，X Xie，S Li.Application on temperature control of DS18B2J.Control Engineering of China，2003Digital thermometer based on single chip microcomputerZhu Xianhao(School of Physics and Electrical Engineering，Anyang Normal University，Anyang，Henan 455000)Abstract: With the progr

29、ess and development of the Times，supply chain management technology has become a relatively mature technology，in our life，work，scientific research and various fields are very popular，this paper mainly introduces the STC89C52 based on SCM temperature measurement system，a temperature measurement syste

30、m development，detailed description of the use of digital temperature sensor Ds18b20 mainly introduces the hardware connection sensor of SCM，software programming and system process of each module，in order to achieve a detailed analysis of each part of the circuit，the system can easily achieve the temperature collect