【《单片机的数字温度计设计》3800字（论文）】

单片机的数字温度计设计1.引言 11.1设计背景 11.2设计总体方案 12.硬件结构设计 22.1单片机最小系统 22.2数据采集模块设计 32.3数据显示模块的设计 53.软件系统设计 63.1系统的主程序流程 63.2软件功能模块的设计 74.仿真与调试 8 96.参考文献 9第1页共15页摘要：传统的温度计性能单一、寿命短并且精度温度计的出现解决了这些问题。它不但使温度计的适用范围更加广泛，而且更加便捷、实用，效率也更高。这篇论文仔细的探讨了以五一单片机为基础，通过两种温度测量方法对其进行测量，第一种是热敏电阻测量方式；第二周是12位串行模数转换器测量。通过对其设计理念以及软件和硬件的使用范围进行分析和研究，并将其温度的检测和控制范围控制在0至100摄氏度之间，将其之间的误差率控制到0.1体温计是人们生活当中最常见的温度测量工具，是人们生活与工作当中的必备品，当人们的免疫力低下受到病毒袭击的时候，大多数采用的是水银体温计，这种温度计的适用范围比较广泛，比如温室大棚、、户外活动和室内温度测量等，但水银温度计是传统的温度测量工具，关于其精确度方面，有着一定的差异，而且使用单一化，因此，选择精度准确、读取方便的数字温度计就可以改变传统温度计不足的地方。本次设计的主要目的是检测水温，室温及人体温度，系统核心采用51系列单片机，它的测量温度最低为0度，最高为100度，在模数转换中使用的是热电阻传感器(Pt100),ADS7816芯片。关于温度计的对测量范围和控制范围，规定在0至100摄氏度之间，其误差范围在0.1摄氏度左右。1.2设计总体方案本次设计实现一个以为AT89C51微处理器的数字温度计的方式，这种主要由显示模块、温度信号输入模块、模数转换模块等模块构成。按照设定好的设第2页共15页图1系统总体框图通过对系统的总体架构图进行分析，系统所采用的单片机为五一单片机，是该系统的核心组成部分，通过系统与电脑接口的对接，利用温度信号来测试系统温度的变化，电压的信号会受到温度的影响而产生变化，进而转化为数值，数值再经过51系列的单片机，它只要想正常工作，那么时钟电路、复位电路不可或缺。单片机作为一种时序电路，要使它正常运作，就需保证有时钟信号。钟频率限制(最大值和最小值)会因设备不同而不同，它的标准做法是12MHz频率。8051可通过两种方式复位，上电复位(当电源打开时复位8051)和手动复位 (仅在手动按下按钮时才发生复位)。无论是什么方式的复位都不会影响内部RAM上的具体信息。要发生复位，复位输入引脚(引脚9)必须在至少2个机器周期内高电平有效。在复位操作期间：程序计数器清零，从00H开始，默认选择寄存器组#0,堆栈指针初始化为07H,所有端口都写入FFH,这里选用的是手动复位。第3页共15页51单片机最小系统99234568pXTAL1P2.5/A13P2.7/A15图2单片机最小系统想要对硬件电路进行设计，就必须采取合理的方式来分割系统，让其形成相应的模块，结合模块设计来搭建出一个完整的电路图。关于硬件电路，详情见图3所展示：第4页共15页图3关于温度信号有关的输入电路示意图惠斯登桥式电路主要构成在于四点，即一是R2;二是R3;三是R4;四是PT100。其主要的作用是将差分信号向运算放大器进行传递，在由其信号向模拟转换器进行传递。将可调电阻，即“R11”融入到电桥桥壁中，由其来对差分电压信号做出调整。以温度调整为例，正常情况下调整区间应当控制在最低0°,最高100度，温度会随着PT100的阻值发生改变。图4模数转化芯片ADS7816模拟转换芯片比较接近12位模数转换器，有典型的逐次逼近性能，其数值表达的精确率高达0.0625,上图展示的是系统的工作时间和工作顺序。由此可见，信号的转换是受者时钟信号的控制，并在一定程度上控制着数据的转换效率，对转换后的数据传输是需要在时钟信号得到下降的时候才能实现，关于数据的接收，通第5页共15页常会参考时钟信号的下降沿或上升沿。模拟转换器芯片对样本的采集和传输有一定的转换周期，在周期内才能进行有效的传输，在某种情况下，也会出现传输误差，导致无效信号的输出，以上原因的造成，通常是第二个时钟信号下降沿出现的时候，第三个时钟信号的下降沿输出转换后的数据，因此，输出数值的型号，前面的是高位，后面的是低位，最后，通过最低位进行输出，CS变这一模块的设计主要是为了突出温度数据的显示功能，用数字的形式最直观的数码馆的另外一个别称是LED显示器，显示器的主要组件为发光二级管，在平常的设计工序里，对数码管的选用一般会采用7段的显示块，其中包含的发光二极管一共有八个。因此，在设计领域通常会称之为八段显示器，它的显示模式是有7个笔字形的数字“8”和“.”组成，构成元件分别为7个和1个发光二级管，所展由于要显示的温度数据精度要求为0.1,最低测温为0度，最高为100度，在这种测量要求下，就需使用4位八段数码管显示的方法。因为要实现多路复用，就相应地需要采用动态显示方法并并联四个数码管的段选线，关于显示电路硬件，详情见图6所示：图6显示模块电路上图所示，共阴级数码管和公共阴极的输出端是和反向驱动器输出端相互连接，将反向驱动器的一个输入端设置为高电平时，那么,其输出端将会输出低电平，促使数码管的公共阴极呈现低电位状态，以便于该点位的正常显示。3.软件系统设计系统软件主程序流程图如图7所示。(1)转换程序打开模拟转换芯片时，有一个稳定的周期，通常情况下是1.5到2个周期，当Dout呈三态模式时，模拟转换芯片会对温度的信号进行收集，并有Dout将搜集到的无效信号给予输出，并对此信号进行检测，最后由芯片传出转换后的数值标志位，当检测信号为零时，单片机则会从芯片接收部分数值，其中分别为以下两种，第一种是高四位数值；第二种是低八位数值；并将接受到的数值进行储存，将12位数值接收完毕以后，则要关闭模拟转换芯片，在没有关闭的情况下，它将会一直(2)数据显示程序设计此处的显示程序采用LED的动态显示，其中一个输出口输出数位的控制码，控制共阳极LED显示器的公用极，刚出现为低电平时，显示器边会显示相对应的数字，此输出口为控制通道，另外的输出口所显示的数值，只有八位驱动器对数字进行输送，以显示到的相对应的显示端，这个输出口被称为段控制通道。段控制通道所输出的断码数字有8个，是由单独的二级管控制，单机片数值传输至8位断码时，有一个数码管能够正常显示，数码管的显示是由位选来决定的，以上情况则表明，在被为位选和段选同时是时，数码管的数值才能得以正常显现，不论位选或者断选，两者缺一不可，数码管都不能正常显示。若要同时显示多个数码管时，则需要根据以下步骤来进行操作，利用位选来单独选择数码管时，要输入当前数码管所需要的数值，但需要显示下一位数码管时，那么,要先取消当前的数码管位选，此时就会发现，数码管处于熄灭状态，利用人眼睛的余晖效应，原数码管呈现熄灭状态时，人们的视觉里仍出现着显示过的数字，因此，利用余晖效应，通过不同的频率给数码管传输运选和段选的信号波段，数码管位的数值将会得到稳定的显示效调试过程：调试每个子程序模块，观察数码管所代表的的子程序模块是能不能正常的动态显示；为了调试控制子程序，先要优化主体的控制框架，看是否正常调用子程序进行正常操作，是不是可以正常工作实现相应的功能；主程序的调试，看每个子程序模块和控制程序的融合是否顺利，主要取决于程序的执行步骤是否与设定一致，在某一时间运行的程序状态是不是正确的。如果不是就要继续修改，重修测试了。以显示模块角度而言，针对此模块进行测试时，需要将相关数值进行分配，并以键盘中断程序角度而言，对其进行测试则需要观察程序存储单元呈现出的温度情况，通过温度分析，了解温度上限与温度下限呈现出的变化。以其他子程序角度而言，对其进行测试可以借助多种方式来进行，譬如，将十六进制程序进行有效转换，让其形成十进制程序，通过对比计算结果和输出结果，另外，为了防止上述功能和程序出现运行问题，还需对整个系统采取全方位测试，经对测试结果进行分析后得知，这主要是因为子程序在操作期间破坏了场景，与使用过的缓存单元相互冲突，标志位的使用被另一个子程序重写。因此在后面的调试中，只有保障各单元拥有独立性，才能确保系统有效运转。本文在研究时主要是以单片机作为核心，设计构建数字温度计，通过本次设计，不仅巩固了我以往所学的知识，而且更增长了我的视野，掌握了更多设计经验。完成这个毕业设计后，我不仅对自己的专业知识有了更