【正文】 嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 題目名稱(chēng)： 基于 AT89C52單片機(jī)的 智能溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 姓 名： 所在分院： 機(jī)電與汽車(chē)分院 專(zhuān) 業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2021 年 6月 16 日 嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 目錄 摘 要 ............................................................... 1 引言 ................................................................ 2 1 智能溫度計(jì)的設(shè)計(jì)要求 .............................................. 2 2 主要原件的應(yīng)用 .................................................... 2 智能控制核心 單片機(jī)的選型 ................................... 2 數(shù)字溫度傳感器 ............................................... 3 3 智能溫度計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) .............................................. 4 硬件電路設(shè)計(jì) ................................................. 4 軟件設(shè)計(jì) ..................................................... 6 顯示模塊設(shè)計(jì) ............................................... 7 小結(jié) ................................................................ 8 致謝 ................................................................ 9 參考文獻(xiàn)資料 ....................................................... 10 嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 1 摘 要 近年來(lái)智能控制器件單片機(jī)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展到人們的日常生活 ,一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起。溫度是日常生活，工業(yè)，醫(yī)學(xué)，環(huán)境，化工等領(lǐng)域最常見(jiàn)到的一個(gè)物理量。測(cè)量溫度的基本方法是使用溫度計(jì)直接讀取溫度。最常見(jiàn)到的測(cè)量溫度的工具是各種溫度計(jì)，如水銀溫度計(jì)，熱電偶或熱電阻溫度計(jì)等。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過(guò)讀取刻度值的多 少來(lái)測(cè)量溫度。利用單片機(jī)和溫度傳感器構(gòu)成的電子式智能溫度計(jì)就可以直接測(cè)量溫度，既簡(jiǎn)單又方便， 同時(shí)又試用于許多場(chǎng)合。 關(guān)鍵詞 溫度傳感器； PLC單片機(jī) ； LED數(shù)碼顯示 嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 2 引言 在日常生活的各種場(chǎng)合 ,人們經(jīng)常需要使用溫度計(jì) ,而普通溫度計(jì)在使用過(guò)程中存在諸多不便 ,如水銀溫度計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)讀取方法復(fù)雜 。指針溫度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確 ,光線(xiàn)不強(qiáng)也難于讀數(shù) 。傳統(tǒng)的測(cè)溫元件熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓 ,再 轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度需要較多的外部硬件支持 ,硬件電路復(fù)雜 ,制作成本較高。本設(shè)計(jì)的智能數(shù)字溫度計(jì)具有低成本、電路簡(jiǎn)單、測(cè)量的溫度一目了然等特點(diǎn)。主控制器選用 8位單片機(jī) AT89C52,控制能力強(qiáng) ,價(jià)格比較便宜 。溫度采集電路選用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20,采集溫度范圍較寬 ,溫度范圍為 55176。 ~125176。精度較高 ,控制電路簡(jiǎn)單 。采用 LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示 ,耗電量低 ,顯示數(shù)字較大 ,亮度高 ,即便是光線(xiàn)很暗人眼也能清晰看見(jiàn)顯示溫度。 利用 AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)智能數(shù)字溫度計(jì) ,通過(guò)溫度傳感器自動(dòng)采集溫度 ,經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部處理為十進(jìn)制溫度值后 ,直接送入顯示電路顯示溫度值 ,測(cè)溫范圍 55176。 ~125176。 ,顯示精度為 176。 。采用 4位 LED數(shù)碼管顯示溫度 ,一位小數(shù)、三位整數(shù)。正溫度時(shí) ,最高位顯示百位溫度或不顯示 ,負(fù)溫度時(shí)最高位顯示符號(hào) “ ”。系統(tǒng)采用 12M晶振。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此 元件線(xiàn)形較好。在 0— 100攝氏度時(shí)，最大線(xiàn)形偏差小于 1攝氏度。 DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì) DS18B20和微控制器 AT89S51構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào) ,可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣 ,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單 ,體積也不大。采用 51單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多 DS18B20控制工作，還可以與 PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外 AT89S51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程 技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 智能控制核心 單片機(jī)的選型 嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 3 本系統(tǒng)涉及的智能控制器件 ,我們選用單片機(jī) AT89C51。比起低性能的 4位、高端的 16位單片機(jī) ,兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)的 AT89C51單片機(jī)是一個(gè)低成本、低電壓、抗干擾能力強(qiáng)、高性能 CMOS8位單片機(jī) ,片內(nèi)含 8kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě) 的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和 256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM),器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) ,片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash存儲(chǔ)單元 ,功能強(qiáng)大的 AT89C51單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 數(shù)字溫度傳感器 這次選用的 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20作為溫度檢測(cè)元件 (如圖 21),測(cè)溫范圍為 55176。 ~125176。 ,精度較高 ,可以直接采集被測(cè)點(diǎn)當(dāng)前的溫度值 ,并能將采集的 模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度值 ,而且它形如一個(gè)三極管 ,采用 3線(xiàn)制與單片機(jī)相連 ,硬件電路簡(jiǎn)單 ,節(jié)省系統(tǒng)成本并提高了系統(tǒng)可靠性。 圖 21 DS18B20引腳圖 引腳功能（如 表 21） 表 01 引腳功能表 序號(hào) 名稱(chēng) 引腳功能描述 1 GND 電源地 2 DQ 為數(shù) 據(jù)輸入輸出引腳， 開(kāi)漏單總線(xiàn)接口引腳。當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向期間提供電源。 3 VDD 為外接供電電源輸入端 (2)溫度數(shù)據(jù)值格式 (如圖 22)。 DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后 ,啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 ,并將轉(zhuǎn)換后的溫度值以 16位帶符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速緩存存儲(chǔ)器的嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 4 每 2字節(jié) .單片機(jī)可通過(guò)單線(xiàn)接口讀到該數(shù)據(jù) ,讀取時(shí)低位在前 ,高位在后 ,數(shù)據(jù)格式以 176。 C/LSB形式表示。 圖 22 溫度格式圖 注 :“ S”為標(biāo)志位 :當(dāng)符號(hào)位 S=0時(shí) ,表示測(cè)得溫度值為正 。當(dāng) S=1時(shí) ,表示測(cè)得溫度值為負(fù) ,先將補(bǔ)碼變換為原碼 ,再計(jì)算十進(jìn)制值。 （ 3） 溫度轉(zhuǎn)換 這條命令啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換而無(wú)需其它數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行 ,而后DS18B20保持等待狀 態(tài)。如果總線(xiàn)控制器在這條命令之后跟著發(fā)出時(shí)間隙 ,而DS18B20又忙于做溫度轉(zhuǎn)換的話(huà) ,DS18B20將在總線(xiàn)上輸出 0,若溫度轉(zhuǎn)換完成 ,則輸出 1。 （ 4） DS18B20工作時(shí)序 作 為單總線(xiàn)器件 ,DSl8B20與單片機(jī)間采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式 ,要求按照嚴(yán)格的時(shí)隙進(jìn)行操作。主機(jī)使用時(shí)間隙來(lái)讀寫(xiě) DSl8B20的數(shù)據(jù)位和寫(xiě)命令字的位 (在此所有程序均采用 12M晶振 ),單片機(jī) DSl8B20數(shù)據(jù)線(xiàn)。 硬件電路設(shè)計(jì) 智能數(shù)字溫度計(jì)硬件電路以智能控制器件 單片機(jī)的控制為核心 ,包括三個(gè)部 分 :單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、溫度傳感器 DS18B20測(cè)溫電路、 LED數(shù)碼管顯示電路。硬件電路 (如圖 31) 嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 5 圖 31 硬件電路圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) :包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路及片選信號(hào)電路 4個(gè)部分 ,是支撐單片機(jī)控制外圍設(shè)備的不可缺少的最小外圍電路 ,缺一不可。 溫度傳感器 DS18B20測(cè)溫電路 :DS18B20的 2號(hào)引腳 (數(shù)據(jù)端 )接至單片機(jī) ,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 DS18B20進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)系 ,單片機(jī)輸入信號(hào)給 DS18B20使其初始化 ,并命令DS18B20開(kāi)始將測(cè)量的模擬信號(hào)溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) ,并將數(shù)字信號(hào)溫度值輸入單片機(jī) ,單片機(jī)將溫度值保 存。 LED數(shù)碼管顯示電路 :采用四位數(shù)碼管顯示溫度值 (3位整數(shù) ,一位小數(shù) ),當(dāng)溫度出現(xiàn)負(fù)值 ,則最高位的數(shù)碼管顯示“ ”。利用單片機(jī)的 P0口控制數(shù)碼管的八段段碼 ,利用 4個(gè)數(shù)碼管的位碼 ,并采用動(dòng)態(tài)掃描方式動(dòng)態(tài)顯示溫度值。 測(cè)溫傳感器選用熱敏二極管傳感器。這種傳感器是利用半導(dǎo)體的溫度特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)功能。硅二極管的結(jié)電壓在 嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 6 溫度每升高 1℃時(shí)，電壓下降 2mV，它屬于 PN結(jié)型溫度傳感器，它在 0℃ — 100℃溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的線(xiàn)性，尺寸小，熱時(shí)間常數(shù)為 — 2s，靈敏度高，測(cè)溫范圍是 50℃ — 150℃。 信號(hào)調(diào)理電路中包括電橋和放大部分。將測(cè)溫二極管放入電橋的一個(gè)橋臂，可直接輸出傳感器相對(duì) 0℃時(shí)的電壓輸出，再將橋路輸出送給 AD620的差分輸入端，進(jìn)行 50倍的放大，在經(jīng)過(guò) OP07組成的 100倍的反相放大電路，使得傳感器感受 0℃ — 100℃的溫度時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路對(duì)應(yīng)輸出 0— 壓值，這個(gè)電壓值正好是 AD574的 0— 10V單端輸入電壓的范圍。 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序控制流程（如圖 32） 圖 32 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)流程 (1)溫度采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)該子程序的功能是啟動(dòng) DS18B20溫度轉(zhuǎn)換 ,并將 DS18B20RAM中的前兩個(gè)字節(jié)溫度數(shù)據(jù)讀入單片機(jī)指定存儲(chǔ)單元中。 (2)溫度轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 BCD碼 該子程序的功能是判別所測(cè)溫度的正負(fù)值 ,并將其小數(shù)及整數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制 ,再存入單片機(jī)指定的溫度存儲(chǔ)單元中。 (3)單片機(jī)保存十進(jìn)制 溫度值 該子程序?qū)嚎s BCD碼溫度數(shù)據(jù)拆分后裝入顯示緩沖區(qū) 70Ⅱ 73