基于单片机的数温度计设计论文.docx

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1、数字温度计摘要21结论21.1 研究背景212研究目的与意义31.3课题研究的内容32数字温度计总体设计42.1 单片机的概述42.2 主控芯片AT89C51简介42.3 数字的显示62.4 系统设计步骤62.5 总体设计方案63数字温度计系统的硬件设计73.1 单片机最小系统73.2 数码管模块电路83.3 数据采集模块设计93.4 数据显示模块设计103.5 PCB的设计124数字温度计系统的软件设计154.1 系统的软件设计154.2 软件功能模块的设计165系统调试186设计总结19参考文献20传统的温度计性能单一、寿命短并且精度不高，用起来不可靠。而数字温度计的出现解决了这些问题。它

2、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一种基于51单片机，热敏电阻Pt1OO和12位串行模数转换器ADS7816的温度测量方法。包括大体的设计理念、较为具体的硬件电路设计和软件设计实现。到最后设计的的温度计的检测和控制的范围是0到100摄氏度，它的误差可以控制到0.1度。在控温这个模块中，借用了PID算法和模糊控制的算法。关键词：温度计单片机1ED显示器PCB设计1绪论11研究背景温度是代表这物体冷热程度的物理量，在日常生活中，温度是非常重要的数据，它一直在对我们的生活产生影响。在当代社会，科技高速发展，随着电子计算机技术的不断发展与应用，单片机技

3、术在各个行业也得到了充分的利用。新型的数字式温度传感器不仅能用来测量电信号，还具备测量温度、湿度等非电信号的功能，温度的检测及控制遍及我们的日常生活，在工农业生产等诸多领域也是不可或缺。因此，为了使人们的生活更加方便，温度传感器也就从模拟式走向了数字式。在当今社会，科技发展的越来越快，准确的测量和控制温度的需要越来越迫切。最近几年，一种新的测控技术即单片机的测量和控制出现在人们的视野中。提高对温度的测量和控制不仅可以提高人们的生活水平，还有就是由于当今技术的快速发展，对温度测量和控制也提出了新的要求，这对单片机控制的数字温度计的要求越来越产格。因此本文从微控制器的控制技术入手，在数字控制和智能

4、控制的方向上迸行了探讨和实践。温度也是工业对象中需要注意的重要参数，特别是在需要严格控温的行业中。在这些领域中，数字温度计由于其高可靠性和高精度而被广泛应用。12研究目的与意义笔者研究此项目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O度，最高为100度，在模数转换中使用的是热电阻传感器（Pt1o0）,ADS7816芯片。温度计的测量和控制范围为。到100摄氏度，精度可达01度O在通常的生活与学习中，我们常常用到温度计，如生病时测量体温的医用水银温度计、在温室大棚种植时需要的温度计、户外活动时用的户外温度计等等。大部分早先时候的温度计都使用玻璃和水银制作

5、的,其测量温度精确度不高而且使用单一化。此时，我们选择精度准确、读取方便的数字温度计就可以大大方便生活。它的出现悄无声息地为人类解决了很多隐忧。传统温度计由于自身的问题有许多不足，这限制了它在许多方面的使用。一直以来,温度计大多使用传统的温度计,它是由固体和液体的热膨胀原理制成的,它们都有一定的局限性和缺点。举例来看,传统的膨胀温度计它的功能比较单一,使用时间较短，误差较大，占用的地方也较大。数字温度计的出现解决了这些问题。数字温度计不但使其适用范围更加广阔，而且更加准确、高效。随着技术和新材料的发现，温度计的精度和类型发展非常迅速，例如热敏电阻温度计和热电偶温度计，以及新型数字温度计和电子温

6、度计,他们的使用原理更加简单，可使用的范围更加广阔。笔者所设计的控温系统也是一个测量系统。测量温度时，和传统的温度计不同的是，它的测量准确，温度输出可以显示在数码管或液晶上，因此十分方便阅读。13课题研究的内容每个建立在51单片机基础上的数字温度计系统，能准确地显示下至一度上至IOO度的温度O2数字温度计总体设计2.1 单片机的概述单片机的全称为单片微型计算机，是非常典型的嵌入式微控制器，其英文字母的缩写为MCU,单片机又可以称为单片微控制器，它不是一个用来完成完成某一个逻辑功能的芯片，相反它有很强的集成功能，可以把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机的构造已比较完备，它由存储器，运算器，控

7、制器和输入输出设备构成，与一个微型的计算机（最小系统）已不相上下，相比较计算机，它只是不具备外围设备等。简单地说：这一块芯片已是一台计算机。正是如此，它具有质量轻、体积小的优势，价格也相对便宜，用户受众较广，便于学习、开发和利用。同时，正是由于单片机构造的相对完整性，它也是学习和了解计算机原理及其结构的较好的选择之一。根据总线或数据寄存器的宽度，单片机可分为4位、8位、16位和32位单片机，这是一种基于总线和数据寄存器的分类方法。4位单片机广泛应用于冰箱、微波炉、洗衣机等家电控制面板；8位和16位单片机主要用于一般控制领域，没有操作系统；32位单片微型计算机通常用于具有嵌入式操作系统的网络和多

8、媒体处理的复杂场合。常见的微机包括51系列和ATME1AVR系列,Risa芯片广泛应用于日本的微型计算机,STM32系列（军队Cortex-M3,32位）和strm8系列（独立的RISC指令集,8位）,德州MSP430系列,以其低功耗。单片机广泛应用于现代生活中，人们使用的大部分电子产品都含有单片机，如手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑、鼠标等。超过40个芯片的微型计算机通常用于汽车。情况越复杂，单个芯片微型计算机的数量就越多。有些不那么简单和复杂的工业控制系统甚至需要数百个单片机在同一时间工作。单片微型计算机的数量也非常大，甚至超过PC机和其他计算机的总和。2.2 主控芯片AT

9、89C51简介AT89C51是一个4K字节的CMoS8位微处理器。它的性能高，使用的电压较低，即上述的单片机。AT89C51是一台2K字节的闪存微机，具有编程擦除的功能。可擦只读存储器的这种类型的单片机有一个非常强大的擦除功能,可以反复擦除设备的制造技术是ATME1IoOO倍高密度非易失性内存,可以兼容行业标准通过MCS-51汇编语言指令集和输出销,ATME1的AT89C51单片机是一个高效的微控制器,因为它结合了闪存和8位多功能CPU芯片,AT89C51单片机的多嵌入式控制系统为许多同类型的单片机提供了参考，其形状和引脚排列如图所示。ResetP3.O/RP3.1/TxOP3.2/IntOP

10、3.3/Int1P3.4/TOP3.5/T1P3.6/WriteP3.7/ReadOrysta12Crysta11VccPO.O/ADOPO.1/AD1PO.2/A,2PO.3/AE3PO.4/A04PO.5/AE5PO.G/AiPO.7/AD7EA/Vpp1E/ProyPSEZP2.7/A15P2.G/A.I4P2.5/A.13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/AIOP2.1/A9P2.O/A8G1MO图2-1AT89C051引脚排列方式AT89C51的功能非常完善：128字节的内部RAM,5向量两级中断结构，32条I/O接线，两个16位定时/计数器，4K字节的闪存，全双工串行通信运

11、动，片上振荡器和时钟电路。同时AT89C51不仅支持OHZ的静态逻辑操作，还可以选择切换到两种节电模式。如果选择空闲模式，CPU将停止工作，但是在这种情况下，RAM、定时器/计数器、串行通信接口和中断系统可以继续工作。如果选择了关机模式，系统保存RAM的内容，但在这种情况下，振荡器停止，不允许所有其他组件工作，直到下一个硬件恢复位置。2.3 数字的显示使用完善的74HC164实现串并转换。1ED显示屏有两种显示方式，包括静态显示和动态显示。笔者在此处运用的是静态显示，系统借用单片机串口来实现目的。串口处于模式零状态，即工作在移位寄存器模式，波特率是振荡频率的十二分之一。当器件在执行命令时，只要

12、目标寄存器使用SBUF,数据就会由RXD发送。如果写信号有作用，发送控制端子SEND就会在一个机器周期后生效，这允许RXD从TXD端子输出移位脉冲的同时发送数据。2.4 系统设计步骤确定系统的整体解决方案是系统设计中第一个步骤，同时也是最重要和最关键的步骤，通常情况下，总体设计方案应从这些方面进行思考：(1)根据系统的功能及指标要求，画出原理方框图；(2)确定系统采用的控制策略和控制算法；(3)明确软件的效用及构造及系统的硬件构造，并简略作图；(4)考虑多种方案，初步完成方案的比较和选择；(5)明确保证性能指标达到要求的技术措施；(6)系统抗干扰设计和可靠性设计。2.5总体设计方案按本课题将对

13、单片机控制系统的实现进行研究，实现一个以为AT89C51微处理器的数字温度计的方式,这种设计方式主要由显示模块、温度信号输入模块、模数转换模块等模块构成。按照设定好的设计思路做出以下设计流程图。主控制器1ED显示器温度传感器扫描驱动图2-2总体设计方案所要设计的系统总体架构如上图所示，该系统以51单片机为核心，通过MAX232与PC实现串口的通信，通过温度信号电路采集温度变化，来造成电压的信号变化，然后进行模数转换，把这些变化转换成数字量，经89C51单片机处理后显示在数码管。3数字温度计系统的硬件设计3.1 单片机最小系统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

14、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。单片机芯片的18脚（XTA12）输出端、19脚（XTA11）是是片内反向放大器的输入端，这一时钟电路需要在18脚（XTA12）和19脚（XTA11）之间连接上一个晶振，然后加上2个30PF的瓷片电容。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。复位电路的设计：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：

15、程序计数器清零，从OOH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。51单片机最小系统3.2 图3-1单片机最小系统3.3 数码管模块电路液晶显示屏、点阵、1ED数码管这三种的显示方案是较为传统较为常见的,这三种不同的方案都有各自的优势和劣势。3.3.1 液晶显示屏液晶分子本身不能发光的特性使其必须借助外部光源来发光。如此一来，它们的亮度和对比度就会大大减弱。而且液晶显示器的视角令人头疼，当背光源通过偏振器、液晶和配向层时，输出光就是有方向的了。也就是说，大部分光线是从屏幕垂直发出的，所以当你从大角度观看液晶显示器时，你看不到原来的颜色的，有时候甚至只能看到全白或全黑，液晶显示器极其节电，但它的使用温度范围限制很大，而且因为它是反光的，在外面光线很亮的时候很容易看不清楚。缺点：能够偏转的视觉角度很小，图像拖尾现象很容易发生，液晶显示器的亮度和对比度都不是很好，液晶经常出现“坏点”。优点：液晶显示器可视面积很大，而且它非常节能。3.3.2 点阵优点：成本低、加工工艺成熟、品质稳定；缺点：亮度、颜色一致性不好控制，容易出现马赛克现象；3.3.3 1ED数码管数码管消耗电力比液晶多一点，小于点阵的功耗，这样