基于51單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書

目錄

1  設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

1．1  設(shè)計(jì)任務(wù)

1. 2  設(shè)計(jì)要求

2  設(shè)計(jì)方案

2. 1 設(shè)計(jì)思路

2.2  溫度檢測硬件系統(tǒng)各模塊功能

2.2.1  單片機(jī)STC89C52RC

2.2.2  溫度傳感器DS18B20

2.2.3  液晶顯示器LCD1602

2.4.3  LCD1602主要特性

3  硬件電路設(shè)計(jì)

3.1  系統(tǒng)框圖

3.2  最小的單片機(jī)系統(tǒng)

3.2.1  時(shí)鐘電路

3.2.2  復(fù)位電路

3.3  溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.4  液晶顯示電路設(shè)計(jì)

4  軟件設(shè)計(jì)

4.1  整體系統(tǒng)分析

4.2  程序流程圖

4.3  C語言程序

5  Proteus軟件仿真

6  實(shí)物制作

6.1  器材清單

6.2  最小系統(tǒng)板制作

6.3  溫度檢測系統(tǒng)電路板制作

6.4  溫度檢測展示

6.5  焊接點(diǎn)展示

6.6  實(shí)物圖展示

6.7  作品檢查

利用電阻、瓷片電容、電解電容、12MHz晶振、STC89C52單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、1602液晶顯示器、1P杜邦線、排針、最小系統(tǒng)板、電位器、洞洞板等，完成一個(gè)溫度檢測系統(tǒng)。

1、采用單片機(jī)及溫度傳感器設(shè)計(jì)溫度檢測系統(tǒng)。

2、溫度檢測結(jié)果采用液晶顯示器輸出。

    1、熟悉此電路工作原理。

2用溫度傳感器18B20測環(huán)境溫度，用LCD1602顯示測量結(jié)果。

3、畫出Proteus原理圖，PCB圖。   

4、用Proteus仿真。

5、測量范圍0~99攝氏度，精度誤差小于1攝氏度。   

6、一份設(shè)計(jì)說明書。  

7、做出所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的實(shí)物。

    由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以可以采用溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。

    故針對(duì)上述現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)控制的溫度采集與顯示系統(tǒng)，它以STC89C52單片機(jī)為核心，采用溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集以及運(yùn)用LCD1602液晶顯示器來顯示數(shù)據(jù)。在溫度信號(hào)的采集方面，采用DS18B20型溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編碼實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字式讀數(shù)方式，可在-50℃～＋300℃范圍內(nèi)顯示數(shù)據(jù)，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。

DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。

    1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍:3.0~5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。

    2、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。

    3、 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。

    4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。

    5、溫范圍-55℃~+125℃，在-10~+85℃時(shí)精度為±0.5℃。

6、可編程 的分辨率為9~12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

    DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成:64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的外形及管腳排列如圖2.2所示:

圖2.2 溫度傳感器DS18B20

DS18B20引腳定義:   

(1)GND為電源地;

    (2)DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端;

    (3)VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時(shí)接地)。

1602液晶顯示器也叫1602字符型液晶顯示器，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂�以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。如圖2.3所示:

圖2.3液晶顯示器LCD1602

LCD1602管腳介紹

LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，如圖2.3所示，其中從左到右為1-16腳：   

第1腳：GND為電源地   

第2腳：VCC接5V電源正極

第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。

第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。

   第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。     第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。

第7-14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。

第15-16腳：空腳或背燈電源，15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。

1、3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)。   

2、內(nèi)含復(fù)位電路。

   3、提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。  

   4、有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。

5、內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。

6、8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。

溫度檢測系統(tǒng)由USB接口電源，DS18B20溫度傳感器組成的溫度檢測模塊，STC89C52單片機(jī)組成的核心電路，復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及液晶顯示器組成的顯示電路構(gòu)成。如圖3.1所示:

圖3.1 系統(tǒng)框圖

單片機(jī)最小系統(tǒng)以STC89C52RC為核心,外加時(shí)鐘電路和復(fù)位電路,電路結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強(qiáng),成本相對(duì)較低,非常符合本設(shè)計(jì)的所有要求。

時(shí)鐘電路在單片機(jī)的外部通過XTAL1,XTAL2這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。本系統(tǒng)采用的為12MHz的晶振,一個(gè)機(jī)器周期為1us,C1、C2為30pF。如圖3.2所示:

圖3.2 時(shí)鐘電路仿真圖

復(fù)位電路分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位,RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端,復(fù)位信號(hào)是高電平有效。

上電自動(dòng)復(fù)位通過電容C3和電阻R1來實(shí)現(xiàn)。如圖3.3所示:

圖3.3  復(fù)位電路原理圖

按鍵手動(dòng)復(fù)位是復(fù)位鍵來實(shí)現(xiàn)的，上圖3-6中未添加復(fù)位鍵，復(fù)位鍵可添加在正5V電源與單片機(jī)RST管腳之間。

DS18B20采用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，第2管腳外接一個(gè)4.7k上拉電阻與單片機(jī)的P3.7口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，第3管腳外接正5V電源，第1管腳接地。如圖3.4所示:

圖3.4  溫度檢測仿真圖

外部電源供電方式是DS18B20的最佳工作方式，工作溫度可靠，抗干擾能力強(qiáng)，電路也簡單，并且可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

LCD1602液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，VSS管腳接地，VDD管腳接正5V電源，VEE管腳接電位器RV1，RS管腳外接單片機(jī)的P2.0口,RW管腳接P2.1，E管腳外接單片機(jī)的P2.2口，D0-D7管腳分別接單片機(jī)的P0.0-P0.7口，仿真圖未標(biāo)識(shí)出的A、K管腳為背光燈電源管腳，分別接正5V電源和地。如圖3.5所示:

圖3.5液晶顯示電路原理圖

液晶顯示器雖然加了驅(qū)動(dòng)電路，但并不發(fā)光，液晶顯示器發(fā)出來的光是由背光發(fā)出的，燈管的特性類似于家用日光燈，工作時(shí)需要高壓。這部分電路通常稱為高壓背光電路�；蚪懈邏罕彻怛�(qū)動(dòng)電路。液晶顯示器所消耗的電能基本全是由背光消耗。相對(duì)而言，這部分電路工作在高壓大電流下，很容易出現(xiàn)故障，液晶顯示器的自然故障大多數(shù)是這個(gè)部分出現(xiàn)了電路故障。

溫度檢測系統(tǒng)由溫度及中斷初始化，溫度檢測，溫度輸入處理，溫度顯示等幾部分模塊組成。如圖5.1所示：

圖4.1  軟件設(shè)計(jì)

程序流程圖包括：開始后先進(jìn)行各個(gè)模塊的初始化，然后再進(jìn)行溫度（數(shù)據(jù)）的采樣處理，最后由液晶顯示器輸出溫度。如圖5.2所示:

圖4.2  程序流程圖

溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 Proteus原理圖設(shè)計(jì)，找到12MHz晶振、STC89C52單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、液晶顯示器等器件，并用線進(jìn)行連接，注意電源與地。如圖6.1所示:

圖5.1  溫度檢測系統(tǒng)仿真圖

加載程序液晶屏顯示溫度。如圖6.2所示：

圖5.2  溫度檢測系統(tǒng)模擬運(yùn)行

通過調(diào)整DS18B20中的“+”“-”即可改變顯示數(shù)值。

  實(shí)物制作用到的器件有以下幾種，如表7.1所示:

表6.1   溫度檢測元器件明細(xì)表

焊接最小系統(tǒng)板，把電容、極性電容、12Mhz晶振、電阻、排針、底座插到最小系統(tǒng)板上，因?yàn)楸趁骐娐范家堰B接好，只需在各個(gè)位置焊上個(gè)元器件即可。實(shí)物圖如圖7.1所示:

圖6.1  最小系統(tǒng)電路實(shí)物圖

DS18B20焊接時(shí)應(yīng)注意1,2,3腳，電路板最右面焊排針，以便輸入信號(hào)。 輸入程序前用杜邦線將各個(gè)模塊進(jìn)行連接。

室內(nèi)溫度測量如圖7.2所示:

圖6.2 室溫

用手指捏住DS18B20一段時(shí)間，再次進(jìn)行溫度的測量。如圖7.3所示：

圖6.3手指加熱

每個(gè)焊點(diǎn)以方正，不帶刺，均勻?yàn)楹�。�?dāng)焊好電路后，仔細(xì)檢查焊點(diǎn)質(zhì)量與是否導(dǎo)通。如圖7.4所示:

圖6.4  焊接點(diǎn)展示

圖6.5  實(shí)物圖展示

1、首先按照仿真圖將實(shí)物焊接,注意焊接的質(zhì)量,不要出現(xiàn)虛焊等現(xiàn)象。   

2、通電觀察現(xiàn)象。   

3、通電后無反應(yīng)。

4、將單片機(jī)換一塊最小系統(tǒng)板,檢查是否原來最小系統(tǒng)板有問題及單片機(jī)是否有問題。

5、液晶顯示器的顯示和仿真是否有不同。

6、檢查單片機(jī)引腳與液晶顯示器連接的順序是否正確.程序是否匹配。   

7、液晶顯示器不亮或亮的很暗。

8、檢查線路的正負(fù)極是否接反,檢查限流電阻阻值是否正確,檢查是否有斷路現(xiàn)象。

當(dāng)焊好電路后通電之后，發(fā)現(xiàn)電路不亮，檢查了一下單片機(jī)向外的接口，虛焊了個(gè)地方，重新焊好后，接入液晶顯示器，發(fā)現(xiàn)有一組液晶顯示器不亮，原因是未連接背光電路，重新連接后，通電，試驗(yàn)成功。

本設(shè)計(jì)是以STC89C52為核心，利用軟硬件相結(jié)合的典型例子。通過做本課題，使我了解LCD1602液晶顯示器和DS18B20的基本理論知識(shí)，更深入的了解單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用和C編程控制。為以后從事單片的這方面的工作和以后的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，樹立了獨(dú)立從事設(shè)計(jì)制作的信心。同時(shí)也培養(yǎng)了我認(rèn)真做事的態(tài)度，和獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。從得到題目到查找資料，在這一個(gè)充滿挑戰(zhàn)，充滿熱情并伴隨打擊的過程中，我感觸頗深，它是對(duì)我做事的毅力和耐心的考驗(yàn)。我在這個(gè)過程中深刻的感受到了做設(shè)計(jì)的意義所在，和我一樣真正投入了身心去做的人也一定會(huì)有同樣的感觸。雖然自己滿打滿算一共接觸單片機(jī)有三個(gè)多月了，而且也參加過一點(diǎn)比賽，但對(duì)單片機(jī)的熟悉程度還是不夠。想要自己設(shè)計(jì)一個(gè)模型困難還是很大。聽過老師的課后感覺對(duì)單片機(jī)內(nèi)部很不熟悉。在以后的學(xué)習(xí)中打算從匯編語言也學(xué)一點(diǎn)，可以真正熟悉、認(rèn)識(shí)單片機(jī)吧。再一點(diǎn)是多看單片機(jī)的程序和示例，熟悉后再考慮創(chuàng)新。

在這兩周中，我漸漸的明白了自己是多么的無知，看到實(shí)驗(yàn)室里成天忙碌的諸位大神，深表慚愧，我從剛過去的暑假就開始接觸單片機(jī)，開始是看視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，后來開學(xué)之后，我們開了單片機(jī)這一門課程，于是就抱著學(xué)習(xí)的心態(tài)買了一開發(fā)板，結(jié)果卻沒怎么練習(xí)，才造成了這兩周舉步維艱、困難重重。在焊接電路板時(shí)我們組遇到了好多問題：

一是，起初我們的的焊點(diǎn)不美觀，可能是烙鐵頭不熱的緣故，導(dǎo)致了某個(gè)焊點(diǎn)虛焊，不能完成應(yīng)有的結(jié)果，但幾經(jīng)修正，焊點(diǎn)變得圓滑了許多

二是，焊接的電路板不漂亮，起初我們不會(huì)走錫，相鄰的焊點(diǎn)連接起來較為困難，板子上好多小鐵片都被焊掉了，幾經(jīng)嘗試，換過洞洞板之后焊點(diǎn)就美觀很多了，解決了最初遇到的問題。

最后，我們小組幾個(gè)成員是分開去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行焊電路的，不知是誰把P0口的插頭給弄掉了，導(dǎo)致單片機(jī)不能正常工作，出現(xiàn)許多亂碼，最終發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題。解決方案有兩種：一是把P0口的線接到P1口上，之后改程序調(diào)試；二是更換一STC89C51單片機(jī)。由于時(shí)間緊，我們選擇了后者，并且調(diào)試成功了。在調(diào)試完成之后，我們又對(duì)實(shí)物圖進(jìn)行了“美化”設(shè)計(jì)，解決了線路亂，元器件擺放混亂的種種問題。部分長杜邦線用短的代替，最小系統(tǒng)跟液晶顯示器LCD1602都固定在洞洞板上，連接線路省力了不少，算是另類創(chuàng)新了。

這次課程設(shè)計(jì)基本的完成了任務(wù)書的要求，實(shí)現(xiàn)了溫度的測量。還有一些不足的是，我還沒有摸清這一課程設(shè)計(jì)源程序的思路，面對(duì)著如此長的程序還無從下手。通過測試表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確的，可行的。但是由于設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。在以后的學(xué)習(xí)中要更加努力上進(jìn)，彌補(bǔ)發(fā)現(xiàn)的這些缺點(diǎn)和不足。

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