温度测量系统设计与总结报告

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1、温度测量系统设计与总结报告摘要：本文介绍的是利用单片机STC89C52与DS18B20、DS1302、设计出一个具有万年历和数字温度显示功能的设计，用液晶显示屏1602LCD显示的温度测量系统。本设计对温度 进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能。要测的环境温度通 过一线温度传感器DS18B20采集，测量范围0100 C,分辨率不低于0.1 C,然后通过 C52单片机处理并在液晶显示屏1602LCD上显示。同时单片机控制加入了一个报警电路 蜂鸣器电路，能通过独立键盘设置温度报警上下限，当温度达到高、低限温点时将发出声音 报警信息。时钟芯片DS1302用于计时，起到万年历

2、的作用，能通过独立键盘调节万年历时 间和日期。能通过独立键盘实现温度显示界面和万年历显示界面的切换。关键词:电子万年历；单片机；温度测量；时钟；液晶显示弓I言：由于课题基本要求设计一种具有能数字显示被测发热体温度，测量范围0100 C， 分辨率不低于0.5 C；通过键盘可任意设置温度报警的上限和下限，当温度达到高、低限 温点时将发出声或光报警信息的温度测量系统。但通过我们对各种温度测量系统的观察， 发现了一些不足之处，比如：温度分辨率过大、无时间和日期显示等,这都给人们的使用带 来了某些不便。为此设计了一种具有温度测量和万年历显示功能的基于52单片机的温度测 量系统。一:方案设计与论证方案1：

3、1.1单片机芯片的选择：采用AT89S52，片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51 系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM存储空间，同样具有89C52的功能，且具有 在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需 要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插。1.2显示模块选择：采用8段数码管显示。1.3时钟芯片的选择：不使用时钟芯片，而直接用AT89S52单片机来实现电子万年历设计。单片机计时，利用 它的一个16位定时器/计数器每50ms产生一个中断信号，中断20次后产生一个秒信号，然 后根据时间进制关系依次向分、时、

4、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机来 实现电子万年历设计。1.4温度传感器的选择：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻 阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。方案2：2.1单片机芯片的选择：采用89C2芯片作为硬件核心，STC89C52是一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具 有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程 Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。2.2显示模块选择：米用液晶12864显示。2.3时钟芯片的

5、选择：不使用时钟芯片，而直接用STC89C52单片机来实现电子万年历设计。单片机计时，利 用它的一个16位定时器/计数器每50ms产生一个中断信号，中断20次后产生一个秒信号， 然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机 来实现电子万年历设计。2.4温度传感器的选择：采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器 DS18B20作为检测元件，测温范围为-55125C，最大分辨率可达0.0625C。方案3：3.1单片机芯片的选择：采用89C2芯片作为硬件核心，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具 有8K

6、在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程 Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。3.2显示模块选择：米用液晶1602显示。3.3时钟芯片的选择：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、 分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高位的RAM做为数据暂存 区，工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.3.4温度传感器的选择：采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范

7、围为-55125C，最大分辨率可达0.0625C。方案论证：单片机芯片的选择：虽然说采用AT89S52，同样具有89C52的功能，且具有在线编程 可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程 序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。但是专用的并口烧写口成本较高。 而采用STC89C52，虽然运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进 行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会 对芯片造成一定的损坏。但是可以采用40引脚IC座，可轻松对芯片进行多次拔插，成本方 面也较低。因而选用STC89C5

8、2芯片。显示模块选择：采用8段数码管显示，虽然可视范围十分宽，而且经济实惠，也不需 要复杂的驱动程序，但是操作比液晶显示略显繁琐，内容显示也不多，比较局限。采用液晶 12864显示，液晶显示效果出众，可以运用菜单项来方便操作，可显示大量文字图形，显示 多样、详细，清晰可见，操作也比较简单，但是价格比较昂贵，体积大。采用液晶1602显示， 虽然显示不了文字，但是价格较实惠，比液晶12864的体积小，功能也相差无几，较适合此 次作品。因而选用液晶1602显示。时钟芯片的选择：不使用时钟芯片，而直接用AT89S52单片机来实现电子万年历设计。 虽然减少芯片的使用，节约成本，充分利用了单片机的资源，但

9、是精度不够高，时间误差较 大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。而采用DS1302作为主要计时芯片，可以做到 计时准确。更重要的是，DS1302可以在很小电流的后备电源（2.55V电源，在2.5V时耗 电小于300nA）下继续计时，停电后时钟无需重新调整，并可编程选择多种充电电流来对后 备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电，还可自设闹铃,阳历、星期与年月日自动对应。因而选用了时钟芯片DS1302。方案选定：由于在系统设计时，需要考虑以下几点因素：实用性、功耗低、精确度高、软件编程较简单，元器件体积小、元器件成本低等，故本系统采用方案3。二:电路设计1、电路设计框图2、单片机主控制单

10、元电路设计:STC89C52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O 口 PO,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O 口（PO、Pl、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系统如下图所示，第9引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后够上电复位 电路。第12引脚和第13引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是 振荡器倒相放大器的输入，XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相 放大器的输出。第3、4、5、6引脚接独立键盘电路，第23引脚接DS18B20温控电路，第 24引脚接蜂鸣器电路，20引脚为接地端,

11、40引脚为电源端.如图所示U2IPl 1Pl.23P134Pl斗5Pl-5总Pl 6-Pl.?1sRST?9P3.010P3 1UPSJ上P3.313PS.4l斗P3.515P3.515P3 rXTAL2 . IBXTAL1 19.1F1.0Pl 1F1.2Pl 3F14P1JP1.6 Pl.-ESTVPD) P3G(KXD) P3.1IXD) P3.2JINTO) P33INT1)P3.4TO)P3_5(TljP3.TRD)XTAL2STAL1GNDVCCF-D.OP0.1PD.2P03 胞斗PD.iPD.SP0.7EA VDD ALE PROG PSENP2.4P23KL1P21KJE40

12、rE14PCEasPSI-哒PMF洌PDZ33pat32p打VCC.10103tK2EFl-2-P2 5占1P25R2.424RL3m.212m.i-?ir Pio单店机部分STC89C523、DS18B20温度采集单元电路设计：采用数字式温度传感器DS18B20，它是数字式温度传感器，具有测量精度高，电路连接 简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用P2A2与DS18B20的I/O 口连 接加一个10k上拉电阻,Vcc接电源,GND接地。DS1汨理VCC P2.2 p |10k4、独立键盘单元电路设计：温控电路独立按键电路，由四个轻触开关组成，组成功能按键，是用来设置万年历和温

13、度报警上下限的，配上程序之后，能起到切换功能。GKDL 4SW311n J-nSW411SW511I i5、1602显示单元电路设计:1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等得点阵型 液晶模块，可以显示两行，每行16个字符液晶模块。内含复位电路，并提供各种控制命令, 如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。3引脚接个可调电阻，可通过调节 可调电阻来调节1602LCD的对比度。为防止直接加5V电压烧坏背光灯，在15引脚串接一个10Q电阻用于限流。P5GND 0;i)DQ = 0; /给脉冲信号dat=1;DQ = 1; /给脉冲信号辻(DQ) dat|

14、=0x80; delay(4);return(dat);void Wri teOneChar(unsigned char dat)/DS18B20 写一个字节unsigned char i=0; for (i=8; i0; i)DQ = 0;DQ = dat&0x01; delay(5);DQ = 1;dat=1;uint ReadTemperature(void)/DS18B20 读取温度unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned int t=0;float tt=O;Ini t_DS18B20();WriteOneChar(OxCC); /跳过

15、读序号列号的操作Write0neChar(0x44); / 启动温度转换Ini t_DS18B20();Wri teOneChar(OxCC); /跳过读序号列号的操作前两个就是温度WriteOneChar(OxBE); /读取温度寄存器等(共可读9个寄存器) a二ReadOneChar();b二ReadOneChar();t=b;t=8;t=t|a;tt=t *0.0625; /将温度的高位与低位合并 t= tt*100+0.5; /对结果进行4舍5入 return(t);10.1 DS1302时钟子程序：void RTInputByte(uchar d)uchar i;ACC = d;fo

16、r(i=8; i0; i)T_IO = ACC0; T_CLK = 1; T_CLK = 0;ACC = ACC 1;uchar RTOutputByte(void)uchar i;for(i=8; i0; i)/实时时钟写入一字节/相当于汇编中的RRC/实时时钟读取一字节/地址，命令/ / 写 lByte 数/写入秒/写入分/写入小时/写入日/写入月/写入星期/写入年/读取DS1302某地址的数据/地址，命令/读lByte数据/ACC7 = T_IO;T_CLK = 1;T_CLK = 0;retur n(ACC);void W1302(uchar ucAddr, uchar ucDa) /

17、往 DS1302 写入数据T_RST = 0;T_CLK = 0;T_RST = 1;RTInputByte(ucAddr);RTInputByte(ucDa);T_CLK = 1;T_RST = 0;void Write_DS1302Init( void)W1302(0x8e,0);W1302(0x80, time_data_buff0);W1302(0x8e,0);W1302(0x82,time_data_buffl);W1302(0x8e,0);W1302(0x84, time_data_buff2); W1302(0x8e,0);W1302(0x86, time_data_buff3)

18、; W1302(0x8e,0);W1302(0x88,time_data_buff4); W1302(0x8e,0);W1302(0x8a, time_data_buff5); W1302(0x8e,0);W1302(0x8c, time_data_buff6);uchar R1302(uchar ucAddr)uchar ucData;T_RST = 0;T_CLK = 0;T_RST = 1;RTInputByte(ucAddr); ucData = RTOutputByte();T_CLK = 1;T_RST = 0;return(ucData);void Set 1302(uchar

19、*pClock)/设置初始时间uchar i;uchar ucAddr = 0x80;EA = 0;W1302(0x8e,0x00);/ 控制命令,WP=0,写操作?/for(i =7; i0; i)W1302(ucAddr,*pClock); / 秒分时日月星期年 / pClock+;ucAddr +=2;W1302(0x8e,0x80);/ 控制命令,WP=1,写保护?/EA = 1;void Getl302(uchar ucCurtime)/读取 DS1302 当前时间uchar i;uchar ucAddr = 0x81;EA = 0; for (i=0; i7; i+)ucCurti

20、mei = R1302(ucAddr);/格式为：秒分时日月星期年/ ucAddr += 2;EA = 1;三:测试方法和测试结果1、测试仪器：序号名称型号1PC机华硕K42JB25V直流稳压电源自制3单片机学习板PL-514数字万用表DT9205A2、测试方法：2.1测试硬件方法:温度测量系统的电路系统较大，对于焊接方面更是不可轻视，庞大的电路系统中只要 出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多，对于各种锋利的引脚 要注意处理，否则会刺被带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊现象。时钟和测温部分的硬件 电路很简单，DS13

21、02通过3根线、DS18B20只通过1根线与单片机相连接，很容易检测， 主要是检测引脚晶振和电源是否接好。另外可以通过软件来调试硬件，如编写一个简单的显 示程序来测试显示电路连接是否正确。由于硬件电路系统较大，故将整个硬件系统瓜分为几个小模块：键盘模块、时钟DS1302 模块等。分别对每个模块进行测试，并将每个测试结果与PL-51单片机学习板相比较，从中 发现不同之处，再细分到各个模块，找出硬件电路的错误之处。再针对情况，对各个元器件 用万用表进行检查是否损坏。2.2测试软件方法：温度测量系统是多功能的，可以看当前日期和时间、温度，并可通过任意设置报警的 温度报警的上限和下限，当温度达到高、低

22、限温点时将发出声音报警信息的仪器。温度测量 系统功能很多，所以对于它的程序也较为复杂，在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。由于温度测量系统功能很多，故而在编写程序时，先分别对各个功能进行编写程序和 调试，在实现单一功能后，再进行多功能合并的编写和调试，最终将各个功能合并在一起， 再进行总个调试和修改。在这个过程中，不断发现编写程序代码的问题，并不断改正和修正， 才编写出可以实现各个功能的程序。3、测试结果：3.1测试硬件结果：在本温度测量系统的设计调试中遇到了很多的问题。回想这些问题只要认真多思考都 是可以避免的，以下为主要的问题：（1）在测试中遇到代码时不时烧写不进程序。解决方法：刚开始

23、初步认为是40引脚IC座与芯片交接处接触不好或电路出现虚焊、 漏焊情况，在重新焊过电路和40引脚IC座后，还是出现这种问题。经过一系列排查后，才 发现晶振的插座与晶振接触不好，导致此现象发生。（2）在测试中遇到1602LCD不显示时。解决方法：首先管擦电路是否存在漏焊，虚焊，或者元件损坏。并用万用表测试。测试 无误后，查看烧写的程序是否正确无误。最后才发现原来是对比度调节没调好。3.2测试软件结果：由于温度测量系统功能较多的情况下，程序代码较多，在软件的调试过程中调试中遇 到了很多的问题，主要遇到的问题如下：（1）烧入程序后，1602LCD显示万年历时，呈现乱码。解决方法：将程序烧入到芯片后，

24、放到PL-51单片机学习板上进行测试，可以正常显示， 初步判断是硬件时钟DS1302电路出现问题或元器件坏了，但经过换元器件和重新制造时钟DS1302电路后，还是有此问题。在观察软件代码和硬件原理图后，才发现时钟电路的一个 引脚接错I/O 口了。(2) 修改时间、日期时没有自动对应上。解决方法：把不相关的程序暂时屏蔽，修改时间、日期的子程序和显示子程序独立调 试，发现显示时，对十进制和十六进制处理不好，所以会造成错乱。最后把相应的十进制进 行修改，使得可以与十六进制对应，最后解决了此问题(3) 在加上独立键盘调节温度上下限和时间、日期时，1602LCD会显示乱码解决方法：对4个按键一个个测试，发现一按SW3按键，1602LCD会显示乱码，而其 他按键没有反应，除了 SW5按键。经过排查，才发现定义独立按键的I/O 口与1602LCD的 I/O 口冲突了。最后重新做个独立的按键模块，经按键I/O定义到其他未被使用的I/O 口。