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1、課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 基于單片機溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 課 程 名 稱 單片機原理及在電氣測控學(xué)科中的應(yīng)用 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 課程設(shè)計（論文）任務(wù)書年級專業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號題目名稱基于單片機的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計時間課程名稱單片機原理及在電氣測控學(xué)科中的應(yīng)用課程編號121200105設(shè)計地點一、 課程設(shè)計（論文）目的單片機原理課程是一門實踐性、應(yīng)用性很強的課程。通過課程設(shè)計使學(xué)生較系統(tǒng)的掌握有關(guān)單片機控制的設(shè)計思想和設(shè)計方法，為學(xué)生今后從事單片機控制系統(tǒng)開發(fā)工作打下堅實的基礎(chǔ)。本課程設(shè)計的基本要求是使學(xué)生全面。單片機控制系統(tǒng)的基本理論，熟熟悉掌握MCS-51系列單片機的編

2、程方法，讓學(xué)生在接近實際工作環(huán)境下，完成一個簡單的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計。二、 已知技術(shù)參數(shù)和條件1、加熱爐、溫度控制范圍：50100；2、開發(fā)環(huán)境：MCS-51系列單片機開發(fā)系統(tǒng)、Proteus單片機仿真系統(tǒng)3、硬件：實驗室提供PC機、溫度傳感器、電風(fēng)扇、設(shè)計控制系統(tǒng)所需的電子元器件、可調(diào)直流電源等。4、單片機設(shè)計相關(guān)書籍資料。三、 任務(wù)和要求設(shè)計任務(wù)：利用MCS-51系列單片機設(shè)計一個溫度自動控制系統(tǒng)，利用數(shù)碼管實時的顯示當(dāng)前溫度，并能根據(jù)設(shè)定的溫度值控制溫度。加溫設(shè)備利用加熱爐實現(xiàn)，降溫時利用電風(fēng)扇進行降溫。設(shè)計要求1、要求進行方案論證，說明控制系統(tǒng)的工作原理。2、要求設(shè)計測量系統(tǒng)的硬件電路

3、，給出電路原理圖和元器件清單。3、要求給出軟件流程圖并編寫程序源代碼。4、完成系統(tǒng)的調(diào)試，給出調(diào)試結(jié)果并分析。5、撰寫符合要求的課程設(shè)計說明書。注：1此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備等）1、THKSCM-1型單片機實驗系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書、KEIL 軟件，WAVE 軟件2、數(shù)字控制與PLC實驗室“THKSCM-1型單片機實驗系統(tǒng)”。五、進度安排2011年6月7日-8日：收集和課程設(shè)計有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求2011年6月9日：總體方案設(shè)計2011年6月10日-12日

4、：硬件電路設(shè)計2011年6月13日-15日：軟件設(shè)計2011年6月15日-17日：系統(tǒng)調(diào)試改進2011年6月18日-21日：整理書寫設(shè)計說明書2011年6月22日-23日：答辯并考核六、教研室審批意見教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意見 主管主任（簽字）： 年 月 日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 專業(yè)班級 題目名稱 基于單片機的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 課程名稱 單片機原理及在電氣測控學(xué)科中的應(yīng)用 一、學(xué)生自我總結(jié)經(jīng)過此次的課程設(shè)計，我學(xué)會了很多，特別是獨立思考能力和動手能力。這次的課程設(shè)計鞏固了我的單片機知識，比如使用DS18B20傳感器，怎樣把2

5、20V的交流電壓變成5V直流穩(wěn)壓電源，讓我真正掌握了用protues繪畫硬件圖，并進行仿真和調(diào)試。但是在此次的課程設(shè)計中也發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，特別是硬件設(shè)計方面，不知道如何去設(shè)計硬件以及外部接線圖。不過我會在以后的學(xué)習(xí)中好好努力，把自己沒學(xué)好的方面學(xué)好。 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評定評分項目平時成績論文答辯綜合成績權(quán) 重304030單項成績指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。 摘 要溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)

6、之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石 油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 采用單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。MSP430系列單片機具有處理能強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，應(yīng)用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)的的總設(shè)計方案，給出系統(tǒng)框圖。本設(shè)計以AT89S51單片機為核心的溫度測量系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片DD

7、18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。單片機通過對信號進行相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度測量的目的。二是硬件設(shè)計，在這里采用模塊設(shè)計方法，設(shè)計各單元電路原理圖及元器件參數(shù)。主要模塊有：單片機最下系統(tǒng)設(shè)計模塊、傳感器溫度采集設(shè)計模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計模塊、液晶顯示設(shè)計模塊。三是軟件設(shè)計，包括繪制軟件主程序流程圖、和編寫程序源代碼。四是進行調(diào)試及仿真實驗，為了驗證該溫度測量系統(tǒng)設(shè)計的正確性，在protues進行硬件軟件聯(lián)合調(diào)試并完成該測量系統(tǒng)的仿真實驗，仿真結(jié)果表明本設(shè)計是正確的。 關(guān)鍵詞: AT89C51；單片機；DS18B20；溫度測量目 錄摘要 .1 總體方案論證 12 硬件電路設(shè)計 2

8、2.1 最小系統(tǒng)模塊22.2 電源電路設(shè)計72.3 溫度傳感器DS18B20溫度采集模塊 72.4 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換102.5 液晶顯示器LM016L顯示模塊 112.6 系統(tǒng)總體硬件原理圖 133 系統(tǒng)軟件設(shè)計 153.1軟件流程圖153.2程序源代碼164 系統(tǒng)仿真調(diào)試及實物 .215 設(shè)計總結(jié)及心得 .23參考文獻(xiàn)24附錄25附錄33附錄351 總體方案論證本設(shè)計以AT89S51單片機為核心的溫度測量系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片DD18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。單片機通過對信號進行相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度測量的目的。系統(tǒng)通過運用用復(fù)位按鈕實現(xiàn)測量控制，按下按

9、鍵復(fù)位按鈕則刷新測量的溫度值。系統(tǒng)的硬件設(shè)計，在這里采用模塊設(shè)計方法，設(shè)計各單元電路原理圖及元器件參數(shù)。主要模塊有：單片機最下系統(tǒng)設(shè)計模塊、傳感器溫度采集設(shè)計模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計模塊、液晶顯示設(shè)計模塊。對于軟件設(shè)計部分，包括繪制軟件主程序流程圖、和編寫程序源代碼。最后可以通過對系統(tǒng)整體進行調(diào)試及仿真實來驗證該系統(tǒng)設(shè)計的正確性。系統(tǒng)總體框圖如圖1.1所示。時鐘數(shù)字顯示LCDAT89C51復(fù)位 溫度傳感器DS18B20（信號的調(diào)理轉(zhuǎn)換）5V穩(wěn)壓電源圖1.1 系統(tǒng)總體框圖2 硬件電路設(shè)計2.1 最小系統(tǒng)模塊設(shè)計所謂單片機最小系統(tǒng)，是指在單片機外部增加盡可能少的原件電路，組成一個讓單片機可獨立工作

10、的系統(tǒng)。圖2.1最小系統(tǒng)電路圖2.1.1 AT89C51芯片介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT

11、89C51是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖2.2所示。圖2.2 AT89C2051引腳圖（1）主要特性 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 32個可編程I/O口線 2個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器 雙數(shù)據(jù)指針 靈活的ISP編程（字或字節(jié)模式） 4.0-5.5V電壓工作范圍 數(shù)據(jù)保留時間：10年 三級程序存儲器鎖定 1288位內(nèi)部RAM 可編程串行通道 片內(nèi)

12、振蕩器和時鐘電路（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成單片機AT89C51可以劃分為CPU、存儲器、并行口、串行口、定時/計數(shù)器和中斷邏輯幾個部分。 CPU由運算器和控制邏輯構(gòu)成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR） AT89C51時鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。 AT89C51在物理上有四個存儲空間：片內(nèi)/片外程序存儲大路、片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲器。片內(nèi)有256B數(shù)據(jù)存儲器RAM和4KB的程序存儲器ROM。除此之外，還可以在片外擴展RAM和ROM，并且和有64KB的尋址范圍。 AT89C51內(nèi)部有一個可編程的、全雙工的串行接口。它串行收發(fā)存儲在特殊功能寄存器SFR的串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中的數(shù)據(jù)。 AT8

13、9C51共有4個（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32個引腳。P0口雙向I/O口，用于分時傳送低8位地址和8位數(shù)據(jù)信號；P1、P2、P3口均為準(zhǔn)雙向I/O口；其中P2口還用于傳送高8位地址信號；P3口每一引腳還具有特殊功能，用于特殊信號的輸入輸出和控制信號。 AT89C51內(nèi)部有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器T0、T1。最大計數(shù)值為216-1。工作方式和定時器或計數(shù)器的選擇由指令來確定。中斷系統(tǒng)允許接受5個獨立的中斷源，即兩個外部中斷，兩個定時器/計數(shù)器中斷以及一個串行口中斷。（3）管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳

14、可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P

15、2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由

16、于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表2.1所示。 表2.1 P3端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳復(fù)用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)

17、。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/E

18、A保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 2.1.2時鐘電路AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反向放大器用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XATL1，輸出端為XATL2。在XATL1 和XATL2兩端跨接由石英晶體及兩個電容構(gòu)成的自激振蕩器，電容C1和C2取20pF，選用不同的電容對震蕩頻率

19、有微調(diào)作用，但石英晶體本身的標(biāo)定頻率才是單片機振蕩頻率的決定因數(shù)。時鐘電路如圖2.4所示。圖2.4時鐘電路 時鐘電路中，兩個電容都選擇20 pF電容，電容一端接與晶振相連，另一端接地。選擇的晶振是頻率為12MHZ。此模塊就是產(chǎn)生像時鐘一樣準(zhǔn)確的震蕩電路。2.1.3復(fù)位電路(1) 手動按鈕復(fù)位 手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如圖2.5所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。本系統(tǒng)采用的就是手動按鈕

20、復(fù)位，電路連接圖如圖2.5所示。圖2.5 復(fù)位電路2.2 電源電路設(shè)計220V交流電經(jīng)過變壓器降壓成 12V，經(jīng)過橋式整流器整流、C1濾波，成為約 14V直流電，再經(jīng)三端穩(wěn)壓集成電路7805穩(wěn)壓，形成5V穩(wěn)定直流電，作為光電輸入電路、脈沖形成電路(U1-U8 組成電壓比較器) 和計數(shù)與顯示電路的工作電源。電源設(shè)計電路圖如圖2.6所示，電源電路工作原理如圖2.7所示。 圖2.6 電源電路220V交流電橋式整流濾波5V直流電輸出7805穩(wěn)壓模塊圖2.7電路工作原理圖2.3 溫度采集電路2.3.1 DS18B20芯片簡介DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器芯片。與傳統(tǒng)的熱敏

21、電阻有所不同，DS18B20可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號。通過編程，DS18B20可以實現(xiàn)912位的溫度讀數(shù)。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從微處理器到DS18B20僅需連接一條信號線和地線。讀、寫和執(zhí)行溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。 2.3.2 DS18B20的主要特點（1）采用單線技術(shù)，與單片機通信只需一個引腳；（2）通過識別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號從而實現(xiàn)單線多掛接，簡化了分布式溫度檢測的應(yīng)用；（3）實際應(yīng)用中不需要外部任何器件即可實現(xiàn)測溫；（4）可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓的范圍在35.5V；（5）不需要備份電源；（6）測量范

22、圍為-55+125，在-10+85范圍內(nèi)誤差為0.5；（7）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以在9位到12位之間選擇，可配置實現(xiàn)912位的溫度讀數(shù)；（8）將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時間不超過750ms；（9）用戶定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置，用用戶可以自行設(shè)定告警的上下限溫度。2.3.3 DS18B20的引腳功能DS18B20的引腳如圖2.8所示。圖2.8 DS18B20引腳圖DS18B20功能如表2.2所示。表2.2 DS18B20引腳功能表引腳PR35符號說明1GND地2DQ單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳3VCC可選VCC引腳2.3.4 溫度采集電路圖溫度測量系統(tǒng)主要運用了DS18B20和A

23、T89C51。如何使兩者連接實現(xiàn)功能是溫度測量電路的主要設(shè)計目的。在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方式，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O，內(nèi)部寄生電源I/O口線要接5千歐左右的上拉電阻。這里采用的是第一種連接方式，如圖2.10所示圖2.10 溫度采集電路2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換2.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，是用來把模擬電壓量u1轉(zhuǎn)換成為與它成比例的二進制數(shù)字量Dn的電路。A/D轉(zhuǎn)換包括量化和編碼兩個過程。所謂量化就是把幅值可連續(xù)變化的電壓轉(zhuǎn)化成為所

24、規(guī)定的單位量化電壓的整數(shù)倍。編碼就是把量化的結(jié)果用代碼表示出來。既然輸入電壓的幅值是連續(xù)變化的，它的幅值不一定是其量化單位的整數(shù)倍，所以量化過程不可避免會引入誤差，這種誤差叫量化誤差。為了把一個變化范圍0-0.7V的模擬信號轉(zhuǎn)換為3位二進制數(shù)碼，首先把0.7V分成8個離散電平，這8個離散電平為0、0.1V、0.7V。沒相鄰離散電平的差值相等，都是一個量化單位，為0.1V。這個過程就叫量化。量化過程實際上就是用有限的量化值代替模擬量的過程。為了對量化候的信號進行處理，還應(yīng)該把量化的結(jié)果用二進制代碼獲其他形式表示，這個過程就叫編碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號的位數(shù)的多

25、少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：（1）分辨率：用二進制表示，位數(shù)越高，轉(zhuǎn)換精度越大。（2）相對精度：理想下是一條直線，各個轉(zhuǎn)換點偏離理想特性的誤差。（3）轉(zhuǎn)換速度：指完成一次轉(zhuǎn)換所需時間。2.4.2 ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809是CMOS工藝，采用逐次逼近法的8位、A/D轉(zhuǎn)換芯片28引腳雙列直插式封裝，片內(nèi)除A/D轉(zhuǎn)換部分外還有多路模擬開關(guān)。多路開關(guān)有8路模擬量輸入端，以及8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由圖2.11可知，

26、ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖2.11所示。圖2.11 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖（2）ADC0809引腳結(jié)構(gòu)ADC0809引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2.11所示。D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。 IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。 VCC：+5V工作電壓。 GND：地。 REF（+）：參考電壓正端。 REF（-）：參考電壓

27、負(fù)端。 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）A、B、C：地址輸入線。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條

28、地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表2.3所示。表2.3 8位模擬開關(guān)功能表ADDCADDBADDA輸入通道號000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN72.5 液晶顯示器LM016L顯示模塊2.5.1液晶顯示器LM016L結(jié)構(gòu)功能介紹液晶顯示器是一種將液晶顯示器件、連接器件、集成電路、PCB線路板、背光源，結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字

29、符移動、閃爍等功能。HD44780控制器由兩個8位寄存器、指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器(DR)、忙標(biāo)志(BF)、顯示數(shù)據(jù)RAM(DDRAM)、字符發(fā)生器ROM(CGROM)、字符發(fā)生器RAM(CGRAM)、地址計數(shù)器(AC)構(gòu)成。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出;DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM，或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)。BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。DDRAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼。CGROM由8位字符碼生成5 x 7點陣字符160種和510點陣字符32種，8位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系

30、。CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)?？梢宰远x8個57點陣字符或者4個510點陣字符。AC可以存儲DDRAM和CGRAM地址，如果地址碼隨指令寫入IR，則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或者CGRAM單元。LMO16L液晶模塊的引腳功能見下表2.4所示。表2.4：LM016L液晶模塊的引腳功能引腳號名稱電平功能描述1Vss地2VDD電源3VEE亮度調(diào)節(jié)4RS控制指令位H:數(shù)據(jù)線上為數(shù)據(jù)信號L:數(shù)據(jù)線上為指令信號5RW讀寫指令位H:讀數(shù)據(jù)模式L:寫數(shù)據(jù)模式6E使能信號使能信號端714DB0DB7數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線2.5.2 LM016L液晶顯示電路P2.0P2.7與

31、D0D7相連，P3. 0P3.2分別于三個使能端RS、RW、E相連，來控制LMO16L的顯示。如圖2.12所示，為LCD顯示連接電路圖。其為開機顯示的初始狀態(tài)。 圖2.12 LCD顯示連接電路圖2.6 系統(tǒng)總體硬件原理圖電路原理圖用Protues軟件繪制而成。首先對硬件系統(tǒng)AT89C51，引腳TXAL1、TXAL2與晶振時鐘電路相連，RST引腳接復(fù)位電路。一起構(gòu)成了單片機的最小系統(tǒng)。P2.0P2.7與D0D7相連，P3. 0P3.2分別于三個使能端RS、RW、E相連，來控制LMO16L的顯示。P1.7連接的是溫度采集電路，采用傳感器DS18B20來進行溫度采集，將采集到的溫度轉(zhuǎn)換數(shù)字，由LMO

32、16L液晶顯示屏顯示。系統(tǒng)原理圖如圖2.13所示：圖2.13 系統(tǒng)硬件電路圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。3.1軟件流程圖3.1.1 主程序流程圖主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值，其程序流程見圖3.1所示。3.1.2溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖3.2所示發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開

33、始命令 結(jié)束開始初始化讀度溫度計算溫度及數(shù)據(jù)處理LCD顯示 圖3.1 主程序流程圖圖3.2溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.2各子程序源代碼3.2.1 LCD的C語言源代碼void delayNOP() _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); bit lcd_busy() bit result; lcd_rs=0; lcd_rw=1; lcd_en=1; delayNOP(); result=(bit)(P2&0x80); lcd_en=0; return(result); void lcd_wdat(uchar date) while(lcd_busy();

34、 lcd_rs=1; lcd_rw=0; lcd_en=0; P2=date; delayNOP(); lcd_en=1; delayNOP(); lcd_en=0; delayNOP(); void reset() uchar i; lcd_wcmd(0x38); lcd_wcmd(0x0c); lcd_wcmd(0x06); lcd_wcmd(0x01); lcd_wcmd(0x00|0x80); for(i=0;i16;i+) lcd_wdat(dis1i); delayNOP(); lcd_wcmd(0X40|0x80); for(i=0;i5;i+) lcd_wdat(dis2i);

35、 delayNOP(); 3.2.2 DS18B20 C語言源代碼ds18b20_rst() dq=1; delay(8); dq=0; delay(90); dq=1; delay(14); x=dq; delay(20); return (x); ds18b20_rd() uchar dat=0; uchar i; for(i=0;i=1; dq=1; if(dq) dat=dat|0x80; delay(10); return(dat); void ds18b20_wr(uchar com) uchar i; for(i=0;i=1; delay(4); read_temp() int

36、tt; bit c; ds18b20_rst(); ds18b20_wr(0xcc); ds18b20_wr(0x44); ds18b20_rst(); ds18b20_wr(0xcc); ds18b20_wr(0xbe); temp_data0=ds18b20_rd(); temp_data1=ds18b20_rd(); temp_data1=4; c=temp_data1&0x80; if(c=0) symbol=0; t=(temp_data0)+(temp_data1=4)*0.0625; if(c=1) symbol=1; tt=(temp_data0)+(temp_data1=4)

37、+1; t=tt*0.0625; return(t); void ds18b20_disp() uchar flagdat; disdata0=t/100+0x30; disdata1=t%100/10+0x30; disdata2=t%10+0x30; disdata4=temp_data0&0x0f; disdata3=ditabdisdata4+0x30; if(symbol=0) flagdat=0x20; else flagdat=0x2d; if(disdata0=0x30&disdata1=0x30) disdata0=0x20; disdata1=0x20; if(disdat

38、a0=0x30&disdata1!=0x30) disdata0=0x20;4 系統(tǒng)仿真及調(diào)試4.1仿真及調(diào)試（1）安裝keil 與 proteus。（2）軟件調(diào)試，在Keil軟件上輸入程序，進行編譯、連接。圖4.1 keil軟件下編寫程序（3）在proteus進行硬件仿真。（4）仿真結(jié)果：運行程序，LCD首先顯示的溫度數(shù)據(jù)與溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)一致，如圖4.2所示。按下復(fù)位鍵，顯示當(dāng)時測量的室內(nèi)溫度：“weather forecast tem:41.0”；重復(fù)按下復(fù)位鍵鍵，LCD刷新測量的溫度值。 圖4.2 仿真結(jié)果電路圖4.2 實物過程與步驟（1）查找相關(guān)元器件的使用及連接方式。

39、如DS18B20與AT89C51的連接方式。（2）對系統(tǒng)原理圖進行調(diào)試與分析。（3）領(lǐng)取元器件和耗材。（4）按照元器件清單找出元器件，確認(rèn)元器件質(zhì)量和參數(shù)。（5）完成在通用電路板上元器件的布置和焊接。（6）將程序?qū)懭雴纹瑱C并裝到電路板上，接通5V電源在電路板上電調(diào)試。4.3 實物結(jié)果與分析（1）實物圖結(jié)果分析：如實物圖所示本次設(shè)計的基于單片機89C51的溫度測量儀實物圖，其顯示端和測量端通過一系列的元件連接起來。為了驗證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的可靠性，設(shè)計時安裝了LCD顯示器，在測試中通過觀察顯示端與測量端是否顯示相同的溫度值來檢驗數(shù)據(jù)傳送的可靠性。圖中為實物圖，測得現(xiàn)場的環(huán)境溫度為29度，與實際情況相符，

40、驗證了測量端電路能夠有效工作，同時顯示端溫度值與測量端溫度值保持一致，證明了數(shù)據(jù)傳送的可靠性，此外，當(dāng)按下復(fù)位鍵時，顯示端的溫度值和測量端的溫度值同時發(fā)生改變，DS18B20傳感器則重新測量溫度，重復(fù)上一次的系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換，LCD顯示器重新顯示當(dāng)前值。此設(shè)計在環(huán)境惡劣的情況下依然可以觀察到環(huán)境溫度的變化，尤其是需要測惡劣環(huán)境下溫度時，避免了人員直接置身其中，保障了其安全性。（2）實驗操作結(jié)果列表如下表4.1 實驗操作項目表操作項目實驗操作LCD溫度顯示操作項目一不做任何操作顯示當(dāng)前室溫30攝氏度操作項目二用電風(fēng)扇進行降溫操作28攝氏度操作項目三用加熱爐進行升溫操作38攝氏度5 設(shè)計總結(jié)及心得在為

41、期兩周的單片機課程設(shè)計中，我們要設(shè)計一個溫度測量系統(tǒng)。軟件使用Keil軟件進行仿真調(diào)試。硬件使用單片機仿真器、編程器、實驗儀三合一綜合開發(fā)平臺上的DS18B20數(shù)字溫度采集模塊和LMO16L液晶顯示模塊。唐博士首先給我們詳細(xì)講解了芯片的功能和工作原理，并給了一份參考程序。在機房進行實驗時，我們也遇到了很多困難，例如在做實物圖時我們將溫度傳感器的引腳接反了，經(jīng)過再三細(xì)心檢查和查資料最終才更正過來。在對參考程序進行仿真時，結(jié)果也出了問題。然后，我思考設(shè)計要求對程序進行修改，初次修改沒有成功，我詢問了老師，老師給我講解了思路。經(jīng)過再三的請教、修改程序，反復(fù)調(diào)試，最后成功了，心里非常高興，這次是我獨自

42、思考，獨立完成的，也使我對整個程序有了更深的理解。通過這次的課程設(shè)計作品的制作讓我對單片機的理論有了更加深入的了解，同時在具體的制作過程中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書本上的知識與實際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實際的因素，或者涉及的不全面，可在實際的應(yīng)用時這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無法根據(jù)書上的理論就輕易得到預(yù)想中的結(jié)果，有時結(jié)果甚至很差別很大。通過這次實踐使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，我們在今后的學(xué)習(xí)工作中會更加的注重實際，避免稱為只會紙上談兵。參考文獻(xiàn)：1樓然苗. 單片機課程設(shè)計指導(dǎo)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200

43、7：3547.2張克農(nóng).數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2003：255271.3胡宴如.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2001：91111.4李朝青.單片機原理及接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999：17277.5謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2003：2357.6康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2002：1334.7李強.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2002：2545.8趙志杰.集成電路應(yīng)用識圖方法M.北京：機械工業(yè)出版社，2003：1031.附錄：#include #include#inc

44、lude#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit lcd_rs=P30; sbit lcd_rw=P31;sbit lcd_en=P32;sbit dq=P17;uchar code dis1=Weather forecast;uchar code dis2=temp:;temp_data=0x00,0x00;disdata=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04, 0x05,0x06,0x06

45、,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;bit x;uint t;uchar symbol;/*/ void delay(uint ms) while(ms-); void delayNOP() _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /*/*檢查LCD忙狀態(tài) */ /*lcd_busy為1時，忙，等待。lcd-busy為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。 */ /*/ bit lcd_busy() bit result; lcd_rs=0; lcd_rw=1; lcd_en=1; delayNOP(); result=(bit)(P2&0

46、x80); lcd_en=0; return(result); /*寫指令數(shù)據(jù)到LCD */ /*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 */ /*/ void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy(); lcd_rs=0; lcd_rw=0; lcd_en=0; P2=cmd; delayNOP(); lcd_en=1; delayNOP(); lcd_en=0; delayNOP(); /*/ /*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD */ /*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 */ /*/ void lcd_wdat(uchar date)

47、while(lcd_busy(); lcd_rs=1; lcd_rw=0; lcd_en=0; P2=date; delayNOP(); lcd_en=1; delayNOP(); lcd_en=0; delayNOP(); /* LCD初始化設(shè)定 */ /*/ void reset() uchar i; lcd_wcmd(0x38); /16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù) lcd_wcmd(0x0c); /顯示開，關(guān)光標(biāo) lcd_wcmd(0x06); /移動光標(biāo) lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的顯示內(nèi)容/* 設(shè)定顯示位置 */ /*/ lcd_wcmd(0x00|0x80);

48、 /數(shù)據(jù)指針=80+地址變量/*自定義字符寫入CGRAM */ /*/ for(i=0;i<16;i+) lcd_wdat(dis1i); delayNOP(); /*us級延時函數(shù) */ /*/ lcd_wcmd(0X40|0x80); for(i=0;i<5;i+) lcd_wdat(dis2i); delayNOP(); /*初始化ds1820 */ /*/ ds18b20_rst() dq=1; /拉高總線 delay(8); /稍做延時 dq=0; /DQ復(fù)位 delay(90); /精確延時 大于 480us dq=1; delay(14); x=dq; /X=0則初始

49、化成功 X=1則初始化失敗 delay(20); return (x); /返回信號，0=X,1= no X /* 讀一個字節(jié) */ /*/ ds18b20_rd() uchar dat=0; uchar i; for(i=0;i<8;i+) dq=0; / 給脈沖信號 dat>>=1; dq=1; / 給脈沖信號 if(dq) dat=dat|0x80; delay(10); return(dat); /* 寫一個字節(jié) */ /*/ void ds18b20_wr(uchar com) uchar i; for(i=0;i<8;i+) dq=0; dq=com&0x01; delay(10); dq=1; com>>=1; delay(4); /* 讀取溫度 */ /*/ read_temp() int tt; bit c; ds18b20_rst(); ds18b20_wr(0xcc); / 跳過讀序號列號的操作 ds18b20_wr(0x44); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換 ds18b20_rst(); ds18b20_wr(0xcc); /跳過讀序號列號的操作 ds18b20_wr(0xbe); /讀取溫度寄存器 temp_data0=d