数字式温度计课程设计论文

电子信息工程实验教学中心电子技术课程设计设计报告设计题目数字式温度计的设计年级专业学号姓名成绩电子信息工程电子信息工程电子信息工程评语目录目录1原理分析1方案选择1电路原理图绘制及仿真（MUTILSIM）1PCB图（PROTEL）绘制15综合调试16课程设计体会11原理分析（小组所有成员共同完成）DS18B20是一种数字温度传感器，它把温度转换成数字量以后存贮在自身内部，和单片机通过连接一个I/O口连接，单片机把数据读出，然后在数码管或者液晶屏上显示。按照系统设计的功能和要求，确定系统由3个模块组成主控制器，测温电路和显示电路。1）主控模块AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K的可反复擦写的FLASH只读存储器和128BYTES的随机存取数据存储器，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。图1AT89C52引脚图2）DS18B20是美国DALLAS半导体公司近年推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻相比,它能够直接读出被测温度,并可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式,无需外加测量电路及A/D转换器,简化了电路而且从DS18B20读出或写入信息仅需一根口线,大大降低了单片机的硬件资源占用。基于DS18B20的单片机温度控制器具有电路简单、可靠性高的优点。图2DS18B20内部构图性能特点独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3055V；零待机功耗；温度以9或12位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。3）显示电路采用4位共阳LED数码管，从P1口输出段码，列扫描用P30P33来实现，列驱动用9012三极管。2方案选择（小组所有成员共同完成）图3方案设计框图系统电路由电源电路、温度信号产生电路、单片机控制电路和液晶显示电路等四部分组成。由两节15V干电池为系统电路提供工作电压。温度信号产生电路采用DS18B20单总线系统电路，实时检测环境温度，并在内部处理后产生数字温度信号，输出到单片机进行显示处理。单片机控制电路由单片机最小系统电路组成，用于实时检测并处理数字温度信号，输出数码管控制命令，进而控制共阴极数码管实时显示当前的温度值。本电路方案结构简单，技术成熟，具有功能扩展空间特点。本数字式温度计对温度进行实时测量并显示，其主要功能介绍（1）实时测量温度，采用DS18B20传感器。（2）采集测温范围为50120（3）温度精度在01；误差02以内（4）显示模块，采用4个LED数码管显示（5）供电采用电池供电方式。至此，设计目的已全部实现。电路原理图绘制及仿真（MUTILSIM）（谭海燕）1）元件型号图4元件清单2）电路原理图及仿真结果图5电路原理图图6仿真结果PCB图（PROTEL）绘制（郑冰倩）1）PCB设计步骤（1）绘制电路原理图首先将所有元件都从库中取出来，放置在图纸上，并且调整好位置。使用连线工具将元件连接起来，设置元件属性。使用TOOL/ANNOTATE菜单对元件进行编号，使用电气检查（ERC），使用EDIT/EXPORTTOSPREAD菜单建立元件列表。使用DESIGN/CREATENETLIST菜单建立网络表，画电路板图。（2）绘制PCB图使用向导，定义一个宽90MM、高70MM的单面PCB板，根据温度计的原理图，设计数显温度计的PCB图。将原理图的网络表调入设计的单面板中，进行布局，启动自动拉伸元件，然后进行人工布局，布局一定要合理使线走的最短，最省。进性布线规则设定（铜膜线线宽设为15MIL，地线和电源线宽设为30MIL线间距设为15MIL）然后进行布线，尽量使过线减少，走跨线的少，不能出现高亮线。2）设计原则（1）注意发热元件应该远离热敏元件。（2）尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。（3）元件放置的顺序首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。再放置特殊元件，例如发热元件、变压器、集成电路等。最后放置小元件，例如电阻、电容、二极管等。（4）元件离电路板边缘的距离，所有元件均应该放置在离板边缘3MM以内的位置。（5）铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。（6）元件布置要合理分区。元件在电路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题。原则之一就是各个元件之间的铜膜线要尽量的短，在布局上，要把模拟电路、数字电路和产生大噪声的电路（继电器、大电流开关等）合理分开，使它们相互之间的信号耦合最小。（7）屏蔽与接地铜膜线的公共地线应该尽可能放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。另外地线的形状最好作成环路或网格状。多层电路板由于采用内层做电源和地线专用层，因而可以起到更好的屏蔽作用效果。3）PCB图图7PCB图5综合调试（胡星桦）1）软件部分图8程序流程图主程序主要分为4大部分初始化、读取温度、处理温度、显示温度。初始化子程序（1）程序INCLUDEINCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARSBITSEG1P20/段码位1SBITSEG2P22/段码位2SBITSEG3P24/段码位3SBITSEG4P26/段码位4SBITDQ1P17/传感器1UCHARNG/负号标志UCHARCODETAB0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X58,0XFF/共阴数码码表/0123456789C无/UCHARCODEDF_TABLE0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9/温度小数位对照表UCHARCURRENTT0/当前读取的温度整数部分UCHARTEMP_VALUE0X00,0X00/从DS18B20读取的温度值UCHARDISPLAY_DIGIT0,0,0,0/待显示的各温度数位BITDS18B20_IS_OK1/传感器正常/延时/函数LCD_DELAY/描述延时TMS函数/参数T/返回无/备注12MHZT1延时时间约1MS/版本2011/01/01FIRSTVERSION/VOIDDELAY_MSUNSIGNEDINTT/延时1MSUNSIGNEDINTI,JFORI0I1/右移数据DQ11/DS18B20置高电平_NOP_/延时_NOP_/延时IFDQ1DAT|0X80DELAY30/延时DQ11/DS18B20置高电平RETURNDATVOIDREAD_TEMPERATUREEA0/关中断IFINIT_DS18B201DS18B20_IS_OK0ELSEWRITEONEBYTE0XCC/跳过序列号WRITEONEBYTE0X44/启动温度转换INIT_DS18B20WRITEONEBYTE0XCC/跳过序列号WRITEONEBYTE0XBE/读取温度寄存器TEMP_VALUE0READONEBYTE/温度低8位TEMP_VALUE1READONEBYTE/温度高8位DS18B20_IS_OK1EA1/开中断VOIDDISPLAY_TEMPERATURE/UCHARIUCHART150/延时NG0/与负值标志IFTEMP_VALUE1/取反TEMP_VALUE0TEMP_VALUE01/取反IFTEMP_VALUE00X00TEMP_VALUE1NG1/负号ELSENG0DISPLAY_DIGIT0DF_TABLETEMP_VALUE0/查表得温度小数部分CURRENTTTEMP_VALUE0/读温度IFDS18B20_IS_OKDISPLAY_TEMPERATURE/温度数据处理I0/避免频繁采集温度2）硬件调试结果图9硬件调试图6课程设计体会本次的课程设计使我们进一步巩固了书本上的知识，做到了学以致用。这是我们第二次自己动手设计的电路，通过系统仿真软件PROTUES和编译软件KEIL，使我们进一步了解了单片机的设计制作过程，其中最为困难的是软件部分，即编程部分，我们上网找了好多资料，虽然经过自己的修改，但还是有很多功能不能实现，如温度上