目目 录录1 1前言前言.1 11.1设计背景 .11.2设计目标 .11.3实施计划 .12 2总体方案设计总体方案设计.2 22.1方案比较 .22.1.1方案一基于热敏电阻的温度计设计 .22.1.2方案二基于 SHT71 的数字温度计设计 .22.1.3方案三基于 DS18B20 的数字温度计设计 .32.2方案论证 .32.3方案选择 .43 3硬件设计硬件设计.5 53.1单元模块设计 .53.1.1时钟和复位电路 .53.1.2报警电路 .53.1.3数码显示电路 .63.1.4电源电路 .73.1.5按键电路 .73.1.6串口通信电路 .83.2核心器件介绍 .83.2.1单片机 STC89C52 介绍 .83.2.2DS18B20 介绍.94 4软件设计软件设计.11114.1温度采集模块 .124.2温度设定模块 .144.3报警模块 .155 5系统整合调试系统整合调试.16165.1硬件调试 .165.2软件调试 .166 6系统功能、指标参数系统功能、指标参数.18186.1系统功能 .186.2系统指标参数测试 .186.3系统功能及指标参数分析 .197 7结论结论.20208 8总结与体会总结与体会.21219 9参考文献参考文献.22221010附录一：基于附录一：基于 DS18B20DS18B20 数字温度计的设计原理图数字温度计的设计原理图 .23231111附录二：基于附录二：基于 DS18B20DS18B20 数字温度计的设计数字温度计的设计 PCBPCB 图图 .24241212附录三：基于附录三：基于 DS18B20DS18B20 数字温度计的设计的实物图数字温度计的设计的实物图 .25251313附录四：基于附录四：基于 DS18B20DS18B20 数字温度计的设计数字温度计的设计 C C 语言程序语言程序 .2626第 1 页1 1前言前言自动控制领域中，温度检测与控制占有很重要的地位。温度检测在工农业生产、科研和在人们的生活中得到广泛的运用。目前，温度传感器正从模拟式向数字集成式方向飞速发出，单片机也是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化、智能化方向发展。本文就是基于此目的介绍基于单片机和数字温度传感器的温度计设计。1.1 1.1 设计背景设计背景随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测与显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，需要外加信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这次设计的是基于 DS18B20 的数字温度计，它具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。1.2 1.2 设计目标设计目标在本设计中选用 AT89C52 型单片机作为主控制器件，采用 DS18B20 数字温度传感器作为测温元件，通过 8 位共阳极 LED 数码显示管并行传送数据，实现温度显示。本设计的内容主要分为三部分，一是系统硬件设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，应用 C 语言实现温度的采集与显示；三是通过与设定温度比较，不在此范围内时实现报警功能。通过 DS18B20 直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处理，之后进行输出显示，最终完成了数字温度计的总体设计。其系统构成简单，信号采集效果好，数据处理速度快，便于实际检测使用。1.3 1.3 实施计划实施计划首先查阅相关资料确定其方向对整个设计有整体的规划、构思。然后选择三种方案，简述其实现原理，分别对三种方案进行论证比较，确定一种方案。紧接着对选定方案进行单元模块设计、软件设计、系统总体调试、系统功能指标分析验证。最后得出结论，完成报告。第 2 页2 2总体方案设计总体方案设计通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我们主要提出了三种技术方案来实现系统功能。下面我首先对这三种方案的实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后再选择方案并阐述我选择方案的原因。2.1 2.1 方案比较方案比较我设计了三种方案：方案一基于热敏电阻的温度计设计；方案二为基于 SHT71 的数字温度计设计；方案三是基于 DS18B20 的数字温度计设计。2.1.1 2.1.1 方案一基于热敏电阻的温度计设计方案一基于热敏电阻的温度计设计方案一主要由温度传感器、A/D 转换电路、单片机控制电路、数码显示电路组成。采用合肥三晶电子有限公司生产的 SJMFE-347-103F 型热敏电阻。采集的模拟温度值输入 A/D 转换电路，A/D 转换采用 LM331 型 U/f 变换器来实现。U/f 变换器把电压信号转换为频率信号。由热敏电阻的电阻温度特性表可以求出每个温度点所对应的 UIN，再由公式 FOUT=256*UIN 计算出每个温度点所对应的输出频率，进而由单片机处理显示被测量的温度值。温度信号处理由于热敏电阻是非线性的器件，所以温度与频率输出成非线性，需要补偿温度。单片机利用查表法实现温度补偿。所谓查表法是把事先计算或测量的数据按一定的顺序排列成表格的形式，固化在单片机内。只要测量出 LM331 的频率值，就可以通过查表法准确的得出环境的温度值。再交由单片机驱动数码管显示温度。这样就实现了温度的采集与显示。2.1.2 2.1.2 方案二基于方案二基于 SHT71SHT71 的数字温度计设计的数字温度计设计方案二主要由数字温度传感器、单片机控制电路、数码显示电路组成。SHT71将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、I2C总线接口全部集成于一个芯片上