基于-单片机四位数字温度计设计.doc

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机电职业技术学院

毕业论文

姓 名： 梁光芒
学 号：122533176
院 别： 电气工程系
班 级：机电1205
专 业：机电一体化
设计课题： 基于单片机的四位数字温度计设计
指导教师：贺静
时 间： 2021.9——2021.10

目 录
摘要.........................................................1

一、 课程设计的目的...........................................2
二、 系统设计总体方案.........................................2
1.设计思路...............................................2
2.AT89C51单片计算机的组成原理...........................3
2.1组成框图及部总体构造..............................3
2.2单片机各口及其负载能力、接口要求....................4
三、硬件电路设计………………………………………………………..5
3.1 温度检测和变送器.....................................6
3.2 ADC0808..............................................8
四、电路局部……………………………………………………………….9
4.1显示器接口电路.......................................9
4.2温度采集系统.........................................9
4.3电路总图.............................................10
五、软件设计和功能说明…………………………………………………11
5.1系统主程序...........................................11
5.2LED数码显示子程序....................................12
六、PROTEUS仿真.............................................12
6.1工作界面.............................................13
6.2 仿真结果图..........................................13
七、总结……………………………………………………………………15
八、致…………………………………………………………………..16
九、参考文献………………………………………………………………17
附录…………………………………………………………………………17
摘要
现代测温应用中，温度计向数字化方向开展。传统的机遇物理方法的温度计功能单一，而数字温度计以其便携，检测精度高，功能多等优点应用的越来越广泛。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否认的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向开展。
本课程设计研究四位数字温度计的设计与实现，并采用Protues软件和Keil软件来对其进展仿真，通过电阻值的变化使相应电压发生改变，输出电压经A/D转换后，其值由AT89C51处理，最后将其显示在4个七段数码显示器上。随着技术的开展，一些环境比拟恶劣的场合中也能觅得数字温度计的踪迹。在本文中，主要从功能组合，硬件组合，软件算法等几个方面探讨温度计的设计。数字温度计在现代测温应用方面具有诸多优势，值得进一步学习和研究。
Abstract
Modern temperature measurement applications, the thermometer to digital direction. The opportunity of traditional physical methods of single function, thermometer and digital thermometer with its portable, high detection precision, features many advantages, such as more and more widely applied. As people living standard unceasing enhancement, the single chip microputer control is undoubtedly one of the target of the convenience it brings is negative, the digital thermometer is a typical example, but people more and more high to its request, for modern people to work, scientific research, life, and provide better and more convenient facilities need, from the perspective of the number of single chip microputer technology, all toward digital control, intelligent control direction.  
This course design research the design and realization of the four digital thermometer, and USES the Protues software and Keil software to carry on the simulation, through the change of electrical resistance make the corresponding voltage change, the output voltage after A/D conversion, its value by AT89C51, finally displays it on the four seven segment digital display. With the development of technology, some occasions in the environment is poor, also can find traces of digital thermometer. bination in this article, mainly from the function, hardware position, software algorithm and so on several aspects discusses the design of the thermometer. Digital thermometer have many advantages in modern temperature measurement applications, is worth further study and research
第一章、课程设计的目的
1、通过单片机应用产品的设计与调试过程，稳固本课程所学理论知识，初步了解单片机应用系统设计的方法。
2、通过查阅手册和相关文献资料，培养学生独立分析和解决问题的能力。
3、进一步熟悉单片机和常用接口电路，加深对专业知识和理论知识学习的认识和了解。
4、进一步熟悉电子仪器的正确使用。
5、加深对数模转换原理和应用，并了解ADC0808完成模数转换的原理，掌握ADC0808与AT89C51接口硬件电路的设计方法及编程方法。
第二章、系统设计总体方案
1.设计思路
根据任务书要求，初步思路如下：
温度计电路设计总体设计方框图如下列图所示，本设计是测温电路，使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进展A/D转换后，就可以用单片机进展数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。温度是非电量模拟信号，数字显示温度就必须将这一非电量信号转换成电量〔电压或电流〕，然后将模拟电信号经A/D转换器转换成数字信号，最后经译码显示器显示温度值。控制器采用单片机AT89C51，采集到的温度模拟信号0～5V用一个滑动变阻器分压实现，模拟信号数字化是通过ADC0808实现的，其主要功能和要求的实现是通过可编程芯片AT89C51单片机到达的，用4位LED数码管显示温度。

主 控 制 器
LED显 示
温 度 传 感 器
单片机复位
时钟振荡
报警点按键调整

2. AT89C51单片计算机的组成原理
2.1组成框图及部总体构造
振荡器及
时序 OSC
8051CPU
程序存储器4KB ROM
数据存储器256B
2个16位定时器/计数器
64K总线扩展控制器
可编程I/O
可编程全双工串行口

外时钟源 外部事件计数

中断 控制 并 行 口 串行通信

图2-1AT89C51单片机功能构造框图

图2-1为AT89C51单片机功能构造框图
AT89C51 芯片部集成了 CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，并由部总线把这些不见连接在一起。
AT89C51单片机部包含以下一些功能部件：
(1) 一个8位CPU；
(2) 一个片振荡器和时钟电路；
(3) 4KB ROM〔80C51有4KB掩膜ROM，87C51有4KB EPROM，80C31片有无ROM〕；
(4) 128BRAM；
(5) 可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；
(6) 两个16位定时/计数器；
(7) 21个特许功能存放器；
(8) 4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；
(9) 一个可编程全双工串行口；
(10) 5个中断源，可设置成2个优先级。
2.2单片机各口及其负载能力、接口要求
80C51共有4个8位并行I/O端口,共32个引脚
(1)P0口——8位双向I/O口。
在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P0口可用作双向I/O口。
在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P0口可用于分时传送低8位地址(地址总线)和8位数据信号(数据总线)。位构造如图2-4所示。P0口能驱动8个LSTTL门。
VCC
地址/数据
控制
锁存器
P0.X
D
CP
Q
Q
MUX
V1
V2
P0.X
引脚
读锁存器
写锁存器
内部总线
读引脚
&
1

图2-2 P0口位构造

(2) P1口——8位准双向I/O口(“准双向〞是指该口部有固定的上拉电阻)。位构造如图2-5所示。
P1口能驱动为4个LSTTL门。

VCC
锁存器
P1.X
D
CP
Q
Q
P1.X
引脚
读锁存器
写锁存器
内部总线
读引脚
内部上拉电阻

图 2-3 P1口位构造
(3) P2口——8位准双向I/O口。
在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P2口可用作双向I/O口。在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P2口可用于传送高8位地址(属地址总线) 。P2口能驱动4个LSTTL门。P2口的位构造如图2-6所示，引脚上拉电阻同P1口。在构造上，P2口比P1口多一个输出控制局部。锁存器
P2.X
D
CP
Q
Q
读锁存器
写锁存器
内部总线
读引脚
VCC
P2.X
引脚
内部上拉电阻
1
地址
控制
MUX

图 2-4 P2口位构造

(4) P3口——8位准双向I/O口。
可作一般I/O口用,同时P3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。P3口驱动能力为4个LSTTL门。

图2-5 P3口位构造
上述4个I/O口,各有各的用途。 在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, 4个I/O口都可作为双向I/O口用。在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,P2口专用于传送高8位地址信号。P3口根据需要常用于第二功能,真正可提供应用户使用的I/O口是P1口和一局部未用作第二功能的P3口端线。
第三章、硬件电路设计
3.1 温度检测和变送器
〔1〕热敏电阻温度转换原理
热敏电阻是近年来开展起来的一种新型半导体感温元件，由于它具有灵敏度高、体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格廉价等优点,因此应用非常广泛。热敏电阻与普通热电阻不同，它具有负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值下降，其特性曲线如图3-1所示。

图3-1 热敏电阻特性曲线
热敏电阻的阻值-温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此，在使用时要进展线性化处理。线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比拟复杂。为此，在要求不高的一般应用中，常常作出在一定的温度围温度与阻值成线性关系的假定，以简化计算。使用热敏电阻是为了感知温度，给热敏电阻通以恒定电流，电阻两端就可测到一个电压，然后通过下面公式求得温度：

—被测温度;
—与热敏特性有关的温度参数；
—热敏电阻有关的系数；
—热敏电阻两端的电压。
根据这一公式，如能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数和参数，那么可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测得温度。这样，就把电阻随温度的变化关系转化为电压随温度的变化关系了。数字式电阻温度计设计工作的主要容，就是把热敏电阻两端电压值经A/D转换变成数字量，然后通过软件方法计算出温度值，再进展显示等处理。所以采取ADC0809芯片来读取电压值。
3.2 ADC0808
ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进展模/数转换的器件。其部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进展A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能根本一样。一般在硬件仿真时采用ADC0808进展A/D转换，实际使用时采用ADC0809进展A/D转换。
部构造
　ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比拟器、8位开关树型A/D转换器。

引脚功能〔外部特性〕

ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，
如右图所示。
各引脚功能如下：
　　1～5和26～28〔IN0～IN7〕：8路模拟量输入端。
　　6〔START〕： A／D转换启动脉冲输入端，
输入一个正脉冲〔至少100ns宽〕使其启动〔脉冲上升
沿使0809复位，下降沿启动A/D转换〕。
7〔EOC〕： A／D转换完毕信号，输出，当A／D
转换完毕时，此端输出一个高电平〔转换期间一直为低电平〕。
8、14、15和17～21：8位数字量输出端。
　　9〔OE〕：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换完毕时，此端输入一个高电平，才能翻开输出三态门，输出数字量。
　　10〔CLK〕：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
　　11〔Vcc〕：主电源输入端。
12〔VREF〔+〕〕和16〔VREF〔-〕〕：参考电压输入端
　　13〔GND〕：地。
22〔ALE〕：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
23～25〔ADDA、ADDB、ADDC〕：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
第四章、电路局部
4.1显示器接口电路

4.2温度采集系统

4.3电路总图

第五章、软件设计和功能说明
5.1系统主程序
在主程序中，系统上电自动复位以后首先设置堆栈，然后启动ADC0808，开场转换测温电路输入的电信号，待数据转换完毕后读入到累加器A，然后进展十进制数据转换调整，输出给显示电路。主程序流程图如图3.1所示。

主程序流程图

开场

相关参数设置

温度检测

是
超过极限值？

否
报警显示

温度显示

延时
完毕程序并显示此刻温度

人为读取程序流程图

5.2LED数码显示子程序
十进制转换调整后的数据送到存放器R5、R4中，然后通过P1口把数据输出给D4、D3、D2、D1四个数码显示器中，从而最终把测得的温度显示出来。显示子程序流程图如图3.3所示。

显示子程序流程图

第六章、 PROTEUS仿真
6.1工作界面
Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图4.2所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

图4.2 Proteus ISIS的工作界面

6.2 仿真结果图

总结
时光飞逝，一转眼，一个学期又进尾声了，本学期的单片机课程也完毕，但通过这次单片机的学习，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的根底上进展改良，使之功能不断完善，成为真己的东西。 当今社会随着电子技术的开展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现那么是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也表到达了各个方面。本学期我们就学习了单片机这门课程，感觉是有点难呢。也不知道整个学习过程是怎么过来得，可是时间不等人。 刚开场学习的时候，对单片机没有什么认识，不知道什么是单片机，更不知道它有什么作用。通过学习才大体知道了单片机的一些知识。单片机是一块在集成电路芯片上集成了一台有一定规模的微型计算机。简称为：单片微型计算机或单片机。单片机的应用到处可见，应用领域广泛，主要应用在智能仪表、实时控制、通信、家电等方面。由中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成了一个单片微型计算机，简称为单片机。它的应用围很广，在工业自动化中应用有数据采集、测控技术。在智能仪器仪表中应用有数字示波器、数字信号源、自动取款机等。在消费类电子产品中应用有空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。在通讯方面应用有手机、小灵通等。在武器装备方面应用有飞机、坦克、导弹、航天飞机、智能武器等。刚开场学习时只能抄写别人做成功的程序，一遍一遍的写，从简单的入手，逐步的积累，一步步的能够将小的程序结合到一起，拼接成较为复杂一些的程序

致
在本次论文设计过程中，感我的学校，给了我学习的时机，在学习中，贺教师从选题指导、

论文框架到细节修改，都给予了细致的指导，提出了很多珍贵的意见与建议，教师以其严谨

的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神

对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。这篇论文

是在教师的精心指导和大力支持下才完成的

感所有授我以业的教师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论

文。感恩之余，诚恳地请各位教师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的缺乏之处。

谨以此致最后，我要向百忙之中抽时间对本文进展审阅的各位教师表示衷心的感

参考文献
[1] 迎新. ?单片微型计算机原理、应用及接口技术?.国防工业
[2] 毅刚. ?单片机原理与应用设计?.电子工业
[3] 周航慈. ?单片机程序设计根底?.航空航天大学出社.
[4] 明荧. ?8051单片机课程设计实训教材?.清华大学 
[5] 胡汉才. ?单片机原理及其接口技术? .清华大学 
[6] 何立民. ?单片机高级教程?.航空航天大学
[7] 肖来胜. ?单片机技术实用教程?.华中科技大学

附录
程序清单
LED_0 EQU 30H
LED_1 EQU 31H
LED_2 EQU 32H
ADC EQU 35H
TTA EQU 36H
TTB EQU 37H
H_TEMP EQU 38H ;温度上限
L_TEMP EQU 39H ;温度下限
FLAG BIT 00H
H_ALM BIT P3.0
L_ALM BIT P3.1
SOUND BIT P3.7
CLOCK BIT P2.4
ST BIT P2.5
EOC BIT P2.6
OE BIT P2.7

ORG 00H
SJMP START
ORG 0BH
LJMP INT_T0
ORG 1BH
LJMP INT_T1

START: MOV LED_0,#00H
MOV LED_1,#00H
MOV LED_2,#00H
MOV DPTR,#TABLE
MOV H_TEMP,#200
MOV L_TEMP,#00
MOV TMOD,#12H
MOV TH0,#245
MOV TL0,#0
MOV TH1,#252
MOV TL1,#0
MOV IE,#8aH
CLR C
SETB TR0 ;为ADC0808提供时钟

WAIT: SETB H_ALM
SETB L_ALM
CLR ST
SETB ST
CLR ST ;启动转换
JNB EOC,$
SETB OE
MOV ADC,P1 ;读取AD转换结果
CLR OE
MOV A,ADC

SUBB A,#00 ;判断是否低于下限
JC LALM
MOV A,H_TEMP
MOV R0,ADC
SUBB A,R0 ;判断是否高于上限
JC HALM
CLR TR1
LJMP PROC

LALM: ;低温报警
CLR L_ALM
SETB TR1
CLR FLAG
LJMP PROC

HALM: ;高温报警
CLR H_ALM
SETB TR1
SETB FLAG
LJMP PROC

PROC: MOV A,ADC ;数值转换
MOV B,#100
DIV AB
MOV LED_2,A
MOV A,B
MOV B,#10
DIV AB
MOV LED_1,A
MOV LED_0,B
LCALL DISP
SJMP WAIT

INT_T0: CPL CLOCK ;提供ADC0808时钟
RETI

INT_T1: MOV TH1,#252
MOV TL1,#0
CPL SOUND
INC TTA
MOV A,TTA
FLAG,I1 ;判断是高温警报还是低温警报
CJNE A,#30,RETUNE ;低温警报声
SJMP I2
I1: CJNE A,#20,RETUNE ;高温警报声
I2: MOV TTA,#0
INC TTB
MOV A,TTB
CJNE A,#25,RETUNE
MOV TTA,#0
MOV TTB,#0
LCALL DELAY2
RETUNE: RETI

DISP: MOV A,LED_0 ;数码显示子程序
MOVC A,A+DPTR
CLR P2.3
MOV P0,A
LCALL DELAY
SETB P2.3

MOV A,LED_1
MOVC A,A+DPTR
CLR P2.2
MOV P0,A
LCALL DELAY
SETB P2.2

MOV A,LED_2
MOVC A,A+DPTR
CLR P2.1
MOV P0,A
LCALL DELAY
SETB P2.1
CLR P2.0
MOV P0,#3FH
LCALL DELAY
SETB P2.0

RET

DELAY: MOV R6,#10
D1: MOV R7,#250
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
RET
DELAY2: MOV R5,#20
D2: MOV R6,#20
D3: MOV R7,#250
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D3
DJNZ R5,D2
RET
TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH
END

- word.zl