单片机的数字温度计设计
【】本文结合了大学所学的专业知识，设计了一款以DS18B20温度传感器以及AT89C51单片机作为核心元件的数字温度计控制系统。本系统的主要特点是采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现，不但如此，电路中的芯片全部采用了直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能够快速地实现维修和更换等操作。
目录
引言 1
（一）温度检测系统的发展背景 1
（二）智能温度检测系统的国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
一、方案选择及元器件介绍 3
（一）控制芯片的选取 3
（二）AT89C51单片机介绍 3
（三）DS18B20温度传感器介绍 4
（四）LCD1602液晶屏简介 5
二、硬件系统设计 6
（一）数字温度计系统的原理框图设计 6
（二）最小系统设计 7
（三）DS18B20温度传感器电路设计 8
（四）液晶屏电路设计 8
（五）报警电路设计 9
三、软件系统设计 10
（一）数字温度计系统的软件工作流程设计 10
（二）DS18B20温度传感器工作流程设计 10
（三）液晶屏显示流程设计 11
（四）报警电路工作流程设计 12
总结 13
参考文献 14
致谢 15
附录一 原理图 16
附录二 元件列表 17
附录三 程序 18
引言
（一）温度检测系统的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，温度检测系统在人们的生活中以及随处可见了，这种电子器件通常能够辅助人们对工业活动过程中的温度、环境温度以及其他温度进行检测和过温报警，不仅如此它通常还是组成温度控制系统的一个重要部分。由于各种工业活动几乎都涉及到对温度的检测（如冶金过程中对金属溶液的温度测量、水房对温度的检
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
测以及航空航天中对空间温度的实时检测等），因此它和国民的生产生活息息相关，温度检测系统的性能高低将影响着各类工业活动。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和温度传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能温度检测系统控制系统。所谓“温度检测系统控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合温度传感器、显示器、时间处理模块、报警模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现温度检测系统系统的自动控制特性。温度检测系统控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——温度传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将温度的快速检测通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现温度的检测输出。在温度传感器出现之前，温度的计量几乎无法实现，人们的很多对于温度计量的想法只能够停留在理论阶段或者只能依靠传统的温度计来实现。由于温度传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的温度检测系统系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的温度检测系统控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的温度检测系统控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型温度检测系统控制系统，并且将通过射频无线通信技术实现对温度数据的远程无线收发。
（二）智能温度检测系统的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的温度检测系统系统进行研究，由于基本的温度检测功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台和温度相关的工业仪器上都能够实现温度测量的功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的温度检测处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的温度检测要求，尤其是在快速温度检测过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手机中，将能够很大程度的节约手机电量开销。
（三）本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现 数字温度计的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
1.能够实现温度的实时测量。
2.能够通过按键设置报警温度阀值，当温度超过阀值后，发出报警信号。
3.具有显示功能 一、方案选择及元器件介绍
（一）控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用ATMEL的AT89C51单片机作为这次毕业设计的主控单片机，它也具备一些其他单片机所不具有的优势和特点，首先最重要的是它是过去一段时间几乎所有高校都采用的一种单片机课程学习对象，它内部经典的MCS51CPU在单片机发展历程中流行了几十年而不衰退，这主要得益于其精简的内部构架，能够在较短时间内完成成千上万次运算，这在早期单片机世界中是难能可贵的，虽然在目前玲琅满目的单片机市场中，中高端应用中已经很难看到AT89C51单片机的身影，但这绝不影响它的受欢迎性，经典永远是经典，从来不会应为新秀的出现而被遗忘。在内部资源方面，其高性能的UART、管脚中断以及十六位定时器等外设，使得AT89C51单片机更加闪耀着着人的光芒，虽然这些模块相比于其他高端单片机如STM32等来说不足为奇，但是结合到其相当低廉的成本来说，AT89C51的性价比就体现出来了。
目录
引言 1
（一）温度检测系统的发展背景 1
（二）智能温度检测系统的国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
一、方案选择及元器件介绍 3
（一）控制芯片的选取 3
（二）AT89C51单片机介绍 3
（三）DS18B20温度传感器介绍 4
（四）LCD1602液晶屏简介 5
二、硬件系统设计 6
（一）数字温度计系统的原理框图设计 6
（二）最小系统设计 7
（三）DS18B20温度传感器电路设计 8
（四）液晶屏电路设计 8
（五）报警电路设计 9
三、软件系统设计 10
（一）数字温度计系统的软件工作流程设计 10
（二）DS18B20温度传感器工作流程设计 10
（三）液晶屏显示流程设计 11
（四）报警电路工作流程设计 12
总结 13
参考文献 14
致谢 15
附录一 原理图 16
附录二 元件列表 17
附录三 程序 18
引言
（一）温度检测系统的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，温度检测系统在人们的生活中以及随处可见了，这种电子器件通常能够辅助人们对工业活动过程中的温度、环境温度以及其他温度进行检测和过温报警，不仅如此它通常还是组成温度控制系统的一个重要部分。由于各种工业活动几乎都涉及到对温度的检测（如冶金过程中对金属溶液的温度测量、水房对温度的检
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
测以及航空航天中对空间温度的实时检测等），因此它和国民的生产生活息息相关，温度检测系统的性能高低将影响着各类工业活动。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和温度传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能温度检测系统控制系统。所谓“温度检测系统控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合温度传感器、显示器、时间处理模块、报警模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现温度检测系统系统的自动控制特性。温度检测系统控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——温度传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将温度的快速检测通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现温度的检测输出。在温度传感器出现之前，温度的计量几乎无法实现，人们的很多对于温度计量的想法只能够停留在理论阶段或者只能依靠传统的温度计来实现。由于温度传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的温度检测系统系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的温度检测系统控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的温度检测系统控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型温度检测系统控制系统，并且将通过射频无线通信技术实现对温度数据的远程无线收发。
（二）智能温度检测系统的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的温度检测系统系统进行研究，由于基本的温度检测功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台和温度相关的工业仪器上都能够实现温度测量的功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的温度检测处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的温度检测要求，尤其是在快速温度检测过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手机中，将能够很大程度的节约手机电量开销。
（三）本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现 数字温度计的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
1.能够实现温度的实时测量。
2.能够通过按键设置报警温度阀值，当温度超过阀值后，发出报警信号。
3.具有显示功能 一、方案选择及元器件介绍
（一）控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用ATMEL的AT89C51单片机作为这次毕业设计的主控单片机，它也具备一些其他单片机所不具有的优势和特点，首先最重要的是它是过去一段时间几乎所有高校都采用的一种单片机课程学习对象，它内部经典的MCS51CPU在单片机发展历程中流行了几十年而不衰退，这主要得益于其精简的内部构架，能够在较短时间内完成成千上万次运算，这在早期单片机世界中是难能可贵的，虽然在目前玲琅满目的单片机市场中，中高端应用中已经很难看到AT89C51单片机的身影，但这绝不影响它的受欢迎性，经典永远是经典，从来不会应为新秀的出现而被遗忘。在内部资源方面，其高性能的UART、管脚中断以及十六位定时器等外设，使得AT89C51单片机更加闪耀着着人的光芒，虽然这些模块相比于其他高端单片机如STM32等来说不足为奇，但是结合到其相当低廉的成本来说，AT89C51的性价比就体现出来了。
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