单片机的数字温度计的设计与制作1
目 录
一、 引言 1
（一） 数字温度计的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 单片机的选取 3
（二） STC89C51型51单片机 3
（三） DS18B20温度传感器 4
（四） 蜂鸣器概述 5
（五） 按键驱动电路概述 6
（六） 4位共阳型数码管 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） STC89C51最小系统设计 8
（三） DS18B20电路设计 9
（四） 报警器模块设计 10
（五） 数码管电路设计 11
（六） 电源电路设计 11
四、软件系统设计 12
（一）软件系统流程图设计 12
（二）DS18B20温度转换流程设计 13
（三）报警流程图设计 13
（四）按键消抖流程设计 14
五、实物制作与调试 16
（一）PCB设计 19
（二）器件的焊接 19
（三）程序的下载 19
总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
数字温度计的发展背景
本文主要介绍了一种以单片机作为控制核心的数字式温度计，所谓数字式温度计是相对于传统的温度计而言的，通常情况下内部由微处理器核心、温度传感模块、显示屏模块、报警模块以及按键控制等模块，它的出现反映了微处理器技术发展成熟并且越来越生活化。说到传统温度计，想来是一种立刻就能知道它的外形以及工作原理的测温装置，长长的外表以及一根盛装水银柱的玻璃柱，玻璃柱旁边贴好刻度表之后，环境温度发生改变后，由于水银这种物质的体积对温度及其敏感，当环境温度降低后，水银迅速收缩，因此水银在玻璃柱中的高度将降低，其顶端即对应着此时的
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部由微处理器核心、温度传感模块、显示屏模块、报警模块以及按键控制等模块，它的出现反映了微处理器技术发展成熟并且越来越生活化。说到传统温度计，想来是一种立刻就能知道它的外形以及工作原理的测温装置，长长的外表以及一根盛装水银柱的玻璃柱，玻璃柱旁边贴好刻度表之后，环境温度发生改变后，由于水银这种物质的体积对温度及其敏感，当环境温度降低后，水银迅速收缩，因此水银在玻璃柱中的高度将降低，其顶端即对应着此时的环境温度；而当环境温度升高后，水银又会迅速膨胀，在玻璃柱中的水银顶端会升高，因此对应着的温度刻度也提高，这就是传统温度计的典型工作原理，可以发现传统温度计是人类对自然界物质的一种合理运用，说明在很早的时候人们就已经发现热胀冷缩以及水银的诸多性质，是人类的一种智慧象征。传统温度计的优点是全部采用物理原理，通过机械结构就很轻松地完成了温度测量，然而它也具有很多缺点，首先最重要的就是水银是一种毒性非常强烈的元素，当不慎将温度计打碎后，水银一旦流入到土壤，将会污染一大片土地，如果不慎被人体摄入，那么将会带来生命危险；另外根据权威资料显示，水银体积与温度之间的变化关系并不是线性的，在50摄氏度左右时，水银体积会发生一小段骤变，因此在50摄氏度区间内，传统温度计的温度测量数据带有一定的不准确性。随着微处理技术以及其他学科的迅速发展，在二十世纪后期出现了一种称之为单片机的控制器，通过这种控制器的控制作用，在工业上往往能够完成很多人工所无法完成的工作，因此在那段时期大大提高了工厂和企业的生产效率，并迅速的赢得了广泛的青睐，后来经过不断地研究和改进，单片机已经逐渐成为当前工业领域以及民用产品中最为常用的一种控制器或者称之为微处理器，数字温度计就是一种以微处理器作为主控核心的电子产品，目前市面上的数字温度计有通过DSP作为主控的，也由通过FPGA作为主控的，然而在这几种不同类型的数字温度计中，以单片机的性价比最高，因此应用范围也最为广泛，数字式温度计解决了传统温度计测温不准确以及潜在的危害性等问题，同时还具有温度报警等功能，这是传统温度计所无法做到的，另外温度测量结果也被搬到了屏幕上通过数字进行显示，再也不用费劲地读取刻度盘了，这就是数字温度计的典型特征。
国内外发展现状
根据一项统计数据显示，全世界每年生产各种不同类型的数字温度计的数量达到5千万个，这些温度计其中一大部分被用于了森林建设，将这些带有卫星通信功能的数字式温度计安置在森林的不同测量点，来检测整个森林的温度情况，可以发现数字式温度计正在不断地被嵌入各种各样的新型技术并被投入到各种领域内进行使用。在国外，研究者们热衷于将各式各样的传感器植入到温度计中，以增加数字温度计的功能，另外有一部分研究者正在探索一种新型的温度感知方法，通过这种方法能够摒弃掉目前常用的温度传感器；而在国内，温度的采集速度以及精度则是一个更被关心的问题，目前国内精度最高的数字温度计能够达到小数点后5位，在一些精密测量领域，具有很好的应用前景。
本文主要内容
本文设计了一款数字式温度计，通过网上及图书馆查阅相关资料，了解了数字式温度计的发展背景以及国内外的发展现状，并迅速地确立了本课题的研究目标。在本文的第二章对构建数字式温度计的硬件模块进行了对比和选择，第三章进行了硬件系统设计，通过原理图等形式描述了设计方法及过程，在第四章对数字式温度计的软件系统进行了设计，最终经过不断地改进和优化，本数字式温度计实现了如下指标：
温度测量范围为-55~+125℃，精度为0.1℃；
具有超温报警功能，报警温度阀值可以设置；
具有温度显示功能。
方案选择及元器件介绍
单片机的选取
方案一：以自身对单片机的使用熟练度为第一考虑要素，则选择51单片机作为本系统的主控芯片最为合适，虽然大多数51单片机内部资源比较匮乏，比如很少有集成ADC、DAC或者SPI模块，但是其内部集成的16位计时器、UART以及中断等功能已经足够使用，并且像SPI以及IIC这种接口都可以通过软件方式模拟，因此这不但节省了系统的开发成本，又能够结合自身的学习情况来顺利进行单片机系统的设计，这是很重要的。在51系列单片机中，台湾宏晶公司推出的STC89C51是近年来比较常用的一款芯片，它采用RISC最简指令集，这同其他51单片机一样，并且管脚排列以及封装形式都是相同的，因此不同型号的51单片机互换可行性很高。在开发
一、 引言 1
（一） 数字温度计的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 单片机的选取 3
（二） STC89C51型51单片机 3
（三） DS18B20温度传感器 4
（四） 蜂鸣器概述 5
（五） 按键驱动电路概述 6
（六） 4位共阳型数码管 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） STC89C51最小系统设计 8
（三） DS18B20电路设计 9
（四） 报警器模块设计 10
（五） 数码管电路设计 11
（六） 电源电路设计 11
四、软件系统设计 12
（一）软件系统流程图设计 12
（二）DS18B20温度转换流程设计 13
（三）报警流程图设计 13
（四）按键消抖流程设计 14
五、实物制作与调试 16
（一）PCB设计 19
（二）器件的焊接 19
（三）程序的下载 19
总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
数字温度计的发展背景
本文主要介绍了一种以单片机作为控制核心的数字式温度计，所谓数字式温度计是相对于传统的温度计而言的，通常情况下内部由微处理器核心、温度传感模块、显示屏模块、报警模块以及按键控制等模块，它的出现反映了微处理器技术发展成熟并且越来越生活化。说到传统温度计，想来是一种立刻就能知道它的外形以及工作原理的测温装置，长长的外表以及一根盛装水银柱的玻璃柱，玻璃柱旁边贴好刻度表之后，环境温度发生改变后，由于水银这种物质的体积对温度及其敏感，当环境温度降低后，水银迅速收缩，因此水银在玻璃柱中的高度将降低，其顶端即对应着此时的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
部由微处理器核心、温度传感模块、显示屏模块、报警模块以及按键控制等模块，它的出现反映了微处理器技术发展成熟并且越来越生活化。说到传统温度计，想来是一种立刻就能知道它的外形以及工作原理的测温装置，长长的外表以及一根盛装水银柱的玻璃柱，玻璃柱旁边贴好刻度表之后，环境温度发生改变后，由于水银这种物质的体积对温度及其敏感，当环境温度降低后，水银迅速收缩，因此水银在玻璃柱中的高度将降低，其顶端即对应着此时的环境温度；而当环境温度升高后，水银又会迅速膨胀，在玻璃柱中的水银顶端会升高，因此对应着的温度刻度也提高，这就是传统温度计的典型工作原理，可以发现传统温度计是人类对自然界物质的一种合理运用，说明在很早的时候人们就已经发现热胀冷缩以及水银的诸多性质，是人类的一种智慧象征。传统温度计的优点是全部采用物理原理，通过机械结构就很轻松地完成了温度测量，然而它也具有很多缺点，首先最重要的就是水银是一种毒性非常强烈的元素，当不慎将温度计打碎后，水银一旦流入到土壤，将会污染一大片土地，如果不慎被人体摄入，那么将会带来生命危险；另外根据权威资料显示，水银体积与温度之间的变化关系并不是线性的，在50摄氏度左右时，水银体积会发生一小段骤变，因此在50摄氏度区间内，传统温度计的温度测量数据带有一定的不准确性。随着微处理技术以及其他学科的迅速发展，在二十世纪后期出现了一种称之为单片机的控制器，通过这种控制器的控制作用，在工业上往往能够完成很多人工所无法完成的工作，因此在那段时期大大提高了工厂和企业的生产效率，并迅速的赢得了广泛的青睐，后来经过不断地研究和改进，单片机已经逐渐成为当前工业领域以及民用产品中最为常用的一种控制器或者称之为微处理器，数字温度计就是一种以微处理器作为主控核心的电子产品，目前市面上的数字温度计有通过DSP作为主控的，也由通过FPGA作为主控的，然而在这几种不同类型的数字温度计中，以单片机的性价比最高，因此应用范围也最为广泛，数字式温度计解决了传统温度计测温不准确以及潜在的危害性等问题，同时还具有温度报警等功能，这是传统温度计所无法做到的，另外温度测量结果也被搬到了屏幕上通过数字进行显示，再也不用费劲地读取刻度盘了，这就是数字温度计的典型特征。
国内外发展现状
根据一项统计数据显示，全世界每年生产各种不同类型的数字温度计的数量达到5千万个，这些温度计其中一大部分被用于了森林建设，将这些带有卫星通信功能的数字式温度计安置在森林的不同测量点，来检测整个森林的温度情况，可以发现数字式温度计正在不断地被嵌入各种各样的新型技术并被投入到各种领域内进行使用。在国外，研究者们热衷于将各式各样的传感器植入到温度计中，以增加数字温度计的功能，另外有一部分研究者正在探索一种新型的温度感知方法，通过这种方法能够摒弃掉目前常用的温度传感器；而在国内，温度的采集速度以及精度则是一个更被关心的问题，目前国内精度最高的数字温度计能够达到小数点后5位，在一些精密测量领域，具有很好的应用前景。
本文主要内容
本文设计了一款数字式温度计，通过网上及图书馆查阅相关资料，了解了数字式温度计的发展背景以及国内外的发展现状，并迅速地确立了本课题的研究目标。在本文的第二章对构建数字式温度计的硬件模块进行了对比和选择，第三章进行了硬件系统设计，通过原理图等形式描述了设计方法及过程，在第四章对数字式温度计的软件系统进行了设计，最终经过不断地改进和优化，本数字式温度计实现了如下指标：
温度测量范围为-55~+125℃，精度为0.1℃；
具有超温报警功能，报警温度阀值可以设置；
具有温度显示功能。
方案选择及元器件介绍
单片机的选取
方案一：以自身对单片机的使用熟练度为第一考虑要素，则选择51单片机作为本系统的主控芯片最为合适，虽然大多数51单片机内部资源比较匮乏，比如很少有集成ADC、DAC或者SPI模块，但是其内部集成的16位计时器、UART以及中断等功能已经足够使用，并且像SPI以及IIC这种接口都可以通过软件方式模拟，因此这不但节省了系统的开发成本，又能够结合自身的学习情况来顺利进行单片机系统的设计，这是很重要的。在51系列单片机中，台湾宏晶公司推出的STC89C51是近年来比较常用的一款芯片，它采用RISC最简指令集，这同其他51单片机一样，并且管脚排列以及封装形式都是相同的，因此不同型号的51单片机互换可行性很高。在开发
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