单片机的数字显示温度计的设计与制作
目 录
一、 引言 1
（一） 数字显示温度计的研究背景 1
（二） 数字显示温度计的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控单片机的选择 2
（二） AT89C51单片机介绍 2
（三） DS18B20温度传感器概述 4
（四） DS18B20性能特点 5
（五） LCD1602液晶概述 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 数字显示温度计系统方案设计 7
（二） AT89C51单片机最小系统构建 7
（三） DS18B20电路设计 9
（四） LCD1602液晶显示器电路设计 9
四、 软件系统设计 11
（一） 数字显示温度计的软件流程设计 11
（二） DS18B20温度转换流程设计 12
（三） LCD1602显示流程设计 12
总结 14
致谢 15
参考文献 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元件列表 19
附录四 程序 20
引言
数字显示温度计的研究背景
温度参数是多种行业都需要检测的一个重要参数，几乎工业上的大小环节都离不开对温度的准确测量，它是决定产品质量的决定性因素，比如在烟草生产企业，温度在烘烤车间是决定烟叶色泽和质量的首要保障；而在冶金行业，温度是决定化学反应效率的重要条件，因此在历史上产生了多种监控温度的方法（如学习算法、模糊算法以及PID算法等），它们在不同的应用场合都能发挥出很灵活的控制性能。在工业上，监控温度的控制器主要使用微处理器，如单片机、PLC或者DSP等，随着单片机技术的飞速发展，目前32位单片机（如SST公司的STM32）已经在微处理器界大行其道，它优异的性能能够使得过去的传统控制系统大幅提高，因此对于温度参数的控制，各行各业也提出了更高的要求，不但要求温度稳定、抑制干扰以及快速到达设定温度等，这些要求的实现对于性能优越的微处理器是非常容易的。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
合都能发挥出很灵活的控制性能。在工业上，监控温度的控制器主要使用微处理器，如单片机、PLC或者DSP等，随着单片机技术的飞速发展，目前32位单片机（如SST公司的STM32）已经在微处理器界大行其道，它优异的性能能够使得过去的传统控制系统大幅提高，因此对于温度参数的控制，各行各业也提出了更高的要求，不但要求温度稳定、抑制干扰以及快速到达设定温度等，这些要求的实现对于性能优越的微处理器是非常容易的。
数字显示温度计的国内外发展现状
温度测量技术目前正朝着网络化、更远距离化的方向发展，在网络化方面，很多研究者正在不断地将以太网模块、互联网总线植入到温度控制系统内，有了以太网模块，多个温度控制系统就可以组成一个小网络，多个小网络就可以组成一个大网络，从而进行集中管理、监视和维护。麻省理工大学的一个研究小组开发了一款能够手机对温度进行监控的系统，它的智能之处在于这个系统不但在手机上设计了温度的监控界面，同时能够将多项参数（如温度、湿度以及气压等）通过GPRS模块发送给手机持有者，这样企业人员在给自己的手机上下载这个系统后，就能够在办公室内轻松的检测车间的温度情况，省去了现场监管的麻烦。而国内的研究者也在这方面取得了很大的成果，他们将以太网植入了温度测量控制系统中，通过网络数据实现了对温度的灵活控制。
本文主要内容
本文主要设计了一款采用AT89C51单片机作为主控核心的数字显示温度计控制系统，片外选用了目前工业上常用的DS18B20型传感器作为温度检测模块，HRS1H-S-DC5V型继电器作为加热模块开关，并给系统配置了一个液晶屏，从而显示温度等重要数据。
本课题主要实现以下功能：
能够实现温度的实时测量。
能够通过按键设置温度。
系统能够通过控制加热模块迅速将温度稳定在设置温度上。
具有显示功能。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的选择
方案一：选择8位的51内核单片机作为主控核心，由于51单片机进入中国学生的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的，STC89C51是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的C51单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了UART、定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复杂。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功带来了极大的保障，然而这种仿真器的成本相对昂贵，给学生实验带来诸多不便。在优势方面，430单片机的内部资源相对丰富，大多数型号都集成了AD、DA、硬件IIC、定时器以及UART等资源，在使用时配置比较方便。然而其缺点也非常明显，由于低功耗的430单片机主要应用在一些手持设备上，用户主要是一些手持仪器研发公司，因此对于430单片机的开发资料学生不能方便触及到，给学生学习带来诸多不利。
综合上面两个方案的简要分析，由于大学期间有对C51单片机有较深的学习和频繁使用，考虑到最后能够设计出性能最佳的作品，因此选用C51单片机作为了本次设计的主控核心。
AT89C51单片机介绍
所谓的C51单片机或者S51单片机都是采用经典的51内核作为核心的微控制器，经过各个厂家对51内核的扩展，产生了各种C51单片机，比较著名的有美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机和中国台湾宏晶公司推出的STC89C51单片机，本系统采用了AT89C51
一、 引言 1
（一） 数字显示温度计的研究背景 1
（二） 数字显示温度计的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控单片机的选择 2
（二） AT89C51单片机介绍 2
（三） DS18B20温度传感器概述 4
（四） DS18B20性能特点 5
（五） LCD1602液晶概述 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 数字显示温度计系统方案设计 7
（二） AT89C51单片机最小系统构建 7
（三） DS18B20电路设计 9
（四） LCD1602液晶显示器电路设计 9
四、 软件系统设计 11
（一） 数字显示温度计的软件流程设计 11
（二） DS18B20温度转换流程设计 12
（三） LCD1602显示流程设计 12
总结 14
致谢 15
参考文献 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元件列表 19
附录四 程序 20
引言
数字显示温度计的研究背景
温度参数是多种行业都需要检测的一个重要参数，几乎工业上的大小环节都离不开对温度的准确测量，它是决定产品质量的决定性因素，比如在烟草生产企业，温度在烘烤车间是决定烟叶色泽和质量的首要保障；而在冶金行业，温度是决定化学反应效率的重要条件，因此在历史上产生了多种监控温度的方法（如学习算法、模糊算法以及PID算法等），它们在不同的应用场合都能发挥出很灵活的控制性能。在工业上，监控温度的控制器主要使用微处理器，如单片机、PLC或者DSP等，随着单片机技术的飞速发展，目前32位单片机（如SST公司的STM32）已经在微处理器界大行其道，它优异的性能能够使得过去的传统控制系统大幅提高，因此对于温度参数的控制，各行各业也提出了更高的要求，不但要求温度稳定、抑制干扰以及快速到达设定温度等，这些要求的实现对于性能优越的微处理器是非常容易的。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
合都能发挥出很灵活的控制性能。在工业上，监控温度的控制器主要使用微处理器，如单片机、PLC或者DSP等，随着单片机技术的飞速发展，目前32位单片机（如SST公司的STM32）已经在微处理器界大行其道，它优异的性能能够使得过去的传统控制系统大幅提高，因此对于温度参数的控制，各行各业也提出了更高的要求，不但要求温度稳定、抑制干扰以及快速到达设定温度等，这些要求的实现对于性能优越的微处理器是非常容易的。
数字显示温度计的国内外发展现状
温度测量技术目前正朝着网络化、更远距离化的方向发展，在网络化方面，很多研究者正在不断地将以太网模块、互联网总线植入到温度控制系统内，有了以太网模块，多个温度控制系统就可以组成一个小网络，多个小网络就可以组成一个大网络，从而进行集中管理、监视和维护。麻省理工大学的一个研究小组开发了一款能够手机对温度进行监控的系统，它的智能之处在于这个系统不但在手机上设计了温度的监控界面，同时能够将多项参数（如温度、湿度以及气压等）通过GPRS模块发送给手机持有者，这样企业人员在给自己的手机上下载这个系统后，就能够在办公室内轻松的检测车间的温度情况，省去了现场监管的麻烦。而国内的研究者也在这方面取得了很大的成果，他们将以太网植入了温度测量控制系统中，通过网络数据实现了对温度的灵活控制。
本文主要内容
本文主要设计了一款采用AT89C51单片机作为主控核心的数字显示温度计控制系统，片外选用了目前工业上常用的DS18B20型传感器作为温度检测模块，HRS1H-S-DC5V型继电器作为加热模块开关，并给系统配置了一个液晶屏，从而显示温度等重要数据。
本课题主要实现以下功能：
能够实现温度的实时测量。
能够通过按键设置温度。
系统能够通过控制加热模块迅速将温度稳定在设置温度上。
具有显示功能。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的选择
方案一：选择8位的51内核单片机作为主控核心，由于51单片机进入中国学生的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的，STC89C51是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的C51单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了UART、定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复杂。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功带来了极大的保障，然而这种仿真器的成本相对昂贵，给学生实验带来诸多不便。在优势方面，430单片机的内部资源相对丰富，大多数型号都集成了AD、DA、硬件IIC、定时器以及UART等资源，在使用时配置比较方便。然而其缺点也非常明显，由于低功耗的430单片机主要应用在一些手持设备上，用户主要是一些手持仪器研发公司，因此对于430单片机的开发资料学生不能方便触及到，给学生学习带来诸多不利。
综合上面两个方案的简要分析，由于大学期间有对C51单片机有较深的学习和频繁使用，考虑到最后能够设计出性能最佳的作品，因此选用C51单片机作为了本次设计的主控核心。
AT89C51单片机介绍
所谓的C51单片机或者S51单片机都是采用经典的51内核作为核心的微控制器，经过各个厂家对51内核的扩展，产生了各种C51单片机，比较著名的有美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机和中国台湾宏晶公司推出的STC89C51单片机，本系统采用了AT89C51
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