課程設(shè)計(jì)--三位半數(shù)字顯示溫度計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　實(shí)習(xí)名稱 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 信息工程學(xué)院 </p><p>　　年級班別 </p><p>　　學(xué) 號 <

2、/p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　2017年12月04日</p><p>　　《三位半數(shù)字顯示溫度計(jì)》</p><p><b>　　設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2017.11.09~2017.12.04 </p

3、><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　報(bào)告頁數(shù)： 29頁 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求6</p>

4、<p>　　二、 設(shè)計(jì)方案及比較（設(shè)計(jì)可行性分析）7</p><p>　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路8</p><p>　　四、電路元件清單9</p><p>　　五、各模塊工作原理分析10</p><p>　　六、程序代碼展示14</p><p>　　七、畫出電路原理圖及PCB圖22</p&g

5、t;<p>　　八、產(chǎn)品的制作及調(diào)試22</p><p>　　九、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及展示26</p><p><b>　　十、實(shí)驗(yàn)感想28</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p&g

6、t;<p>　　采用STC89C52單片機(jī)、DS18B20傳感器、數(shù)字顯示器設(shè)計(jì)一個(gè)日常溫度數(shù)字溫度計(jì)。</p><p>　?。ㄒ唬┊a(chǎn)品指標(biāo)及技術(shù)要求：</p><p>　?、贉囟蕊@示范圍：0℃~50℃；</p><p>　?、跀?shù)字顯示分辨率：0.1℃；</p><p>　　③精度誤差≤0.5℃；</p><

7、p>　?、茈娐饭ぷ麟娫纯稍?~9V范圍內(nèi)工作. </p><p>　　二、設(shè)計(jì)方案及比較（設(shè)計(jì)可行性分析）</p><p>　　方案一：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)</p><p>　　器件：單片機(jī)，18B20，LED數(shù)碼管，電阻，晶振，電容。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：溫度高低限度可以自由設(shè)定、讀出溫度后實(shí)時(shí)顯示溫度能，且可編程提升了

8、裝置的擴(kuò)展性，可為后續(xù)功能增加預(yù)留空間。</p><p>　　缺點(diǎn)：單片機(jī)需要編程，軟硬結(jié)合，溫度計(jì)的調(diào)試更為復(fù)雜 </p><p>　　方案二：基于LM3芯片與ICL7107數(shù)字顯示溫度計(jì)設(shè)計(jì)</p><p>　　器件：LM35、ICL7107、電阻、電容、數(shù)碼管等。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：無需編程，純硬件設(shè)計(jì)</p>&

9、lt;p>　　缺點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，PCB圖布線密集，如果制作單層板，需要大量飛線，易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，以及功能固定。</p><p>　　經(jīng)過綜合比較，方案一雖然需要軟硬結(jié)合，總體難度大于方案二，但功能強(qiáng)大，而且相對來說在制板難度較小，綜合比較我們還是選擇方案一。</p><p>　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路</p><p>　　經(jīng)分析，將系統(tǒng)分為三個(gè)部分，一個(gè)是由

10、溫度傳感器DS18B20組成的檢測部分，另一個(gè)是由單片機(jī)和晶振回路組成的主控分析部分，以及最后用數(shù)碼管顯示器與電阻做的顯示模塊。如圖所示DS18B20將檢測到的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)，單片機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并送到數(shù)碼管顯示，6V電源給各個(gè)部分供電。</p><p><b>　　四、電路元件清單</b></p><p>　　五、各模塊工作原理分析</p>&

11、lt;p>　　本系統(tǒng)由單片機(jī)主控電路、DS18B20溫度檢測模塊、LED數(shù)碼管顯示模塊3部分組成。</p><p>　　1. STC89C52單片機(jī)主控制器件</p><p>　　STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核</p><p>　　

12、標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保

13、存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。</p><p>　　2. LED數(shù)碼管顯示模塊 </p><p>　　LED數(shù)碼管原理圖如下所示</p><p>　　下面左圖為實(shí)驗(yàn)板其中一只數(shù)碼管，而右圖為數(shù)碼管的內(nèi)部接法，也 就是前面所說的共陽極。當(dāng)要其顯示“1”時(shí)，只需置B 與C 為低電平，而其

14、它的為高電平；當(dāng)要顯示“2”時(shí)，只需置A﹑B﹑G﹑E﹑D 為低電平，而其它的為高電平；當(dāng)要顯示“8”時(shí)，就除了小數(shù)點(diǎn)以外全部為低電平；如此類推。</p><p>　　LED 數(shù)碼管顯示方法 ——“動(dòng)態(tài)掃描”。什么是動(dòng)態(tài)掃描？就是所要工作的若干個(gè)數(shù)碼管輪流顯示，只要輪流顯示的速度足夠快，每秒約50 次以上，由于人眼的 “視覺暫留” 特性，看起來就像是連續(xù)顯示，這樣稱為動(dòng)態(tài)掃描。這種顯示方式在數(shù)碼管應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用得最

15、為廣泛</p><p>　　左圖為共陽極的動(dòng)態(tài)掃電路，而右圖則為電路的工作時(shí)序。下面我們來分析一下動(dòng)態(tài)掃描的工作原理。在電路中T1﹑T2﹑T3 為用作開關(guān)作用，當(dāng)B極dig1﹑dig2﹑dig3 為低電平時(shí)導(dǎo)通，為高電平時(shí)截止，三個(gè)電阻為限流電阻。下面我們從圖5-15 來理解一下動(dòng)態(tài)掃描的工作原理。 第一：首先顯示個(gè)位，在單片機(jī)中將dig1 置低電平，而dig2 與dig3 置高電平，所以只有T1 導(dǎo)通，而T2

16、 與T3 則截止，同時(shí)在段碼a～g 中輸出相應(yīng)段碼的低電平，那么在數(shù)碼管中只有個(gè)位顯示，而相應(yīng)的十位與百位則沒有顯示。 第二：顯示十位，在單片機(jī)中將dig2 置低電平，而dig1 與dig3 置高電平，所以只有T2 導(dǎo)通，而T1 與T3 則截止，同時(shí)在段碼a～g 中輸出相應(yīng)段碼的低電平，那么在數(shù)碼管中只有十位顯示，而相應(yīng)的個(gè)位與百位則沒有顯示。 第三：顯示百位，在單片機(jī)中將dig3 置低電平，而dig1 與dig2 置高電平，所以只有

17、T3 導(dǎo)通，而T1 與T2 則截止，同時(shí)在段碼a～g 中輸出相應(yīng)段碼的低電平，那么在數(shù)碼管中只有百位顯示，而相應(yīng)的個(gè)位與十位則沒有顯示。</p><p>　　3. 溫度檢測模塊 </p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)９～

18、１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下： </p><p>　　獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； </p><p>　　多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； </p><p><b>　　無須外部器件； </b></p><p>　　可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0

19、～5.5Ｖ；</p><p>　　測溫范圍從-55度到+125度（從-10度到+85度的精度為±0.5度） </p><p><b>　　零待機(jī)功耗；</b></p><p>　　溫度以9或12數(shù)字； </p><p>　　用戶可定義報(bào)警設(shè)置； </p><p>　　報(bào)警搜索命令識別并

20、標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； </p><p>　　負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； </p><p>　　DS18B20接線圖如下所示：</p><p><b>　　六、程序代碼展示</b></p><p>　　#include <reg51.h><

21、;/p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p><b>　　uint TT;</b></p><p>　　/*******************************共陽LED段碼表********

22、***********************/</p><p>　　unsigned char code tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f,0xbf,0xc6};</p><p>　　uchar code tab1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78

23、,0x00,0x10};</p><p>　　/*************************端口定義************************/</p><p>　　sbit DQ=P3^3; //數(shù)據(jù)傳輸線接單片機(jī)的相應(yīng)的引腳</p><p>　　/*************************定義全局變量*****************/<

24、;/p><p>　　unsigned char tempL=0; //臨時(shí)變量低位</p><p>　　unsigned char tempH=0; //臨時(shí)變量高位</p><p>　　float temperature; //溫度值</p><p>　　float temperature2;</p><p>　　/**

25、********************************************************</p><p>　　函數(shù)功能:延時(shí)子程序</p><p><b>　　入口參數(shù):k</b></p><p><b>　　出口參數(shù):</b></p><p>　　*************

26、*********************************************/</p><p>　　void delay(unsigned int k)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int n;</p><p><b>　　n=0;</b&g

27、t;</p><p>　　while(n < k)</p><p><b>　　{n++;}</b></p><p><b>　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************

28、******************************************</p><p>　　函數(shù)功能:數(shù)碼管掃描延時(shí)子程序</p><p><b>　　入口參數(shù):</b></p><p><b>　　出口參數(shù):</b></p><p>　　***********************

29、***********************************/</p><p>　　void delay1(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int k;</b></p><p>　　for(k=0;k<100;k++);</p&g

30、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************************************************</p><p>　　函數(shù)功能:數(shù)碼管顯示子程序</p><p><b>　　入口參數(shù):k</b></p><p&g

31、t;<b>　　出口參數(shù):</b></p><p>　　**********************************************************/</p><p>　　void display(int k)</p><p><b>　　{</b></p><p><

32、b>　　P0=0xff;</b></p><p>　　P2=0xff; //1111 1111</p><p><b>　　delay1();</b></p><p>　　P2=0xfe;//1111 1110</p><p>　　P0=tab[k/100]; //十位在第一位數(shù)碼管&l

33、t;/p><p><b>　　delay1();</b></p><p><b>　　P0=0xff;</b></p><p>　　P2=0xff;//1111 1110</p><p><b>　　delay1();</b></p><p>　　P2=0

34、xfd; //1111 1101</p><p>　　P0=tab1[k%100/10];</p><p><b>　　delay1();</b></p><p><b>　　P0=0xff;</b></p><p>　　P2=0xff;//1111 1110</p><p

35、><b>　　delay1();</b></p><p>　　//個(gè)位在第二位數(shù)碼管</p><p>　　////P0=0x7f; //顯示小數(shù)點(diǎn)</p><p>　　////delay1();</p><p>　　////delay1();</p><p><b>　　

36、//</b></p><p>　　// P2=0xff;//1111 1110</p><p>　　//delay1();</p><p>　　P2=0xfb; //1111 1011</p><p>　　P0=tab[k%100%10]; //小數(shù)位在第三個(gè)數(shù)碼管</p><p>&

37、lt;b>　　delay1();</b></p><p><b>　　P0=0xff;</b></p><p>　　P2=0xff;//1111 1110</p><p><b>　　delay1();</b></p><p><b>　　P2=0xf7;</b&

38、gt;</p><p>　　P0=0xc6; //第四位數(shù)碼管顯示C</p><p><b>　　delay1();</b></p><p><b>　　P0=0xff;</b></p><p>　　P2=0xff; //1111 1111</p><

39、p><b>　　delay1();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　函數(shù)功能:DS18B20初始化子程序</p><p><b>　　入口參數(shù):</b></p><p><b>　　出口參數(shù):</b></p&

40、gt;<p>　　**********************************************************/</p><p>　　Init_DS18B20(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char x=0;</p><p>

41、;　　DQ=1; //DQ先置高</p><p>　　delay(8); //延時(shí)</p><p>　　DQ=0; //發(fā)送復(fù)位脈沖</p><p>　　delay(85); //延時(shí)（>480ms)</p><p>　　DQ=1; //拉高數(shù)據(jù)線</p><p>　　delay(14); //等待（15~60m

42、s)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************************************************</p><p>　　函數(shù)功能:向DS18B20讀一字節(jié)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　入口參數(shù):</b><

43、/p><p><b>　　出口參數(shù):dat</b></p><p>　　**********************************************************/</p><p>　　ReadOneChar(void)</p><p><b>　　{</b></p>

44、;<p>　　unsigned char i=0;</p><p>　　unsigned char dat=0;</p><p>　　for (i=8;i>0;i--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p>

45、<p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　DQ=0;</b></p><p><b>　　dat>>=1;</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　

46、　if(DQ)</b></p><p>　　dat|=0x80;</p><p><b>　　delay(4);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(dat);</p><p><b>　　}</b&g

47、t;</p><p>　　/**********************************************************</p><p>　　函數(shù)功能:向DS18B20寫一字節(jié)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　入口參數(shù):dat</b></p><p><b>　　出口參數(shù):</b&

48、gt;</p><p>　　**********************************************************/</p><p>　　WriteOneChar(unsigned char dat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i

49、=0;</p><p>　　for(i=8;i>0;i--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DQ=0;</b></p><p>　　DQ=dat&0x01;</p><p><b>　　delay(5);</

50、b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　dat>>=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　delay(4);</b></p><p&

51、gt;<b>　　}</b></p><p>　　/**********************************************************</p><p>　　函數(shù)功能:向DS18B20讀溫度值</p><p><b>　　入口參數(shù):</b></p><p>　　出口參

52、數(shù):temperature</p><p>　　**********************************************************/</p><p>　　ReadTemperature(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Init_DS18B20();

53、 //初始化</p><p>　　WriteOneChar(0xcc); //跳過讀序列號的操作</p><p>　　WriteOneChar(0x44); //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換</p><p>　　delay(125); //轉(zhuǎn)換需要一點(diǎn)時(shí)間，延時(shí)</p><p>　　Init_DS18B20(); //初始化</p><p

54、>　　WriteOneChar(0xcc); //跳過讀序列號的操作</p><p>　　WriteOneChar(0xbe); //讀溫度寄存器（頭兩個(gè)值分別為溫度的低位和高位）</p><p>　　tempL=ReadOneChar(); //讀出溫度的低位LSB</p><p>　　tempH=ReadOneChar(); //讀出溫度的高位MSB<

55、;/p><p>　　//溫度轉(zhuǎn)換，把高低位做相應(yīng)的運(yùn)算轉(zhuǎn)化為實(shí)際溫度</p><p>　　temperature=((tempH*256)+tempL)*0.0625;</p><p><b>　　/*加*/</b></p><p>　　temperature2=temperature*10+0.5;</p>

56、<p>　　temperature=temperature2;</p><p><b>　　/*加*/</b></p><p>　　delay(200);</p><p>　　return(temperature);</p><p><b>　　}</b></p><

57、p>　　/**********************************************************</p><p><b>　　函數(shù)功能:主程序</b></p><p><b>　　入口參數(shù):</b></p><p><b>　　出口參數(shù):</b></p>

58、<p>　　**********************************************************/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　float i;</b></p><p>

59、<b>　　while(1)</b></p><p>　　{i=ReadTemperature();</p><p>　　display(i);}}</p><p>　　七、畫出電路原理圖及PCB圖</p><p><b>　　電路原理圖： </b></p><p><

60、b>　　PCB圖：</b></p><p><b>　　實(shí)物圖：</b></p><p>　　八、產(chǎn)品的制作及調(diào)試</p><p>　　產(chǎn)品的制作具體步驟如下：</p><p>　　在網(wǎng)上收集相關(guān)芯片的數(shù)據(jù)以及典型電路，為設(shè)計(jì)原理圖和PCB圖做準(zhǔn)備。</p><p>　　用軟件A

61、ltium Designer完成電路原理圖制作，包括元件，封裝的，以及尋找元件庫，封裝庫。</p><p>　　利用軟件Altium Designer導(dǎo)入原理圖的元器件，并根據(jù)原理圖進(jìn)行人工布局布線，布線的線寬以20mil為基準(zhǔn)，電源線用30mil.</p><p>　　轉(zhuǎn)印。利用Altium Designer導(dǎo)出PCB圖的pdf文件，通過打印機(jī)在熱敏紙上打印出PCB圖，用砂紙打磨銅板，去

62、除銅表面的氧化層。然后將印有電路圖的一面熱轉(zhuǎn)印紙與銅板壓緊并剪去多余的熱轉(zhuǎn)印紙，進(jìn)行五到六次遍不間斷的來回加熱，通過在高溫下將銅版紙上的電路圖墨跡粘到銅板上，再檢查線路是否清晰，是否聯(lián)通，用油性馬克筆在墨跡不清晰和斷路的地方修補(bǔ)并加粗。</p><p>　　制版。首先用水壺把自來水加熱，然后用腐蝕藥粉與水按一定比例倒入水盆中，調(diào)制腐蝕液，水的量以浸沒覆銅板為準(zhǔn)，腐蝕粉大約四分之一包，然后將敷銅板放入其中，并不斷地

63、搖晃盆子加快反應(yīng)速率。</p><p>　　打孔。利用鉆孔機(jī)進(jìn)行打孔。放置底座的孔要盡量對齊，可以在打孔前畫一條直線，若孔口不足放入底座（元器件），則應(yīng)該換一個(gè)大一點(diǎn)的鉆頭重新鉆一遍。</p><p>　　將元器件焊接到相應(yīng)位置，并用萬用表檢查是否出現(xiàn)斷路、短路的情況。若出現(xiàn)斷路，則應(yīng)該重新焊上；若出現(xiàn)短路，則應(yīng)該用電烙鐵沾上松香使其斷路。</p><p>　　利用

64、keil uvision軟件進(jìn)行單片機(jī)程序編輯，然后將程序下載到單片機(jī)中。</p><p>　　測試，下載程序至單片機(jī)之后，對電路板進(jìn)行測試工作（對電路板通入5V穩(wěn)定電壓，觀察當(dāng)前室溫是否與顯示對應(yīng)。利用電烙鐵靠近溫度感應(yīng)器加熱，觀察數(shù)碼管顯示變化，記錄拍照）。</p><p><b>　　九、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及展示</b></p><p><b

65、>　　常溫下</b></p><p>　　用電烙鐵靠近加熱，每提高5℃記錄數(shù)據(jù)一次</p><p>　　溫度計(jì)可以在50℃內(nèi)正常運(yùn)行</p><p><b>　　十、實(shí)驗(yàn)感想</b></p><p>　　從第十周開始上課開題布置設(shè)計(jì)任務(wù)，在十一周和十二周進(jìn)行設(shè)計(jì)相關(guān)資料的收集，初步完成電路原理圖的設(shè)計(jì)，

66、到十三周將原理圖轉(zhuǎn)化為PCB圖，將PCB圖導(dǎo)出PDF文件，然后轉(zhuǎn)印PCB圖，腐蝕覆銅板并打孔，最后將元器件焊入電路板上并燒入程序測試成功。在這三個(gè)星期中也遇到了挺多問題，比如，在設(shè)計(jì)PCB圖自動(dòng)布線線路太過曲折密集，無法滿足實(shí)際要求，需要人為布線使之符合要求；在第一次把底座管腳無法順利插入電路板中，后來才知道底座的孔口需要大一些，換上大一些的鉆頭重新打鉆；再例如數(shù)碼管只顯示8888，無法正常工作，一步一步排查問題，檢查電路圖是否短路斷路

67、，元件是否燒壞，檢查代碼，最后發(fā)現(xiàn)是連接單片機(jī)VCC的管腳與電源正極管腳之間斷路了。中間也有些問題反復(fù)出現(xiàn)，混淆了問題出處。萬幸最后終于解決了問題。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，更加加深了對PCB圖的制作過程，也學(xué)到了制板的整個(gè)過程，也學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用網(wǎng)上的芯片手冊進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)。在完成每一步的過程中也感受到了課程設(shè)計(jì)帶來的快樂，通過設(shè)計(jì)出的三位半溫度計(jì)，提升了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能