課程設計--三位半數(shù)字顯示溫度計

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文檔簡介

1、　　課程設計報告　　實習名稱電子技術綜合設計 　　學院信息工程學院 　　年級班別 　　學號 <

2、/p>　　學生姓名 　　2017年12月04日　　《三位半數(shù)字顯示溫度計》　　設計報告　　設計時間： 2017.11.09~2017.12.04 </p

3、>　　班級： 　　姓名： 　　報告頁數(shù)： 29頁 　　目錄　　一、設計任務與要求6

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

5、t;　　八、產(chǎn)品的制作及調(diào)試22　　九、實驗結(jié)果及展示26　　十、實驗感想28　　一、設計任務與要求　　設計任務：</p&g

6、t;　　采用STC89C52單片機、DS18B20傳感器、數(shù)字顯示器設計一個日常溫度數(shù)字溫度計。　?。ㄒ唬┊a(chǎn)品指標及技術要求：　?、贉囟蕊@示范圍：0℃~50℃；　?、跀?shù)字顯示分辨率：0.1℃；　?、劬日`差≤0.5℃；<

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

8、裝置的擴展性，可為后續(xù)功能增加預留空間。　　缺點：單片機需要編程，軟硬結(jié)合，溫度計的調(diào)試更為復雜 　　方案二：基于LM3芯片與ICL7107數(shù)字顯示溫度計設計　　器件：LM35、ICL7107、電阻、電容、數(shù)碼管等。　　優(yōu)點：無需編程，純硬件設計&

9、lt;p>　　缺點：電路設計復雜，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。　　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。　　三、系統(tǒng)設計總體思路　　經(jīng)分析，將系統(tǒng)分為三個部分，一個是由

10、溫度傳感器DS18B20組成的檢測部分，另一個是由單片機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，單片機對接收到的數(shù)據(jù)進行處理并送到數(shù)碼管顯示，6V電源給各個部分供電。　　四、電路元件清單　　五、各模塊工作原理分析&

11、lt;p>　　本系統(tǒng)由單片機主控電路、DS18B20溫度檢測模塊、LED數(shù)碼管顯示模塊3部分組成。　　1. STC89C52單片機主控制器件　　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存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核

12、標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構），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、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保

13、存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。　　2. LED數(shù)碼管顯示模塊 　　LED數(shù)碼管原理圖如下所示　　下面左圖為實驗板其中一只數(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。當要其顯示“1”時，只需置B 與C 為低電平，而其

14、它的為高電平；當要顯示“2”時，只需置A﹑B﹑G﹑E﹑D 為低電平，而其它的為高電平；當要顯示“8”時，就除了小數(shù)點以外全部為低電平；如此類推。　　LED 數(shù)碼管顯示方法 ——“動態(tài)掃描”。什么是動態(tài)掃描？就是所要工作的若干個數(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，這樣稱為動態(tài)掃描。這種顯示方式在數(shù)碼管應用系統(tǒng)中應用得最

15、為廣泛　　左圖為共陽極的動態(tài)掃電路，而右圖則為電路的工作時序。下面我們來分析一下動態(tài)掃描的工作原理。在電路中T1﹑T2﹑T3 為用作開關作用，當B極dig1﹑dig2﹑dig3 為低電平時導通，為高電平時截止，三個電阻為限流電阻。下面我們從圖5-15 來理解一下動態(tài)掃描的工作原理。第一：首先顯示個位，在單片機中將dig1 置低電平，而dig2 與dig3 置高電平，所以只有T1 導通，而T2

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

17、T3 導通，而T1 與T2 則截止，同時在段碼a～g 中輸出相應段碼的低電平，那么在數(shù)碼管中只有百位顯示，而相應的個位與十位則沒有顯示。　　3. 溫度檢測模塊 　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，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)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～

18、１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下： 　　獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 　　多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； 　　無須外部器件； 　　可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0

19、～5.5Ｖ；　　測溫范圍從-55度到+125度（從-10度到+85度的精度為±0.5度） 　　零待機功耗；　　溫度以9或12數(shù)字； 　　用戶可定義報警設置； 　　報警搜索命令識別并

20、標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 　　負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； 　　DS18B20接線圖如下所示：　　六、程序代碼展示　　#include <reg51.h><

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

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

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

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

25、********************************************************　　函數(shù)功能:延時子程序　　入口參數(shù):k　　出口參數(shù):　　*************

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

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

28、******************************************　　函數(shù)功能:數(shù)碼管掃描延時子程序　　入口參數(shù):　　出口參數(shù):　　***********************

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

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

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

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

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

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

35、>　　delay1();　　//個位在第二位數(shù)碼管　　////P0=0x7f; //顯示小數(shù)點　　////delay1();　　////delay1();

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

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

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

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

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

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

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

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

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

45、　　delay(1);　　DQ=0;　　dat>>=1;　　DQ=1;

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

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

48、gt;　　**********************************************************/　　WriteOneChar(unsigned char dat)　　{　　unsigned char i

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

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

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

52、數(shù):temperature　　**********************************************************/　　ReadTemperature(void)　　{　　Init_DS18B20();

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

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

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

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

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

58、　　**********************************************************/　　void main()　　{　　float i;

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

60、b>　　PCB圖：　　實物圖：　　八、產(chǎn)品的制作及調(diào)試　　產(chǎn)品的制作具體步驟如下：　　在網(wǎng)上收集相關芯片的數(shù)據(jù)以及典型電路，為設計原理圖和PCB圖做準備。　　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。　　利用軟件Altium Designer導入原理圖的元器件，并根據(jù)原理圖進行人工布局布線，布線的線寬以20mil為基準，電源線用30mil.　　轉(zhuǎn)印。利用Altium Designer導出PCB圖的pdf文件，通過打印機在熱敏紙上打印出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并加粗。　　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，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、搖晃盆子加快反應速率。　　打孔。利用鉆孔機進行打孔。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），則應該換一個大一點的鉆頭重新鉆一遍。　　將元器件焊接到相應位置，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，則應該重新焊上；若出現(xiàn)短路，則應該用電烙鐵沾上松香使其斷路。　　利用

64、keil uvision軟件進行單片機程序編輯，然后將程序下載到單片機中。　　測試，下載程序至單片機之后，對電路板進行測試工作（對電路板通入5V穩(wěn)定電壓，觀察當前室溫是否與顯示對應。利用電烙鐵靠近溫度感應器加熱，觀察數(shù)碼管顯示變化，記錄拍照）。　　九、實驗結(jié)果及展示<b

65、>　　常溫下　　用電烙鐵靠近加熱，每提高5℃記錄數(shù)據(jù)一次　　溫度計可以在50℃內(nèi)正常運行　　十、實驗感想　　從第十周開始上課開題布置設計任務，在十一周和十二周進行設計相關資料的收集，初步完成電路原理圖的設計，

66、到十三周將原理圖轉(zhuǎn)化為PCB圖，將PCB圖導出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。在這三個星期中也遇到了挺多問題，比如，在設計PCB圖自動布線線路太過曲折密集，無法滿足實際要求，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出現(xiàn)，混淆了問題出處。萬幸最后終于解決了問題。　　通過這次課程設計，更加加深了對PCB圖的制作過程，也學到了制板的整個過程，也學會了如何運用網(wǎng)上的芯片手冊進行原理圖的設計。在完成每一步的過程中也感受到了課程設計帶來的快樂，通過設計出的三位半溫度計，提升了實驗實踐能力，培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能

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