1、基于单片机的数字温度计设计目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1选题研究背景和意义11.2国内外研究现状1第二章 基于单片机的数字温度计的硬件电路的设计22.1控制方案的设计22.2系统总体设计22.3 ATmega16单片机22.3.1 ATmega16单片机的主要性能22.3.2 ATmega16单片机的外部结构32.4温度检测电路42.4.1 DS18B20简介42.4.2 DS18B20主要特点42.4.3 DS18B20引脚说明52.4.4 温度检测电路设计52.5按键电路52.5.1 按键简介52.5.2 按键电路设计62.6显示电路62.6.1 LCD1602简介
2、62.6.2 LCD1602主要技术参数72.6.3 LCD1602引脚说明72.6.4 LCD1602控制指令说明72.6.5 显示电路设计82.7报警电路82.7.1 蜂鸣器简介82.7.2 报警电路设计9第三章 基于单片机的数字温度计的软件设计103.1 AVR Studio4软件设计思想103.2 主程序流程图113.3各子程序流程图123.3.1温度采集初始化程序123.3.2读取温度子程序133.3.3写字节子程序流程图143.3.4读字节子程序流程图153.3.5按键程序流程图163.3.6报警程序流程图16第四章 基于单片机的数字温度计的系统焊接与调试174.1 电路焊接174
3、.2 系统调试184.2.1系统程序调试184.2.2硬件测试184.3 实物测试19第五章 结束语21参 考 文 献22答谢词23摘 要在本次设计中，主要基于AVR单片机，并且通过DS18B20温度传感器，针对环境中的温度，进行实时采集。与此同时，该设计主要选择LCD1602液晶显示屏，用来针对实时温度，进行及时显示。当温度超过参考值时，报警器报警。关键词：单片机；数字控制；温度控制；DS18B20IAbstractIn this design, it is mainly based on AVR microcontroller, and through DS18B20 temperatur
4、e sensor, real-time acquisition is carried out for the temperature in the environment. At the same time, the design mainly selects the LCD1602 liquid crystal display for timely display of real-time temperature. When the temperature exceeds the reference value, the alarm alarms.Key words: single chip
5、 microcomputer; digital control; temperature control; DS18B20II第一章 绪论1.1选题研究背景和意义在很多领域中,都需要使用温度测量,在传统测量的过程中,我们发现其具有较多的缺点,如人工进行测量时,其准确性不能保证,误差较多;测量方式非常繁琐。如果需要对有毒物体的温度进行测量,就会具有较大的危险性,这更加突出了传统温度计的弊端。现今在社会大环境的影响下,我们国家的电子技术得到了飞速的发展,单片机技术也得了到提升,在温度计的使用方面也开始实现自动化以及智能化,温度测量更加方便可靠。纵观市场的发展,我们可以发现在很多的电子产品中,都广泛
6、应用单片机,由此对其进行温度设计的策略也受到了广泛的重视。而与传统的测量方式相比,数字温度计更加具有优势,不仅测量精准方便,测量的范围也非常的广泛,且抗干扰的能力较强,稳定性较高,在很多科研实验中被广泛使用。随着现代信息技术的不断发展,温度传感器的设计也越加的完善,与时代更加的贴合,尤其是总线的设计安全性、可靠性较高保障了人民的使用安全,同时在测量精度、功能等方面也得到了不断的完善。基于此,对于单片机数字温度计的研究就更具有意义。1.2国内外研究现状受全球技术发展的影响,我国的电子技术得到了飞速的发展。现今工业发展的过程中，水位以及温度的控制发展的较为普遍，在很多方面都有应用。现如今，中国经济
7、正在不断蓬勃发展，在此期间，民众的生活质量得到了大幅度攀升，并且在诸多场合中，都会应用到水位以及温度的控制,其对社会的服务性得到了体现,单片机控制机器不仅在工业中应用普遍,我们的生活中也广泛存在,如我国乘坐的电梯、数控机床等。特别是经过完善的单片机控制设备,不仅使用时间得到了延长,自动化水平也得到了很多的提高。上文说到的水位以及温度的控制在我国工业设计、工程建设乃至生活中都有广泛的应用,实际上在发展的早期其只是在工厂中进行使用,就以工厂中的大锅炉为例,就必须应用水位和温度的控制才可以正常的运行系统。随着人们生活水平的提高,对于各方面的要求都变得更加挑剔,热水器也就成为了我们生活的一部分,提高了
8、我们的生活效率,尤其是在城市中热水器的类型更多,有太阳能热水器、煤气热水器等广泛存在,通过各种方式给我们提供能量,但是不管哪种类型的热水器都会应用到水位和温度的控制,自动化水平较高。1第二章 基于单片机的数字温度计的硬件电路的设计2.1控制方案的设计1、本设计是由AVR单片机核心电路、DS18B20温度检测电路及其相应的LCD1602液晶显示电路组成，与此同时，还包含按键控制电路及其电源电路等部分共同组成。2、按键说明：S1减键、S2加键。3、具体功能：LCD1602液晶显示屏第一行显示检测温度值，第二行显示设置的报警值。可设置高温报警值大小。当检测的温度值超过设定的值时，开始报警。2.2系统
9、总体设计 本系统具体框图如图2.1所示：电源电路AVR单片机最小系统电路按键电路温度采集电路LCD1602显示电路报警电路图2.1系统基本原理示意图2.3 ATmega16单片机2.3.1 ATmega16单片机的主要性能ATmega属于AVR中的高档产品，它承袭了AT90所具有的特点，并在AT90的基础上，增加了更多的接口功能，从而切实提升了该产品具备的经济性及其灵活性。 ATmega16单片机的主要性能如表2.1。表2.1 ATmega16单片机基本性能细表基本性能（1）该单片机具备16K字节并且能够实现系统内可编程的Flash。（2）该单片机具备512 字节的EEPROM。（3）该单片机
10、具备1K 字节的SRAM。（4）该单片机具备数量高达32 个的通用I/O 口线。（5）该单片机具备数量高达32 个的通用工作寄存器。（6）该单片机能够支持片内调试及其相应的编程。（7）该单片机存在可编程的串行USART。（8）该单片机存在能够实现编程的看门狗定时器，并在其中设置了片内振荡器，与此同时，存在1个SPI 串行端口及其6种省电模式。2.3.2 ATmega16单片机的外部结构单片机引脚结构图如图2.2所示。图2.2 AVR16单片机引脚结构图端口A、端口B及其端口D：这三个端口，均为8位的双向I/O口，并且存在能够实现编程的某种内部上拉电阻。实际上，端口中存在的输出缓冲器，能够实现对
11、称驱动，从而得以针对相对较大的电流，进行实时吸收与输出。当系统复位的过程中，如果系统时钟并没有进行起振，则对于端口而言，其将呈现出高阻状态。除此之外，这三个端口，同样能够实现多样化特殊功能。 端口C：与端口A、B、D的不同处在于，假设JTAG接口使能，则当进行实际复位时，倘若在引脚PC5、引脚PC3及其引脚PC2中，存在的上拉电阻，已经实现激活。则对于端口C而言，也能实现多样化特殊功能。RESET：该引脚属于复位输入引脚。XTAL1：该引脚属于反向振荡放大器及其相应的片内时钟操作电路中，存在的实际输入端。 XTAL2：该引脚属于反向振荡放大器中，存在的实际输出端。 AVCC：该引脚属于端口A及
12、其相应的A/D转换器中，连接的电源。AREF：A/D的模拟基准输入引脚。2.4温度检测电路2.4.1 DS18B20简介 在本次设计中，涉及到的DS18B20数字温度传感器，主要经由美国DALLAS半导体企业完成自主研发，其本质为已经通过完善的智能传感器。相较于原有的热敏电阻而言，该传感器能够实时显示出环境中的实际温度。其内部结构主要由64位光刻ROM、温度传感器、温度报警触发器和配置寄存器四部分组成。其实物图如图2.3所示。 图2.3 DS18B2实物图2.4.2 DS18B20主要特点DS18B20具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。对于该传感器而言，其具体性能大致如下：（
13、1）存在与众不同的单线接口方式，利用唯一的端口引脚,就能实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）测温范围 55+125，固有测温误差1。（3）能够支持多点组网，并且能够实现将多个同类型传感器，通过并联，呈现于三线中，最多只能并联8个。（4）工作电源: 3.05.5V/DC （可以数据线寄生电源）。（5）在使用中不需要任何外围元件。（6）温度以912位数字量的实际方式，来完成串行传送。（7）存在一定的负电压特性，如果当电源极性出现接反的情况下，该传感器中的温度计，并不会由于发热，而发生烧毁现象，仅仅只是暂停工作。2.4.3 DS18B20引脚说明 在DS18B20数字温度传感器平面的一侧上
14、看，从左往右为1、2、3脚。1脚为GND接地。2脚为DQ，数据的输入/输出端，数据传输端“单总线”。3脚为VDD，外供电时为电源接入端，总线供电时接地。其引脚功能图如图2.4所示。图2.4 DS18B2引脚功能图2.4.4 温度检测电路设计DS18B20数字温度传感器的一脚接地，二脚与单片机40脚PA0口连接进行所采集到的实时温度数据的传输，三脚接电源，在二脚与三脚之间接一个10K的电阻进行限流。DS18B20输出的数据是有协议的数据，不是一个模拟量无需进行A/D转换。温度检测电路的原理图如图2.5所示图2.5 DS18B2温度检测电路原理图2.5按键电路2.5.1 按键简介本设计中采用的是4
15、脚按键开关，这种开关不能够自锁，但每当按下去一次，信号就发生一次跳变。在没有按下的时候只有两个引脚连接，按下之后，四个引脚连接在一起。一般4脚按键在使用时，使用按键对角线的两个引脚 。其实物图如图2.6所示。图2.6按键实物图2.5.2 按键电路设计本设计中涉及到的按键，能够实现人机交互。当按键针对单片机中存在的引脚，进行实际控制时，通常会首先将其设定为高电平状态，然而，当操作按键时，就会从高电平状态，转化成低电平状态。进而实现对系统的手动输入。在本系统中，按键作用为：设置报警值的大小，S1是减按键S2是加按键。S1接在单片机15脚PD1(TXD)口上，端口为USART的数据输出口。S2接在单片机16脚PD2(INT0)口上，端口为外部中断源0，
