目錄

1  設計任務與要求

1．1  設計任務

1. 2  設計要求

2  設計方案

2. 1 設計思路

2.2  溫度檢測硬件系統各模塊功能

2.2.1  單片機STC89C52RC

2.2.2  溫度傳感器DS18B20

2.2.3  液晶顯示器LCD1602

2.4.3  LCD1602主要特性

3  硬件電路設計

3.1  系統框圖

3.2  最小的單片機系統

3.2.1  時鐘電路

3.2.2  復位電路

3.3  溫度檢測系統設計

3.4  液晶顯示電路設計

4  軟件設計

4.1  整體系統分析

4.2  程序流程圖

4.3  C語言程序

5  Proteus軟件仿真

6  實物制作

6.1  器材清單

6.2  最小系統板制作

6.3  溫度檢測系統電路板制作

6.4  溫度檢測展示

6.5  焊接點展示

6.6  實物圖展示

6.7  作品檢查

利用電阻、瓷片電容、電解電容、12MHz晶振、STC89C52單片機、DS18B20溫度傳感器、1602液晶顯示器、1P杜邦線、排針、最小系統板、電位器、洞洞板等，完成一個溫度檢測系統。

1、采用單片機及溫度傳感器設計溫度檢測系統。

2、溫度檢測結果采用液晶顯示器輸出。

    1、熟悉此電路工作原理。

2用溫度傳感器18B20測環境溫度，用LCD1602顯示測量結果。

3、畫出Proteus原理圖，PCB圖。   

4、用Proteus仿真。

5、測量范圍0~99攝氏度，精度誤差小于1攝氏度。   

6、一份設計說明書。  

7、做出所設計的系統的實物。

    由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉換電路，感溫電路比較麻煩。進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以可以采用溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。

    故針對上述現象，本文設計了一種由單片機控制的溫度采集與顯示系統，它以STC89C52單片機為核心，采用溫度傳感器DS18B20實現對溫度信號的采集以及運用LCD1602液晶顯示器來顯示數據。在溫度信號的采集方面，采用DS18B20型溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并可根據實際要求通過簡單的編碼實現9~12位的數字式讀數方式，可在-50℃～＋300℃范圍內顯示數據，在-10～+85℃時精度為±0.5℃。

DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。

    1、適應電壓范圍更寬，電壓范圍:3.0~5.5V，在寄生電源方式下可由數據線供電。

    2、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。

    3、 DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫。

    4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。

    5、溫范圍-55℃~+125℃，在-10~+85℃時精度為±0.5℃。

6、可編程 的分辨率為9~12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫。

DS18B20內部結構

    DS18B20內部結構主要由四部分組成:64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的外形及管腳排列如圖2.2所示:

圖2.2 溫度傳感器DS18B20

DS18B20引腳定義:   

(1)GND為電源地;

    (2)DQ為數字信號輸入/輸出端;

    (3)VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。

1602液晶顯示器也叫1602字符型液晶顯示器，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。如圖2.3所示:

圖2.3液晶顯示器LCD1602

LCD1602管腳介紹

LCD1602采用標準的16腳接口，如圖2.3所示，其中從左到右為1-16腳：   

第1腳：GND為電源地   

第2腳：VCC接5V電源正極

第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）。

第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。

   第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。     第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負跳變時執行指令。

第7-14腳：D0～D7為8位雙向數據端。

第15-16腳：空腳或背燈電源，15腳背光正極，16腳背光負極。

1、3.3V或5V工作電壓，對比度可調。   

2、內含復位電路。

   3、提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。  

   4、有80字節顯示數據存儲器DDRAM。

5、內建有192個5X7點陣的字型的字符發生器CGROM。

6、8個可由用戶自定義的5X7的字符發生器CGRAM。

溫度檢測系統由USB接口電源，DS18B20溫度傳感器組成的溫度檢測模塊，STC89C52單片機組成的核心電路，復位電路、時鐘電路及液晶顯示器組成的顯示電路構成。如圖3.1所示:

圖3.1 系統框圖

單片機最小系統以STC89C52RC為核心,外加時鐘電路和復位電路,電路結構簡單,抗干擾能力強,成本相對較低,非常符合本設計的所有要求。

時鐘電路在單片機的外部通過XTAL1,XTAL2這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調電容,構成穩定的自激振蕩器。本系統采用的為12MHz的晶振,一個機器周期為1us,C1、C2為30pF。如圖3.2所示:

圖3.2 時鐘電路仿真圖

復位電路分為上電自動復位和按鍵手動復位,RST引腳是復位信號的輸入端,復位信號是高電平有效。

上電自動復位通過電容C3和電阻R1來實現。如圖3.3所示:

圖3.3  復位電路原理圖

按鍵手動復位是復位鍵來實現的，上圖3-6中未添加復位鍵，復位鍵可添加在正5V電源與單片機RST管腳之間。

DS18B20采用單線進行數據傳輸，第2管腳外接一個4.7k上拉電阻與單片機的P3.7口相連進行數據的雙向傳輸，第3管腳外接正5V電源，第1管腳接地。如圖3.4所示:

圖3.4  溫度檢測仿真圖

外部電源供電方式是DS18B20的最佳工作方式，工作溫度可靠，抗干擾能力強，電路也簡單，并且可以開發出穩定可靠的多點溫度監控系統。

LCD1602液晶顯示屏采用標準的16腳接口，VSS管腳接地，VDD管腳接正5V電源，VEE管腳接電位器RV1，RS管腳外接單片機的P2.0口,RW管腳接P2.1，E管腳外接單片機的P2.2口，D0-D7管腳分別接單片機的P0.0-P0.7口，仿真圖未標識出的A、K管腳為背光燈電源管腳，分別接正5V電源和地。如圖3.5所示:

圖3.5液晶顯示電路原理圖

液晶顯示器雖然加了驅動電路，但并不發光，液晶顯示器發出來的光是由背光發出的，燈管的特性類似于家用日光燈，工作時需要高壓。這部分電路通常稱為高壓背光電路�；蚪懈邏罕彻怛寗与娐�。液晶顯示器所消耗的電能基本全是由背光消耗。相對而言，這部分電路工作在高壓大電流下，很容易出現故障，液晶顯示器的自然故障大多數是這個部分出現了電路故障。

溫度檢測系統由溫度及中斷初始化，溫度檢測，溫度輸入處理，溫度顯示等幾部分模塊組成。如圖5.1所示：

圖4.1  軟件設計

程序流程圖包括：開始后先進行各個模塊的初始化，然后再進行溫度（數據）的采樣處理，最后由液晶顯示器輸出溫度。如圖5.2所示:

圖4.2  程序流程圖

溫度檢測系統設計的 Proteus原理圖設計，找到12MHz晶振、STC89C52單片機、DS18B20溫度傳感器、液晶顯示器等器件，并用線進行連接，注意電源與地。如圖6.1所示:

圖5.1  溫度檢測系統仿真圖

加載程序液晶屏顯示溫度。如圖6.2所示：

圖5.2  溫度檢測系統模擬運行

通過調整DS18B20中的“+”“-”即可改變顯示數值。

  實物制作用到的器件有以下幾種，如表7.1所示:

表6.1   溫度檢測元器件明細表

焊接最小系統板，把電容、極性電容、12Mhz晶振、電阻、排針、底座插到最小系統板上，因為背面電路都已連接好，只需在各個位置焊上個元器件即可。實物圖如圖7.1所示:

圖6.1  最小系統電路實物圖

DS18B20焊接時應注意1,2,3腳，電路板最右面焊排針，以便輸入信號。 輸入程序前用杜邦線將各個模塊進行連接。

室內溫度測量如圖7.2所示:

圖6.2 室溫

用手指捏住DS18B20一段時間，再次進行溫度的測量。如圖7.3所示：

圖6.3手指加熱

每個焊點以方正，不帶刺，均勻為好。當焊好電路后，仔細檢查焊點質量與是否導通。如圖7.4所示:

圖6.4  焊接點展示

圖6.5  實物圖展示

1、首先按照仿真圖將實物焊接,注意焊接的質量,不要出現虛焊等現象。   

2、通電觀察現象。   

3、通電后無反應。

4、將單片機換一塊最小系統板,檢查是否原來最小系統板有問題及單片機是否有問題。

5、液晶顯示器的顯示和仿真是否有不同。

6、檢查單片機引腳與液晶顯示器連接的順序是否正確.程序是否匹配。   

7、液晶顯示器不亮或亮的很暗。

8、檢查線路的正負極是否接反,檢查限流電阻阻值是否正確,檢查是否有斷路現象。

當焊好電路后通電之后，發現電路不亮，檢查了一下單片機向外的接口，虛焊了個地方，重新焊好后，接入液晶顯示器，發現有一組液晶顯示器不亮，原因是未連接背光電路，重新連接后，通電，試驗成功。

本設計是以STC89C52為核心，利用軟硬件相結合的典型例子。通過做本課題，使我了解LCD1602液晶顯示器和DS18B20的基本理論知識，更深入的了解單片機的開發應用和C編程控制。為以后從事單片的這方面的工作和以后的學習打下了良好的基礎，樹立了獨立從事設計制作的信心。同時也培養了我認真做事的態度，和獨立學習的能力。從得到題目到查找資料，在這一個充滿挑戰，充滿熱情并伴隨打擊的過程中，我感觸頗深，它是對我做事的毅力和耐心的考驗。我在這個過程中深刻的感受到了做設計的意義所在，和我一樣真正投入了身心去做的人也一定會有同樣的感觸。雖然自己滿打滿算一共接觸單片機有三個多月了，而且也參加過一點比賽，但對單片機的熟悉程度還是不夠。想要自己設計一個模型困難還是很大。聽過老師的課后感覺對單片機內部很不熟悉。在以后的學習中打算從匯編語言也學一點，可以真正熟悉、認識單片機吧。再一點是多看單片機的程序和示例，熟悉后再考慮創新。

在這兩周中，我漸漸的明白了自己是多么的無知，看到實驗室里成天忙碌的諸位大神，深表慚愧，我從剛過去的暑假就開始接觸單片機，開始是看視頻進行學習，后來開學之后，我們開了單片機這一門課程，于是就抱著學習的心態買了一開發板，結果卻沒怎么練習，才造成了這兩周舉步維艱、困難重重。在焊接電路板時我們組遇到了好多問題：

一是，起初我們的的焊點不美觀，可能是烙鐵頭不熱的緣故，導致了某個焊點虛焊，不能完成應有的結果，但幾經修正，焊點變得圓滑了許多

二是，焊接的電路板不漂亮，起初我們不會走錫，相鄰的焊點連接起來較為困難，板子上好多小鐵片都被焊掉了，幾經嘗試，換過洞洞板之后焊點就美觀很多了，解決了最初遇到的問題。

最后，我們小組幾個成員是分開去實驗室進行焊電路的，不知是誰把P0口的插頭給弄掉了，導致單片機不能正常工作，出現許多亂碼，最終發現了這個問題。解決方案有兩種：一是把P0口的線接到P1口上，之后改程序調試；二是更換一STC89C51單片機。由于時間緊，我們選擇了后者，并且調試成功了。在調試完成之后，我們又對實物圖進行了“美化”設計，解決了線路亂，元器件擺放混亂的種種問題。部分長杜邦線用短的代替，最小系統跟液晶顯示器LCD1602都固定在洞洞板上，連接線路省力了不少，算是另類創新了。

這次課程設計基本的完成了任務書的要求，實現了溫度的測量。還有一些不足的是，我還沒有摸清這一課程設計源程序的思路，面對著如此長的程序還無從下手。通過測試表明系統的設計是正確的，可行的。但是由于設計者的設計經驗和知識水平有限，系統還存在許多不足和缺陷。在以后的學習中要更加努力上進，彌補發現的這些缺點和不足。

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