实时温度显示系统的设计与仿真
摘要：本文介绍了以单片机发展为背景，采用DS18B20为温度传感器的新型数字温度计的设计。论文介绍了硬件电路和软件系统的设计。其中硬件电路主要由数码管显示电路、报警电路和温度检测电路等组成，主控制器采用AT89C51单片机为核心的控制器件，显示电路采用4位共阴极LED数码管以动态扫描法直读显示。系统软件主要分析了主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。最后在Proteus软件上进行仿真、测试。由于采用了改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，与传统的温度计相比，本数字温度计减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
关键词：单片机 DS18B20 LED显示 数字温度计
1 绪论
1.1 选题背景及意义
随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度采集方和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业控制对象中的一个重要的被控参数，然而所采用的温度元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。
环境温度对农业、工业、商业以及人们的正常生活都有很大的影响。温度的测量是人们生活中一项必不可少的工作。传统的温度计测量费时，准确度也比较低。单片机温度计与传统的温度计相比，具有测量方便，测量范围广，测温准确，结果采用数字显示。能够满足对测温要求准确的场所和实验室。因此，单片机温度计被广泛的应用诸多领域。
传统的温度检测以热敏电阻为为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具有使用方便，测量范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。选用AT89C51型单片机作为主控制器件，DS18B20作为测温传感器通过4位共阳极LED数码管串口传送数据，实现温度显示。通过DS18B20直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在0°C到100°C最大线性误差小于0.1°C。该器件可直接向单片机传输信号，便于单片机处理和控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程。
1.2 单片机的发展与应用
1) 单片机的发展大致可分为以下四个阶段：
第一阶段：单片机探索阶段。以Intel公司MCS-48，Motorola公司6801为代表，属于低档型8位机。
第二阶段：单片机完善阶段。以Intel公司MCS-48，Motorola公司68HC05为代表，属高档型8位机。此阶段，8位单片机体系进一步完善，特别是MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，奠定了它在单片机领域的经典地位，形成了事实上的8位单片机标准结构。
第三阶段：8位机和16位机争艳阶段，也是单片机向微控制器发展阶段。此阶段Intel公司推出了16位的MCS-96系列单片机，世界其他芯片制造商业纷纷推出了性能优异的16位单片，但由于价格不菲，其应用受到一定限制。相反MCS-51单系列片机，由于其性能价格比高，却得到了广泛应用，并吸引世界许多知名芯片制造商，使用以80C51位内核，扩展部分测控系统中使用的电路技术、接口技术、A/D、D/A和看门狗等功能部件，推出了许多与80C51兼容的8位机。强化了微控制器的特征，进一步恐怖和发展了8位单片机的主流地位。
第四阶段：微控制器全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，世界各大电气、半导体厂商普遍投入，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位∕16位∕32位通用型单片机以及小型廉价的专用单片机，单片机已进入一个广泛选择和全面发展的应用时代。
2) 展望当今单片机技术的方向，有以下几个方面的趋势：
（1）在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、压力等物理量的测量。采用单片机控制使仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
（2）在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
（3）在家用电器中的应用
现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。
（4）在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。
（5）单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
1.3 研究的主要目的及内容
1）研究目的
（1）综合运用课程中所学到的理论知识完成一个设计课题。
（2）通过查阅手册和文献资料，培养分析和解决实际问题的能力。
（3）进一步熟悉常用电子器件的类型和特征，并掌握合理选用的原则。
（4）学会撰写设计报告，并附有整体电路图。
2）研究内容
用DS18B20智能温度传感器作为检测元件，通过LED数码显示管显示温度，使用PROTUES实现电路设计和程序设计，并且进行实时交互仿真。
目录
１ 绪论 ........................................................1
1.1 选题背景及意义 ...........................................1
1.2 单片机的发展现状 .........................................2
1.3 研究的主要目的及内容 .....................................3
2、系统设计 ....................................................3
2.1 系统总体结构图 ...........................................3
2.2 硬件设计 .................................................4
2.3 软件设计 .................................................7
3、系统仿真 ...................................................10
3.1 仿真软件简介 ............................................10
3.2 仿真过程.................................................10
3.3 仿真结果.................................................11
结论...........................................................12
致谢...........................................................12
参考文献.......................................................13
附录A 主要元件清单............................................14
附录B 源程序..................................................15
参考文献
1 曾令琴.电路分析基础（第2版）.北京:人民邮电出版社，2008
2 沙占友.智能化传感器原理与应用.北京:电子工业出版社，2004
3 孙育才.单片微型计算机及其应用.东南大学出版社,2004
4 潘新民.王燕芳.微型计算机控制技术.电子工业出版社,2003
5 张鑫.单片机原理及应用.电子工业出版社，2008，11
www.bysj360.com www.bysj360.com/page.asp?id=37 www.bysj360.com/html/4455.html
www.bylw520.net/ www.bylw520.net/html/4498.html www.bylw520.net/html/4500.html
