1、 第四届电子设计大赛（论 文）基于单片机的电子声音报温温度计学 院：系 别：信息技术学院电子系专 业 名 称： 电子信息工程学 生 姓 名： 于洋、张爽学 号： 0915100614、0915100625指 导 教 师 姓 名 ： 李海成、张俊芳完成日期 2013 年 6 月 15 日1 引言 .41.1 研究背景 .41.2 研究现状 .42 总体设计方案 .52.1 设计思路 .52.2 总体设计框图 .53 硬件设计 .73.1 单片机的选择 .73.1.1 STC89C52 单片机的主要特性： .73.1.2 引脚功能及管脚电压 .83.2 NV035A 语音芯片 .103.3 温度传
2、感器的选择 .133.3.1 DS18B20 的主要特性 .133.3.2 DS18B20 的实物图 .143.3.3 DS18B20 使用中注意事项 .143.4 温度检测电路 .153.5 复位电路 .163.6 时钟电路 .174 软件设计 .184.1 概述 .184.2 主程序模块 .185 仿真 .196 综合调试 .206.1 焊接 .206.2 调试 .21结论 .21致谢 .21参考文献 .22附录 源码 .22摘 要：随着现代化信息技术的飞速发展，单片机技术已经十分普及，在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为核心部件来使用。本论文介绍了一种以单片机 STC
3、89C52 为主要控制器件，以 DS18B20 为温度传感器通过 LED 屏传送数据，实现温度显示的新型数字温度计。该数字温度计的测量范围为-55125，显示分辨率为 0.1，误差1。由于采用了温度传感器 DS18B20 作为检测元件，与传统的温度计相比，本文设计的数字温度计减少了外部的硬件电路，具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于各种环境下进行现场温度测量，可广泛应用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系统。With the rapid development of modern information techno
4、logy, MCS technology has been very popular, in the MCS application system for real-time detection and automatic control, MCS is often as a core component to use.This paper introduces a single-chip microcomputer STC89C52 as the main control device, with the temperature sensor DS18B20 for transmitting
5、 the data through the LED screen, the realization of a new type of digital thermometer temperature display. The measuring range of the digital thermometer is -55 125 , the display resolution is 0.1 , error less than 1 . Because of the temperature sensor DS18B20 as the measuring element, compared wit
6、h the traditional thermometer, digital thermometer is designed in this paper to reduce the external hardware circuit, the reading convenience, a wide range of temperature measurement, temperature measurement precision, the digital display, applicable scope wide and so on characteristics. The system
7、has simple structure, strong anti-interference ability, suitable for all kinds of environment on-site temperature measurement, can be widely used in industrial control system, thermometer, consumer products and other temperature measurement and control system.关键词：单片机 STC89C52；NV035A 语音芯片；温度传感器 DS18B
8、20；LED 显示屏等。1 引言 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，人们在生产过程中会越来越关注精密而实用的仪器，能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。其中语音数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活等提供更好更方便快捷的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。1.1 研究背景目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用
9、极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，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。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点，主要用于对测温比较准确的场所或科研实验室使用，可广泛用用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系统。目前，该产品已在温控系统中得到了广泛使用。因此本设计就尝试通过编程与芯片的结合来解决传统数字温度计的弊端，设计出新型语音数字温度计。1.2 研究现状温度传感器的发展现状：温度传感器使用范围广，数量多，居各
10、种传感器之首，其发展大致经历了以下 3 个阶段： 1、传统的分立式温度传感器（含敏感元件）热电偶传感器,主要是能够进行非电量和电量之间转换。2、模拟集成温度传感器/控制器，集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。3、智能温度传感器。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D 传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。2 总体设计方案2.1 设计思路本设计是一个基于单片机 AT89C52 的数字温度计和温度传感器 DS18B20 的设计，用来测量环境温度，测量范围为-10120，显示分辨率为
11、0.1，误差0.5.整个设计系统主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括主控制器，测温电路和显示电路等。主控制器采用单片机 STC89C52，温度传感器采用美国 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 来实现环境温度的采集和 A/D 转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后，显示电路采用 LED 显示器以静态扫描法直读显示。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，写入温度子程序，语音播报系统等。2.2 总体设计框图本系统采用单片机作为微控制器，如图 2.1。单片机用 S
12、TC89C52、NV035A 语音芯片、温度传感器用 DS18B20，采用 12MHZ 晶振，电源采用 5V。该电路经过设计分析、绘图、仿真调试、制板、焊接等工作后温度计成形。采用数字温度芯片 DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 0.1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计 DS18B20 和微控制器STC89C52 构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样
13、,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用 52 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。图 2.1 总体设计框图 STC89C52 控制器电源时钟电路复位电路显示电路DS18B20NV035A语音播报2.3 所用主要元器件单片机 STC89C52 一个、NV035A 语音芯片、温度传感器 DS18B20 一个、12MHz 晶振一个、二位共阳极 LED 显示屏一个、电源一个、排阻一个、USB 一个、电阻电容及导线若干。3 硬件设计3.1 单片机的选择STC89C52 作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是 INTEL
14、公司生产的 MCS 一5l 系列单片机中的基础产品，采是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，STC89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用。单片机小系统的电路图如图 3-1-1 所示。图 3.1 单片机小系统电路3.1.1 STC89C52 单片机的主要特性：（1）兼容 MCS-51 指令系统，4K 字节可编程闪烁存
15、储器；（2）8k 可反复擦写(大于 1000 次）Flash ROM；（3）寿命为 1000 次写/擦周期，数据保留时间可 10 年以上；（4）全静态工作模式：0Hz-33Hz；（5）三级程序存储器锁定；（6）128*8 位内部 RAM，32 可编程 I/O 线；（7）两个 16 位定时器/计数器，6 个中断源；（8）全双工串行 UART 通道，低功耗的闲置和掉电模式；（9）低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；(10）有 PDIP、PQFP、TQFP 及 PLCC 等几种封装形式，以适应不同产品的需求。3.1.2 引脚功能及管脚电压STC89C52 为 8 位通用微处理器，采用工业标
16、准的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 89S52 相同。如图 3.2 所示。图 3.2 STC89C52 引脚图（1）P0 口P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。（2）P1 口P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位
17、双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。（3）P2 口P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器
18、（例如执行 MOVXDPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVXRI 指令）时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和一些控制信号。（4）P3 口P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3 口还接收一些用于 Fl
19、ash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。（5）RST复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。（6）ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位
20、后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。（7）PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。（8）EA/VPP外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 VCC 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 VPP，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 VPP。（9）XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。（10）XTAL2振荡器反相放大器的输出端。
