1 绪论

1.1 概述

随着现代经济社会的进步，科技不断更新，计算机化程度不断提高，社会呈现的是一种快速运行的状态。相应就诞生了许多高效性的仪器。传感器、控制器等都引用于工业的生产和人们的生活中。我国正处在工业文明快速成长的时期，需更好的采集温度数据。这就要求我们不断的更新现有的温度系统，开发功能更健全的系统，更多的创造应用价值。信息传输及处理技术在集成电路技术飞速发展的前提之下，取得了神速进展，而传感器技术的应用研究将成为这个领域的关注点。在将来，传感器技术主要以下述四个方向作为研究的目标：（1）精度高；（2）小；（3）多功能集成化；（4）数字及智能化。基于温度的测量传感器广泛应用于现代农业，日常检测，生产，消防和监控等许多领域；比如最近大热的无人驾驶汽车中就用到了许多的热传感器和热控制器，系统会实时地进行测量和显示环境中所有温度值，用于实时地监测环境中的温度，为此本论文研究设计开发出了一款能够实现温度测量准确性和精密化，结构简单，工作稳定，便于实际应用的基于单片机的环境温度检查系统。

1.2 国内外发展现状

21世纪将再次迎来一个推动科学和信息技术蓬勃进步与经济飞速发展的全新一代信息化发展时代。计算机化程度越来越高，电子技术和微机技术的应用越来越广泛。随着现代科学信息技术和生产的进步和发展，需要对各种温度控制指标进行测量，运用一些传统方法已经无法做到保证高效，温度这个名词在我们生产和日常生活中经常出现的频率也越来越多，温度的测量和控制也经常地出现在我们的生活和日常生产中，也在各个领域中都发挥着重要的作用，在一个日益发达的现代化工业中，生产的正常运转是通过测量和控制温度来保证的，而农业则是用来保证温室气体在一定温度下不断产生的，没有有效的检测工具就无法对环境温度进行有效的控制，因此检测是非常重要的工具。

温度是一个简单的物理变化量，它代表了一个物体的冷热关系。温度测量系统是企业在生产的过程中常见和使用的重要参数，温度的控制对于保证企业的产品质量方面也起着十分重要的意义和作用，提高了生产的效率，节约了能源，加强了生产安全，促进了经济的发展，实现了温度测量的应用普遍性，因此，温度传感器的功能和数量在各类温度传感器、科学技术的发展和企业生产中排名第一，温度传感器的类型不断增加，以满足生产和生活的要求。

用单片机进行测量温度仪器可以有效地测量温度，广泛应用于各种工业生产，特别适合于电气工程、化工生产、机械制造、冶金工业等，农业和其他行业，在人们的日常生活中广泛地应用各种家庭和工业温度的测量，如地暖、空调、电热、太阳能、保温杯。

1.2.1 国外研究现状

国外关于温度控制技术的研究工作已经始步多年。首先，模拟组合工具主要用来通过指令收集现场信息。八十年代末期出现了一种综合性控制系统一种新型的综合性控制系统-一种专门用来收集、控制各种计算机数据的综合性多要素控制系统。在20世纪90年代中期我国已经出现了一种新型的智能化温度控制器，它是微电子技术、计算机技术和测试技术的结晶，目前，国际上已经成功开发了多种各样的智能式空气温控控制设备。智能型空气温度自动调节器由温度传感器、A/D信号转换器、信号处理器及其它的接口集成电路部分组成[1]。一些系列产品主要功能包括多路复用器，中央视频控制器，随机自动存放的视频数据库和视频阅读。目前基于温度传感检验检测设备的监控技术已经在整个全球很大范围内已经得到了快速的进步发展，一些发达国家正朝着支持工业设备自动化的发展方向不断进行快速发展，在支持工业设备自动化的技术前提下已经基本实现了无人实时值守。

1.2.2 国内研究现状

我国目前关于温度测量技术的研究开始于建国以后，但传统的机械式温度检测仪只具有指示温度的功能，由于测温原理不同，不同的仪表在报答、记录、控制信息等方面有较大的差别。近年来，由于微电子的的进步以及过算机应用的日益广泛，智能化测量仪表已经取得巨大的进步，以单片机为主体的温度控制器取代了传统的的仪器仪表。常规的电子线路，可以容易地讲计算机技术与测量技术结合起来。智能仪表在测量工程自动化，测量结果的数据的处理以及功能的的多样化方面都取得了巨大的进展。[2]目前，在研究高精度，高性能，多功能的测量仪表时，几乎没有不考虑使用单片机使之成为智能仪表的。对于湿度测量，初期限于满足气象工作的需要，例如有干湿球湿度表，随着技术的发展，对湿度的测量精度要求逐渐提高，也如温度测量仪表一样逐渐实现了自动化和智能化。目前，在研究高精度，高性能，多功能的测量仪表时，几乎没有不考虑使用单片机使之成为智能仪表的。我国的研究已经是一个非常成熟的阶段，吸收了发达国家的测温技术，我们的专业工程师和技术人员已经掌握了传统的微机和控制。我国现代温度计算机化系统的应用范围已经从一般消化阶段开始，并且随着新一代信息技术的发展阶段简单地被吸收和应用到实际运用阶段;以及高层次的技术上，有许多由传感器和微机集成控制的单回路和系统从传感器直接连到单片机，没有真正由多个参数组合集成控制的单片机系统，与其他发达国家仍然有着巨大的差距。目前我国目前现有的温度管理状况还没有完全达到标准就可以出厂。实际上，生产过程中还是可能会导致出现很多的问题，例如设施和技术配套的能力弱、产业化水平低、环保管理水平落后、软硬件资源无法实现共享、可靠性较差等。

2 系统总体方案设计

2.1 设计要求

1. 设计温度系统的硬件部分；完成系统软件调试；
2. 将传感器测得的温度数据用数码管显示（测量温度范围值为-55℃～＋110℃，温度检测精度值为±0.5℃）；
3. 测量数据能够通过显示模块显示；
4. USB口供电，便捷式供电。

2.2 方案选择

2.2.1 传感器的选择

传感器是一种能够检测和传输被测信息的检测装置，能够感知被测信息并根据一定规则将其转换为电信号或其他所需信息的检测装置，满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求[3]。

传感器的特点是：小型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。是实现自动检测和控制的第一步，随着传感器的存在和发展，物体具有触觉、味觉、嗅觉等多种感官，根据传感器的基本功能。一般分为十大类：热传感器、光敏传感器、气体传感器、力传感器、磁传感器、水分传感器、声音传感器、辐射传感器、颜色传感器和味觉传感器。为了满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求，所需的电信号或其他信息输出按一定的规则进行转换。

方案一：热电偶结构上简单，使用温度范围广，使用方便，，承载力强以及反应速度快等特点，常用于高温区域，测量环境恶劣的地方中，例如高温炉，燃烧塔等；但是其信号输出灵敏度比较低，容易受到环境因子的影响和前置放大器漂移偏差的干扰，因此不合适测量的环境这种微小量的温度变化。

电阻式可以用于测量的范围在-200℃到900℃，特殊情况下可以达到极端测量温度值，但是在使用过程它的兼容性差，非线性严重，在有的介质中使用时，会被腐蚀，氧化。因此它存在寿命低，热稳定性差等缺点。

方案二：该系统采用了一种模拟式的集成温度传感器。由于这种模拟集成的传感器主要是由二氧化硅半导体集成的工艺来完成，所以又被我们统称为一种模拟集成的温度传感器AD590。AD590是一种电流温度传感器，有助于提高系统的抗噪声性能.然而，需要放大电路和A/D转换电路，电路设计简单，对于AD590增益间隙，需要调整采集电路，提高设计难度。

方案三：A/D转换器、温度传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）、接口电路等模块，采用数字芯片的智能温度传感器。那个典型的产品是ds18b20。ds18b20是一种采用的由美国dalls公司自主研发的一线式新型数字温度传感器，温度自动测量仪的范围一般设定为-55℃~125℃，测温仪的分辨率可以设定为0.0625℃，被温度检测的物体温度以用以下符号格式来表示扩展的16位格式数字温度测量输入方式以数字串行的输入形式对其进行读入输出，其中温度工作时的电源信号可以直接通过数字寄生或者远程直流电源的输入方式输出来进行产生或者远程电源导入。多个点的ds18b20也都同样可以把多个数据线端口并行有效地同时连接在一个CPU的同一条串口数据线上，CPU的多个io输入端口也都可以同时通过一个点的io输入端口与多个点的ds18b20通信，占据一个CPU的多个io输入端口很少，制作简单，外置端口控制电路简单[4]。

比较以上三种解决办法方案，ds18b20将温度传感器、信号功率放大器、a/d信号转换器和多通道接口等部分进行集成设计到一块新型单片化主机芯板上，与其他类型单片机的多个数据中心连接十分方便，可靠性高，线路简单，精度高等优点。

2.2.2 单片机的选择

单片机是一种集成电路芯片，它采用VLSI技术来实现CPU、RAM、ROM、各种I/O口、中断系统、定时器（包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟乘法器）等功能，是一种小型、完善的微机系统，由A/D转换器等电路组成，广泛应用于工业控制领域，从上世纪80年代的4位8位微控制器发展到今天的32位300m高速微控制器。

方案一：采用 DSP 作为控制芯片。DSP 是一种专门为处理人工智能技术而设计的特殊类型微处理器。 DSP 对于器件边缘值不敏感，受到温度和环境等外部条件的影响较小，易于集成，多路时分复用，共享处理器，实现了对处理器协调系数的自适应，并且它们还可以被广泛地应用于高频信号。但是，DSP硬件电路相对复杂，价格昂贵，数字系统由有源耗能器件组成，而无源装置不可靠。

方案二：此方案选用89C51单片机来实现。这种单片机主要具有高可靠性、高收益性、低电压、低电耗等优点。它发展迅速，分布广泛。由于单片机的软件编程灵活，所以我们就是通过对各个模块的软件进行编程来实现不同的逻辑功能。它们是一种计时、计数使用的仪表，并且具有工作功耗少、体积小、计数成熟、费用较低等特点。

方案三：通过对以上两个系统的论证比较，基于可行性、方便性和造价的考虑，采用STC89C51单片机作为中央处理单元进行温度计的构建，而且此单片机不需要外扩展存储器，可以使整个系统的结构更加简单[5]。

3 系统硬件设计

3.1 整体方案设计

3.1.1 系统概述

整个系统以单片机为核心，用电阻、电容、晶体振荡器、热敏电阻等器件增加了单片机的最小系统。其他模块将围绕着微型计算机的最小系统配备一个芯片。传感器使用DS18B20，是负责温度数据的采集和向单片机的传输。该显示器配有一个4位阴极的数码管，显示被检测到的温度值，供电时采用 5v 的 USP接口进行输出[6]。

3.1.2 系统框图

DS18B20温度传感器

单机

最小系统

4位共阴数码管

电源

3-1 系统框图

3.2 最小系统模块

最小系统是指从维修判断的角度，能使电脑开机或运行的最基本的硬件和软件环境。最小系统有两种形式，一是指硬件最小系统，二是指软件最小系统。一般使用最小系统法能够进行判断最基础的系统启动与运行能否正常操作。最小系统包括两种形式：硬件最小系统:由电源、主板和CPU、内存组成.在这个系统中,没有任何信号线的连接,只有电源到主板的电源连接.在判断的过程中通过声音来判断这一核心组成部分是否可正常工作:软件最小系统:由电源,主板,CPU.内存,显示卡/显示器.键盘和硬盘组成.这个最小系统主要用来判断系统是否可完成正常的启动与运行。

3.2.1 STC89C51简介

（1）概述

stc89c51是一种小型、功能强大的cmos8位高频数码数字控制器微单片机。该核心芯片组还配备了sflash两个专用数据编辑器和随机存储只读文件，可以随机读取重复8k个单位字节，描述256个单位字节随机存取的多个数据库。

STC89C51具有40针和32个外部双向输入和输出，包括2个外部中断端口、3个16位可编程定时计数器、2个全双工串行通信端口和2个读写端口-Ports.STC89C51 分为PDIP、PQFP/TQFP和PLCC，可满足不同产品的需求。

（2）主要功能特性

兼容标准MCS-51指令系统及89C51引脚结构；

宽工作电压3.4V-5.0V;

4k可反复擦写(>1000次）Flash ROM;

超低功率，低功耗空闲和掉电模式（正常工作4mA-7mA，空闲2mA，掉电0.5mA）;

时钟频率0-80MHZ;

降低EMI（电磁干扰）;

共8个中断源;

（3）89C51单片机的引脚功能

MCS-51系列的新型单片硅电机通常也都是全部采用40针双列直插式芯片封装，并且通常是全部采用新的生产工艺进行生产。外部的导线销售管理网络导线布置设计方案如下图3-2所示，各个外部导线销售网络的主要功能分别说明如下:

图3-2 STC89C51引脚图

1.主要电源引脚：

VCC（40脚），接＋5V电源正端；

GND（20脚），接＋5V电源地端；

2.时钟：

Xtal1（18针）、xtal2（19针）晶体振荡器电路反向输入输出；

3.控制信号线

RESRT/VPD(9脚)：复位信号输入端，当振荡器复位元件是，要保持复位引脚两个机器周期的高电平时间；复位引脚的第二功能是备用电源输入口；

ale(30针)：地址单位锁存脉冲允许/8位程序输出脉冲允许输入，ale可以用于将输入端口数为p0的8位脉冲地址锁存输出脉冲降为高速得到，片上的leprom的程序编程由其中的输入脉冲进行程序编程输出脉冲;

psen(29针)：片外POM选通线，外部输入应用程序和主存储器之间可以同时读取一个选择导通信号，低电平有效;

EA（31针）：访问外部存储器，允许输入/ EA 是一个高电平（VCC）；处于高电平时，访问内部存储器；EA处于低电平时，访问低级外部存储器。

4.多功能I/O口引脚

89C51单芯片微计算机设有4个双向I/O端口（P0、P1、P2、P3），各I/O端口线可独立作为输入输出端口使用。

在P0端口（32~39）双向端口（三态）中，8个LSTL门可作为进出口操作。die 地址/总线接口，通常被广泛应用于实际的时间进行分配，通过外部程序和低8位地址的总线地址和实际时间进行分配的总线，端口 p0 :将低8位的地址键控制信号提前发送给端口 p0 ，在地址键控制信号 ale 的下降路径上，用 love 消息将 no 信号锁定并发送给到地址瓣，作为一个数据总线端口接口网络中的一个数据输入[7]。

P1端口（1-8引脚）8位准双向端口（三种状态）可以有四个LSTL门，它们作为输入线，端口锁存器需要单片机先写“1”，每一位都可以编程为输入线或输出线。

P2端口（21~28引脚）8位准双向端口（三种状态）可以有四个LSTL门fahren.Als I/O端口实际上是Adelais总线的前8位。它与P0端口一起构成一个16位的Adelais总线，可以对外部存储器接口进行寻址。

P3端口（10~17引脚）8位准双向端口（三态）可驱动4个LSTTL门。作为双功能端口、第一功能使用时，与P1端口相同；作为第二功能使用时，分别有特定的用途，在表3.1中表示其特殊的用途。

表3.1 P3口第二用途

注：准双向口与双向三态接口是不同的，所以当3个准双向I/O口当做输入口使用时，首先需要向该口写“1”。准双向I/O口处于“浮空”状态。

3.2.2 最小系统电路

stc89c51的最小精度计算器系统结构设计如下图图3-3所示。整个功率最小化系统主要由三大组成部分共同部件组成:晶振控制电路，复位控制器件和自动复位控制器件[8]。

晶振电路

晶体振荡器由两个30pf电容C2和C3以及12m晶体振荡器x1组成。电容的作用是在这里振动，产生正弦曲线，使晶体振荡器更容易振荡。范围是15-33pf.晶体滤波器的值也可以是24m。晶体滤波器的值越高，系统的执行速度越快，电路是单片机的晶体部分。

复位电路

单片机的复位电路有点类似于计算机的重启。例如，当一个计算机在实际使用中出现崩溃时，按重新进入启动的按钮，计算机系统中的所有应用程序都会由从头开始 运行，如果当前系统正在工作中运行，程序也可能会继续运行，如果系统受到了环境的影响，按下了复位的按钮，内部应用程序可能会自动地由从头开始。

复位电路由一个 10uf 极性电容 c1 和一个 10k 电阻 r2 组成，由于复位电容的电压并没有突然发生变化，我们这样就可以得知当一个系统接通时，复位引脚高，延时，电容充满电的持续时间，如果一个复位引脚的高值需要两个以上的机器工作周期，典型的51 单片机就有可能会进行复位，因此电容值的正确和组合就可以并且要确保可靠地进行重置，并等待所有电路的稳定。

（4）电源电路

最后一个部分就是直流电源部分，采用5v的直流usb直接直流驱动电源方式进行供电，可以通过智能手机电源充电器、计算机usb连接口、移动通话电源等电子装置接口来直接进行直流电源供电。

（5）其它外部电路

因为 stc89c51 的 p0 端口都是开漏式输出，所以将 1k 电阻器 r1 连接到 p0 端口，这样 p0 端口就能够被用作普通 i / o 端口。本工程设计中应采用 p0 口作为各种数码管的一个信号口。

特别注意：

对于31脚(ea)，当一个单片机只连接到一个脚的高电平(vcc)，单片发电机会在该脚复位后从内部电路断开(ROM的0000H开始执行;当接低电平时(GND)，复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。由于我们的一个应用程序被外部存储起来到了整个单片化主机内部，因此它在ea中就需要将它接收到高电平，保证我们的整个单片化主机系统能够从内部没有来源地读取一个应用程序并使其去外部进行程序执行[9]。

图3-3 单片机最小系统

3.3 DS18B20传感器电路

3.3.1 DS18B20简介

（1）概述

DS18B20（图3-4）是美国达拉斯半导体公司推出的第一款支持“一线总线”接口的温度传感器。它有独特的优势。在我们使用单总线或多路终端接口的通讯方式与多个微处理器相互连接时，只要仅需要一条通用终端接口线路就已经可以轻松地直接实现一个微处理器和一个ds18b20的双向数据通讯。它同时具备了结构小型化、低驱动功耗、高性能和能够抵御电磁干扰的控制能力较好等诸多重要优点，温度传感控制器信号可以直接被信号转换后成为一个数字信号给微处理器并用来对其进行信号处理[10]。

图3-4 DS18B20图

（2）特性

1） 它能适应更宽的电压范围，电压范围：3.0~5.5V，并能以寄生电源模式由数据线供电；

2） ds18b20只要仅需要一条端口数据线就可以能够直接实现一个单片的主机内部微处理器和主机ds18b20的双向数据通讯;

3）DS18B20 在实际工业应用中，它是无须考虑使用的任何外围控制组件。所有的信号传感器集成元件和其他信号输入转换集成电路都必须是通过集成嵌入到一个类似于三极晶体管供电状态的器件集成电路中;

4） DS18B20在使用中不需要任何外围组件。所有传感元件和转换电路集成在一个三极管形状的集成电路中；

5） 温度范围是-55度℃ ~ + 125℃， 准确度是-10℃ ~ + 85℃ ± 0.5℃；

6） 可编程分辨率为9～12位，相应的可分辨温度为0.5℃℃， 0.25℃， 0.125℃ 和0.0625℃， 分别实现高精度温度测量；

7） 分辨率为9位时，温度最多可在93.75ms内转换为数字；分辨率为12位时，温度最多可在750ms内转换为数字；

8） 测量结果直接输出到数字温度信号，通过“一线总线”串行传输到CPU，并可同时传输CRC校验码，具有较强的抗干扰和纠错能力；

9） 芯片电源的直流负压极性特点:例如当芯片电源的负压极性超过逆转器时，芯片虽然本身不会由于电源发热或过压损坏，但是却不能正常工作运行。

3.3.3 DS18B20模块电路图

DS18B20的模块电路图如图3-5所示：

DQ：数据传输脚，当全部器件经由一个3态端口，即DQ引脚在DS18B20上，与总线连接的时候，控制线需要连接上一个弱上拉电阻（R3）.

图3-5 DS18B20模块连接图

3.4 数码管显示模块

3.4.1 数码管简介

数码管发光是一种半导体式驱动发光数码器件，它的基本组成部件通常是一个发光数码二极管。数码管的工作原理是通过微机的I/O口引导数码管的每一段代码，点亮不同的段代码，形成字符，显示所需的数字。数码管根据使用段数不同又分别可以依次划分分别为六至七段混合数码管和七至八段混合数码管。八段文字数码管比其它七段文字数码管在进行设计时又又多了一个小的led显示单元，即在进行设计时又又多了一个小的led单元小数点(dp)，可以更准确地将八段数码管所有的需要同时显示的各种信息表达出来;根据所需要显示的信息数量多少(8)和在数量级的大小时又可将其依次划分排列成1位、2位、3位、4位、5位、6位及7位的八段数码管。数码管是显示屏的一种。通过输入相对电流到不同的引脚，它会亮起并显示数字[10]。它可以显示时间，日期，温度和其他参数，可以用数字表示，如图3-6所示。

由于其系列产品价格低廉、使用方便，被广泛地大量应用于中庭家具、办公室、冰箱等家用电器设备的各个领域，特别尤其是家用空调、热水器、冰箱等。绝大多数的燃气热水器都有的是选择使用一些数码管，其他的很多家庭使用电器产品还有很多的装修时候也都会选择使用一些数码管的比如液晶幕和数码荧光灯。

图3-5八段数码管

3.4.2 数码管驱动方式的分类

按照 led 单元的接地方式，可以划分出阴极数码管和阴极数码管两种。所谓共阳极数码管就是将全部的发光二极管都连接在一个共阳极上。当采用共阳极数码管时，共阳极 vcc 接+ 5v 。当某个场中，发光二极管的阴极处于一个低电平时，该场被点亮。当某一个磁场的阴极处于一个高电平时，磁场就不会打开。接收器编码管是指通过连接所有的发光二极管阴极来形成公共阴极的编码器。例如，当我们采用公共阴极时，它会被连接到 GND。例如，当某个电场中的一个发光二极管的阴极处于一个高电平。该电场就会导通，当磁场的阳极为一个低电平时，磁场将不会开启。

因为每一个发光编码二极管的一个发光分区点在划点之后都会直接照亮一个新的发光二极管，所以每一个发光编码二极管都由7个不同发光发射二极管共同的点组成(其中又分别加上8个亮的小数点)。如果8个LED的阴极(阴极)全部连接，则图3-6称为"阴极数码管"。如果八个LED的所有阳极都已连接，则图3-7称为"公共阳极计数器"。

图3-6共阳数码管的内部工作原理框图图3-7共阴数码管的内部工作原理框图

图3-6 共阳数码管内部原理图 图3-7 共阴数码管内部原理图

3.4.3 数码管驱动电路

本设计采用4位数字代码管，因此采用数字代码管的动态驱动方式，电路如下图（图3-8）所示，将数字代码管的数据端口连接到单芯片微计算机的P0端口，位选择端由单芯片微计算机的P27、P26、P25和P24来控制。12个IO端口可以控制4位数字代码管的显示。需要在程序中按顺序点亮各个电线管，保持一定的亮灯时间[11]。因为人的眼睛有短的视觉停留，最终电线管看起来同时发光，动态效果。

图3-8 四位数字代码管

4 软件设计

4.1 程序语言及开发环境

C语言是一种同时具备高级和汇编语言两种特征的计算机应用程序设计软件。丹尼斯M。贝尔研究所的里奇于1972年开始往外销售。1978年以后， c 语言被重新移植至一些大、中、小型、微型电脑上。这样既可以通过创建操作系统的应用程序来成为一个操作系统的设置语言，又可以通过创建一个不依靠计算机硬件成为操作系统的应用程序设置语言。它的应用领域广，数据处理功能强。不仅仅是对软件开发，各种技术的科学探索都必须要求 c ++语言。系统软件、三维和二维的图形与动画以及单片机相结合等特点均非常适合进行嵌入式系统的开发[12]。

keilc51是指由北京keil软件制造公司自主研发和设计生产的51系列全方位自动化软件兼容型专用单片式主机它是c方言语言的应用软件开发操作系统。与其他附件语言相比，c编程语言在附件功能、结构、可读性、保守度等各个方面都更加具有明显性的优势，且更加易于被英语学习者广泛使用。keil我们提供了一个完整的软件开发环境解决模式方案，其中主要包含使用c++软件编译器、宏结构组件、链路器和连接器、数据库资源管理、强大的系统仿真和软件调试等，这些部分都目的是可以结合开发到一个用于综合软件开发的应用环境中。执行使用keil版本软件时必须根据需要下载安装包括win98、nt、win2000、winxp等多种版本操作系统。如果你还在继续尝试使用你的c语言程序进行系统编程，keil几乎完全可以直接说明这是你唯一的一个选项。您不仅可以轻松地进行安装和学习使用一个集成化的开发环境，而且您无必再对现有汇编语言系统中的任何c-rom语言进行高级编程。强大的电子软件应用仿真器和调试管理工具让您可以轻松让您的电子设备正常工作效率高[13]。

4.2 程序流程图设计

4.2.1 总体程序流程图设计

图4-1示出了本系统的软件程序流程图。首先进行计时器的初始化，在本设计中利用计时器实现数字代码管的动态扫描。接着进入一个死周期，死周期执行以下内容：首先，读取当前温度值；然后，显示检测到的温度值的；最后，延迟。

图4-1 主函数流程图

4.2.2 温度传感器程序设计

该温度值读取的流程框图如下表4-2所示。首先，对该传感器的数据进行了初始化，这个过程就相当于一个复位的过程。在这样的设计中，只有一个传感器互相连接，因而该传感器的序列号与序列号之间是不能加以区分的。直接通过跳过ROM发送 0xcc 命令，然后通过发送 0xcc 命令到传感器上，从而启动温度变换。然后，再次自动复位传感器，再次自动跳过ROM命令 0xcc ，向下发送 0xbe ，为传感器做好准备，读取传感器的检测结果，最后由 ROM返回，读取传感器的检测结果。

图4-2 温度传感器程序流程图

4.2.3 数码管动态扫描程序设计

为了更好地简化程序，合理地利用单芯片微计算机的内部资源，采用了单芯片微计算机的电子计时器实现了对数字式微电子信号管的显示，在本次设计中就采用了对数字式微电子信号管进行了动态扫描方式。[14]动态扫描是一种指，通过依次点亮各个数字管并暂时进行延迟切换来保证切换显示速度快，因此各个数字管只能够点亮2毫秒，利用了人眼的一丝余光效应，看上去4位的数字和信号使各个数码管同时被点亮。图4-3数码管动态扫描流程图。

4-3 数码管动态扫描流程

5 硬件组装与调试

5.1 元器件的选择与测量

此次设计的零部件主要包括 stc89c51单芯片微计算机、晶振、电阻、电容器、开关、电源接口、传感器、数码管等这些零部件的导线，我们需要在进行焊接前仔细检查信息，了解每一个零部件的特点。按照型号，这些零部件可以非常轻松的直接从市场上购得并配置。其中，焊接过程中要特别注意检查元器件的正、负极性，电阻容积大小，以及芯片引脚排列方式顺序。通常，元件的参数值可以通过颜色读取或直接从容量和晶体振动是元素本身的标准，元件正负的必须遵循长短正负的原则。一些特殊的组件可以通过搜索数据来知道正负极。

5.2 元件的焊接与组装

装配式电路一般是采用焊接连线和插入式面包板连线两种。不管是采用什么样的方法，都需要特别注意一下以下几个点。

(1)为了保证所使用的零件合格，所有的零件在组装前都必须尽可能的进行测试。

(2)使所有集成电路的组装方向一致，正确进行焊接，合理配置布线。

(3)个别部分或者零件的场合，要正确地识别各个部分或者零件的正、负方向，并在一些相对易被观察到的位置上进行标志。且易于自我检查与调节。在组装过程中必须格外地注意各种正负两极性元件之间的极化，例如电解质电容器、晶体二极管。否则，实验就会成功。

(4)为了方便焊接的检查引线和以后的检查电路，可根据在焊接过程中对引线的影响来选择不同颜色的牵引线。一般情况下，正电源采用红线，负电源采用蓝线，接地方式采用黑光线，信号接地方式采用黄光线。当然，也可以考虑使用某种颜色。

(5)在实际焊接中，布线需要尽量布局简洁，便于连接。连接不跨集成电路芯片，必须通过其周围。同时，请尽量避免配线相互重叠，避免通过电路中的部件。

(6)为了保证能够同时使地下电路正常运行工作和正确测量，必须同时连接所有用的地下电线，形成共同的基准点。正确的电路组装方式和合理布局，不但可以保证清洁的电路，保证正常工作，还可以更加方便地进行检查、调试、排除故障。如果我们是在进行组装之前将所有人都组装好并完成了草图的话，会有一些费时费力，但是组装得快也不错。

5.3 电路的调试

调试指的是对系统进行调整、更新以及测试。测试根据电路进行了组装后的参数及动作状态，调整时根据设计要求修正了电路几个参数。在开始进行调试之前，必须先准备好测试的项目，调试过程，调试方式，以及所需要运行的系统等，心里都有了数，保证我们的调试任务能够顺利地完成。

5.3.1 调试方法

调试方法有两个原则:

第一种方法:

是同时装配和调试。这主要是根据电路原理框图的设计功能把复杂电路分成为单元，然后进行整体的安装和调试，根据单元的调试要求来扩大整体的安装和调试区域，最终完成一个单元。这种方法常用于新设计的集成电路中;

第二种方法:

是在整个焊接工作完成后对整个焊接工作电路系统的温度稳定性情况进行了一次调试。该调试方法特别适用于各种操作电路简便、系统简易的应用电路设计调试，对于新手来说难度较大，但是用时较短；本电路的采用的传感器DS18B20接反也不会烧坏零件，因此接错没有关系。

5.3.2 调试步骤

（1）通电前检查

当电路已经焊接好之后，请不能再急于开机。首先，根据电路的原理，仔细地检查各个电路上的接线位置是否正确，接线位置是否误(其中一端接线正确，另外一端有误)，少接线(安装时漏接线)，检查主要部件包括多个接线(每个接线两端都存在于电路图中)和短路(特别是小间距引线与垫片之间)，各个零部件引线的数量都是否符合电路设计图纸的要求。你拉电线的时候应该是指针式万用表ω×1)" a 类校验或数字万用表"请尽量使用这个段的蜂鸣器，尽可能直接测量零件的针脚，以便发现零件之间的接触不良。

（2）通电观察

电路上的电源安装正确无误后，打开电源(切断电源)(关闭一个电源开关，电源与其他部分相连后再重新打开一个电源)。但是，请不要在设备完成电压后马上检查测试该电路的功能。首先我们需要充分地观察整个电路的状态有无异常，电路中的各种元器件都有无明显的发热、烧损，有无泄露或漏电，电源线也有无出现短路、开路等，试验中我们可以发现当电路有异常时，必须立即切断电源，排除故障后，可以打开测试。并且，根据需要测量各个元件的端子电源的输出电压，不仅可以测量各个电路的总输出端子电源的输入电压，还保证零件正常工作。

（3）单元电路调试

在设计和调试各单元的电路时，请明确该部分对于调试的要求。调试工作应按照电路原理框图的信号工作流程来进行，以便对整个电路进行分步调试，调试前各电路的输入和信号都可以用来作为后级电路的输入和信号。确保了电路的调试工作更加通畅和方便。

单元性能的调试主要可以包含两个基本方面:静态性的调试和系统动态性。静态测量调试通常定义就是在室内无任何电子信号源的情况下对原子电路中各点参量进行静态测量，尤其指的是用于有源电子器件上的各个静态调试操纵点和作用点。及时发现产品破损部分与损坏关键处。。动态变频调试主要内容包括输出信号的调频幅值、波形、相位差的关系、放大器的倍率、频次等，机组中所有一级输出的调频信号或前一级输出信号的各个性能指标都必须能够完全满足系统设计的性能要求。信号源的生成控制电路通常只能看到动态指示器。将静态和动态测试结果与设定指标进行了比较，经过深入分析，对电路和参数进行了合理修正。调试中需要详细的记录。

（4）整机联调

在每一个模块电路的调试后，整个电路由这些元素组成，整个电路的调试主要是通过观察和测量动态特性，将测量结果与项目指标进行比较，查明问题和解决办法，并在此之前修改计划及其参数，直到电路的所有特性都完全符合设计要求。

6 总结

通过此次时间的学习和设计，单片机温度计的毕业设计工作任务全部顺利进行。虽然整个系统的设计课程主题并不新鲜，也有许多同类型的系统产品，但是，通过自己的动手，它能够很好地反映出整个系统的开发和设计过程，给我们带来好处。从初的软件设计、演示、制板、编程等一直至最后的系统调试都必须是成功的，实践与理论相结合。完成整个系统的设计工作是一个难得的机会，更加丰富的我的知识，与动手能力。

本文所要为您设计的大气温度变化监视自动检测控制系统主要功能是通过基于fpga的单片微电机和基于ds18b20温度传感器及其温度数码管理的结合而能完成。整个系统的结构设计合理，所有的主要零部件都是价格便宜，购买方便，适用于批量生产。本系统设计方案采用了astc89c51单片机和其外围硬件接口结构实现了一个功能强大的控制系统，并且充分地发挥利用自身所具有带由的自动定时器、计数器的定时与自动计数耦合原理，将系统硬件与应用软件有机地相互融合了统一起来。

理论与实践的结合体现了大学生的实践能力。通过学习者提供信息，和从被动学习到自主学习，这是学习技术和方法的重大突破。在我们传统的专业学习模式下，我们也许还会让我们记得很多书本上没有讲解的知识，但是通过这次毕业考试审批，我们已经学会了如何正确掌握自己所学到的知识和东西，更好地解决和处理这些知行合一的问题，把握重点，克服困难。毕业后，我们学会了掌握我们学到的东西，更好地解决与"了解你的事业"有关的问题。

本文文章重点详细回顾了系统设计示范中的工作以及示范完成的具体过程，系统示范中的各种结合式集成单片机设计原理、c++语言应用程序、模拟集成电路设计基础以及数字电路设计基础等等都进行了实际应用。通过对这些行业关键技术知识点的综合实践性理论分析与综合运用，加深了我们对于这些重要行业关键技术知识点的基本认识。此外，掌握了软件系统设计要求、程序框图演示、功能模块的结构划分、电路设计框图的结构设计、pcb制作、从软硬件的系统编程设计一再到软硬件的安装调试等各个环节，积累了丰富的软软硬件系统设计开发工作实践经验。而且尽管单片机的最大特点之一是它的基本功能也就愈加强大，但它的基本设计原则却是相对不能保持不变的。虽然本课程设计技术任务的主要特点之一是设计功能比较简单，但它充分地系统综合了通用单片机的应用技术操作基本知识，提高了通用单片机的实际设计应用技术水平，为将一种理论应用技术操作能力直接转化成一种现代通用单片机的实际应用技术操作能力，提供了一个良好的实践条件。

通过这次毕业设计，我认清了掌握基础知识的意义和重要性，理解了基础知识理论与实际相结合的重要性，回顾了自己在大学四年来的研究和学习生活。对设计方法基础知识的掌握与接触都很少。但是，我会坚持自己的努力，在今后的生活和学习中不断改进。这三个月被普遍认为是一个改进和拓展自己所学知识的过程，在未来的工作和生活中取得更大进步的理论基础和实践能力将会进一步加强。在设计过程中，时间紧迫，难免会有很多不足，但在今后的工作中，我们会追求自己的完美。

回顾设计，我们可以扩展设计的扩展功能。可以添加一个或多个收集点。采集的数据可以通过串口发送到上级设备，记录温度数据