本科毕业设计(论文)开题报告

题目：基于单片机的电子温度计的设计

√ 课 题 类 型： 设计□ 实验研究□ 论文□

学 生 姓 名：

学 号：

专 业 班 级：

学 院：

指 导 教 师：

开 题 时 间：

一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）

设计内容：

本课题的要求：以单片机为处理核心设计电子体温计。显示精度为0.1°C。当温度处在35°C——40°C之间时，还可在显示的温度值后面加低体温、正常、低热、超高热等友情提示。该体温计的温度测量范围为-55°C——125°C，所以，还可用于其他温度的测量。

根据系统的要求，我采用的是AT89S52单片机与数字温度传感器DS18B20 相连,对其采集到的温度电信号进行处理, 再经过滤波和放大, 把温度的标准电信号提取出来进行A/D 转换, 最终在液晶显示器( LCD)上显示出来。

研究意义：温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验中，有特别重要的意义。传统所使用的温度计通常都是精度为1°C和0.1°C的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都紧密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。电子体温计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温速度快、测温准确、携带方便等优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对温度比较准确的场所，或科研实验室使用。电子体温计和传统的水银体温计相比更安全可靠，我们都知道水银有剧毒，如果破损可能带来玻璃扎伤或水银污染的隐患。

二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）

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、半导体集成数字温度计等。在电子式温度计中，传感器是它的重要组成部分，温度计的精度、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。温度传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型温度传感器，从而构成性能优良的温度监控系统。

温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；主要是能够进行非电量和电量之间转换；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

传统的分立式温度传感器——热电偶传感器：热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁——镍铬，最低可测到-269℃，钨——铼最高可达2800℃。

模拟集成温度传感器：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。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

智能温度传感器：智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。智能温度传感器包括数字温度传感器和石英温度传感器。数字温度传感器被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。用石英作为温度传感器的数字温

度计可实现多种功能：用于热化疗仪中对药液的温度进行测量，能获得较好的测温效果；用于温度检测系统，测温系统可用于各行各业中。电子温度计的发展方向：

由于水银体温计使用方便、精度高，因而应用很广。再加上测温方法及其结构都已成熟，没多大改进余地，人们对它的研究失去了信心，至今几乎没有什么进展。由于用水银体温计进行体温监测很不方便，水银的污染的可能也很严重等，为了正确测量人体局部温度，促使人们开发了各种不同的测温仪器和测温方法。虽然水银体温计仍不愧是一个精度高、便宜、使用方便的测温仪器。现在已有许多医院采用了电子体温计，用其它电子仪器测量体温也日益普及。这一事实至少表明，电子测温仪器的性能已接近水银温度计的性能。它在稳定性及响应时间上比传统的水银体温计有着显著的优势，精度要求也能和传统的水银体温计相媲美。

进入21世纪后，数字温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

提高测温精度和分辨力：20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1℃。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9～12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5～0.0625℃。

增加测试功能：新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统，它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。

总线技术的标准化与规范化：目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。

可靠性及安全性设计：传统的A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器，普遍采用了高性能的Σ－Δ式A／Ｄ转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。Σ－Δ式A／D转换器不仅能滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低，由于采用了数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的转换精度。这种智能温度传感器兼有抑制串模干扰

能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。

三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径） 研究方案：

基于AT89S52单片机实现的电子体温计的具体方案如下图所示。该方案主要包括了温度传感器、放大器、A/D转换器、键盘控制电路、单片机电路、数码管显示电路等。

根据温度范围和精度选择DS18B20 型的温度传感器，利用运算放大器将温度信号转换为电压信号。采集完成以后输入单片机AT89S52的A/D口，对模拟量进行采样，转化为数字信号，单片机对采集的信号进行处理，根据采集的信号与温度的数学关系，将电信号转化为温度值。用数码管显示出温度值。

设计重点和难点：

本论文的重点是设计一种基于单片机的电子温度计控制系统。利用数字温度传感器DS18B20读取被测温度值，并进行A/D 转换。难点是对采集到的温度电信号进行处理,（滤波和放大）把温度的标准电信号提取出来进行A/D 转换, 最终在液晶显示器( LCD)上显示出来，以及如何实现人机互动等。

拟采用的途径：

本设计拟采用AT89S52单片机作为主控制模块，温度采集由DS18B20来完成，转换为毫伏级的电压信号，经过信号放大电路将弱电压信号放大到单片机可以处理的范围内输入到A/D 转换器转换成数字信号输入单片机。在单片机中对信号进行采样处理。为了进一步提高测量精度，采样后对信号再进行数字滤波。此信号经过数字滤波、标度转换后，就可以通过LCD显示出来。

设计（论文）进度计划：

第1周：系统学习传感器以及单片机的相关知识。

第 2周：接收毕业设计任务书，了解设计内容。

第 3周：查阅相关的资料（包括图书馆查阅和网上检索），熟悉毕业设计题目， 并且整理消化所查阅资料，写开题报告和计划进度表。

第 4~5周：准备开题，写开题报告讲稿。

第 6~8周：熟悉相关硬件电路，掌握protel的使用，设计电子温度计的硬件电

路并绘制相关电气原理图。

第9~11周：学习汇编语言，掌握keil软件的使用，并书写软件程序。 第12~13周：软、硬件调试。

第14周：根据论文撰写规范，写出论文框架。并以前期所做的成果为依据，撰

写论文。

第15周：撰写论文。

第16周：根据老师指导，改善不足之处，完善论文。

第17周：完成论文。

第18周：查阅资料，找出知识点，准备答辩。

四、主要参考文献

[1] 黄继昌. 传感器工作原理及应用实例[M].人民邮电出版社，1998

[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M ].电子工业出版社,2005。

[3]谢嘉奎.电子线路[M ].4版. 北京: 高等教育出版社, 2000。

[4]沈国彦,宋平.红外温度计测量体温方法探讨[J].仪表技术,2003(3)。

[5] 丁化成,耿德根,李君凯. AVR 单片机应用设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2002。

[6] 滕召胜，李继锋，黄大春，等. 基于数字温度传感器DS1620的储粮温度自动测试系统[J].仪表技术和传感器，2000。

[7] 周美娟. 单片机技术及系统设计[M]. 北京：清华大学出版社，2007。

[8] 王幸之 钟爱琴等.《AT89系列单片机原理与接口技术》[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2004

[8] 沈红卫. 基于单片机的智能系统设计与实现[M]. 北京：电子工业出版社,2005.1。

[9]National Sem iconductor Inc. LM35_datasheet[ Z/OL]. www.nationa.l com, ( 2006- 05- 19) [ 2008- 04- 15].

[10] Danie l Burton. Temperature Sensor Circuit Prov ides Dua is lope Output[Z/OL]. http: / /www. nationa.l com /nationaledge /may02/863. htm ,l ( 2005- 03- 12) [ 2008- 04- 15].

译文：

AT89C51的介绍

描述

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。

功能特性

AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静

态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。

引脚描述

VCC：电源电压 GND：地

P0口：

P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。

P1口：

P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。

P2口：

P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，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时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。

P3口：

P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外

部拉低的P3口将用电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：

P3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：

复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对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脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。

PSEN：

程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，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时，这两次有效的PSEN 信号不出现。 EA/VPP：

外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。

XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。

时钟震荡器

AT89C51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。 外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF±10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF±10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。

第二篇：基于单片机的点阵式LED设计 开题报告

大 学

毕业论文开题报告

学 生 姓 名：

学 院、系：

专 业：

论文题目：

指导教师:

2011 年 2月 27 日 学 号： 机电工程学院控制工程系 探测制导与控制技术 点阵式LED广告牌设计

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