1 设计任务与要求
1．1 设计任务利用电阻、瓷片电容、电解电容、12MHz晶振、STC89C52单片机、DS18B20温度传感器、1602液晶显示器、1P杜邦线、排针、最小系统板、电位器、洞洞板等，完成一个温度检测系统。
1、采用单片机及温度传感器设计温度检测系统。
2、温度检测结果采用液晶显示器输出。
1. 2 设计要求 1、熟悉此电路工作原理。
2用温度传感器18B20测环境温度，用LCD1602显示测量结果。
3、画出Proteus原理图，PCB图。
4、用Proteus仿真。
5、测量范围0~99摄氏度，精度误差小于1摄氏度。
6、一份设计说明书。
7、做出所设计的系统的实物。
2 设计方案2. 1 设计思路 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以可以采用温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
故针对上述现象，本文设计了一种由单片机控制的温度采集与显示系统，它以STC89C52单片机为核心，采用温度传感器DS18B20实现对温度信号的采集以及运用LCD1602液晶显示器来显示数据。在温度信号的采集方面，采用DS18B20型温度传感器，与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并可根据实际要求通过简单的编码实现9~12位的数字式读数方式，可在-50℃～＋300℃范围内显示数据，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。
2.2 温度检测硬件系统各模块功能2.2.2温度传感器DS18B20
DS18B20主要特征
DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。
1、适应电压范围更宽，电压范围:3.0~5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。
2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
3、 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
5、温范围-55℃~+125℃，在-10~+85℃时精度为±0.5℃。
6、可编程 的分辨率为9~12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。
DS18B20内部结构
DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DS18B20的外形及管脚排列如图2.2所示:
图2.2 温度传感器DS18B20
DS18B20引脚定义:
(1)GND为电源地;
(2)DQ为数字信号输入/输出端;
(3)VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。
2.2.3液晶显示器LCD16021602液晶显示器也叫1602字符型液晶显示器，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。如图2.3所示:
图2.3液晶显示器LCD1602
LCD1602管脚介绍
LCD1602采用标准的16脚接口，如图2.3所示，其中从左到右为1-16脚：
第1脚：GND为电源地
第2脚：VCC接5V电源正极
第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。
第7-14脚：D0～D7为8位双向数据端。
第15-16脚：空脚或背灯电源，15脚背光正极，16脚背光负极。
2.4.3 LCD1602主要特性1、3.3V或5V工作电压，对比度可调。
2、内含复位电路。
3、提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。
4、有80字节显示数据存储器DDRAM。
5、内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM。
6、8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。
3 硬件电路设计3.1 系统框图温度检测系统由USB接口电源，DS18B20温度传感器组成的温度检测模块，STC89C52单片机组成的核心电路，复位电路、时钟电路及液晶显示器组成的显示电路构成。如图3.1所示:
图3.1 系统框图
3.2 最小的单片机系统单片机最小系统以STC89C52RC为核心,外加时钟电路和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求。
3.2.1 时钟电路时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器。本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1、C2为30pF。如图3.2所示:
图3.2 时钟电路仿真图
3.2.2 复位电路复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效。
上电自动复位通过电容C3和电阻R1来实现。如图3.3所示:
图3.3 复位电路原理图
按键手动复位是复位键来实现的，上图3-6中未添加复位键，复位键可添加在正5V电源与单片机RST管脚之间。
3.3 温度检测系统设计DS18B20采用单线进行数据传输，第2管脚外接一个4.7k上拉电阻与单片机的P3.7口相连进行数据的双向传输，第3管脚外接正5V电源，第1管脚接地。如图3.4所示:
图3.4 温度检测仿真图
外部电源供电方式是DS18B20的最佳工作方式，工作温度可靠，抗干扰能力强，电路也简单，并且可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。
3.4 液晶显示电路设计LCD1602液晶显示屏采用标准的16脚接口，VSS管脚接地，VDD管脚接正5V电源，VEE管脚接电位器RV1，RS管脚外接单片机的P2.0口,RW管脚接P2.1，E管脚外接单片机的P2.2口，D0-D7管脚分别接单片机的P0.0-P0.7口，仿真图未标识出的A、K管脚为背光灯电源管脚，分别接正5V电源和地。如图3.5所示:
图3.5液晶显示电路原理图
液晶显示器虽然加了驱动电路，但并不发光，液晶显示器发出来的光是由背光发出的，灯管的特性类似于家用日光灯，工作时需要高压。这部分电路通常称为高压背光电路。或叫高压背光驱动电路。液晶显示器所消耗的电能基本全是由背光消耗。相对而言，这部分电路工作在高压大电流下，很容易出现故障，液晶显示器的自然故障大多数是这个部分出现了电路故障。
4软件设计4.1 整体系统分析温度检测系统由温度及中断初始化，温度检测，温度输入处理，温度显示等几部分模块组成。如图5.1所示：
图4.1 软件设计
4.2 程序流程图程序流程图包括：开始后先进行各个模块的初始化，然后再进行温度（数据）的采样处理，最后由液晶显示器输出温度。如图5.2所示:
图4.2 程序流程图
5 Proteus软件仿真温度检测系统设计的 Proteus原理图设计，找到12MHz晶振、STC89C52单片机、DS18B20温度传感器、液晶显示器等器件，并用线进行连接，注意电源与地。如图6.1所示:
图5.1 温度检测系统仿真图
加载程序液晶屏显示温度。如图6.2所示：
图5.2 温度检测系统模拟运行
通过调整DS18B20中的“+”“-”即可改变显示数值。
6实物制作6.1 器材清单 实物制作用到的器件有以下几种，如表7.1所示:
温度检测元器件明细表
表6.1 温度检测元器件明细表
6.2 最小系统板制作焊接最小系统板，把电容、极性电容、12Mhz晶振、电阻、排针、底座插到最小系统板上，因为背面电路都已连接好，只需在各个位置焊上个元器件即可。实物图如图7.1所示:
图6.1 最小系统电路实物图
6.3 温度检测系统电路板制作DS18B20焊接时应注意1,2,3脚，电路板最右面焊排针，以便输入信号。 输入程序前用杜邦线将各个模块进行连接。
6.4 温度检测展示室内温度测量如图7.2所示:
图6.2 室温
用手指捏住DS18B20一段时间，再次进行温度的测量。如图7.3所示：
图6.3手指加热
6.5 焊接点展示每个焊点以方正，不带刺，均匀为好。当焊好电路后，仔细检查焊点质量与是否导通。如图7.4所示:
图6.4 焊接点展示
6.6 实物图展示图6.5 实物图展示
6.7作品检查1、首先按照仿真图将实物焊接,注意焊接的质量,不要出现虚焊等现象。
2、通电观察现象。
3、通电后无反应。
4、将单片机换一块最小系统板,检查是否原来最小系统板有问题及单片机是否有问题。
5、液晶显示器的显示和仿真是否有不同。
6、检查单片机引脚与液晶显示器连接的顺序是否正确.程序是否匹配。
7、液晶显示器不亮或亮的很暗。
8、检查线路的正负极是否接反,检查限流电阻阻值是否正确,检查是否有断路现象。
当焊好电路后通电之后，发现电路不亮，检查了一下单片机向外的接口，虚焊了个地方，重新焊好后，接入液晶显示器，发现有一组液晶显示器不亮，原因是未连接背光电路，重新连接后，通电，试验成功。
7结论本设计是以STC89C52为核心，利用软硬件相结合的典型例子。通过做本课题，使我了解LCD1602液晶显示器和DS18B20的基本理论知识，更深入的了解单片机的开发应用和C编程控制。为以后从事单片的这方面的工作和以后的学习打下了良好的基础，树立了独立从事设计制作的信心。同时也培养了我认真做事的态度，和独立学习的能力。从得到题目到查找资料，在这一个充满挑战，充满热情并伴随打击的过程中，我感触颇深，它是对我做事的毅力和耐心的考验。我在这个过程中深刻的感受到了做设计的意义所在，和我一样真正投入了身心去做的人也一定会有同样的感触。虽然自己满打满算一共接触单片机有三个多月了，而且也参加过一点比赛，但对单片机的熟悉程度还是不够。想要自己设计一个模型困难还是很大。听过老师的课后感觉对单片机内部很不熟悉。在以后的学习中打算从汇编语言也学一点，可以真正熟悉、认识单片机吧。再一点是多看单片机的程序和示例，熟悉后再考虑创新。
在这两周中，我渐渐的明白了自己是多么的无知，看到实验室里成天忙碌的诸位大神，深表惭愧，我从刚过去的暑假就开始接触单片机，开始是看视频进行学习，后来开学之后，我们开了单片机这一门课程，于是就抱着学习的心态买了一开发板，结果却没怎么练习，才造成了这两周举步维艰、困难重重。在焊接电路板时我们组遇到了好多问题：
一是，起初我们的的焊点不美观，可能是烙铁头不热的缘故，导致了某个焊点虚焊，不能完成应有的结果，但几经修正，焊点变得圆滑了许多
二是，焊接的电路板不漂亮，起初我们不会走锡，相邻的焊点连接起来较为困难，板子上好多小铁片都被焊掉了，几经尝试，换过洞洞板之后焊点就美观很多了，解决了最初遇到的问题。
最后，我们小组几个成员是分开去实验室进行焊电路的，不知是谁把P0口的插头给弄掉了，导致单片机不能正常工作，出现许多乱码，最终发现了这个问题。解决方案有两种：一是把P0口的线接到P1口上，之后改程序调试；二是更换一STC89C51单片机。由于时间紧，我们选择了后者，并且调试成功了。在调试完成之后，我们又对实物图进行了“美化”设计，解决了线路乱，元器件摆放混乱的种种问题。部分长杜邦线用短的代替，最小系统跟液晶显示器LCD1602都固定在洞洞板上，连接线路省力了不少，算是另类创新了。
这次课程设计基本的完成了任务书的要求，实现了温度的测量。还有一些不足的是，我还没有摸清这一课程设计源程序的思路，面对着如此长的程序还无从下手。通过测试表明系统的设计是正确的，可行的。但是由于设计者的设计经验和知识水平有限，系统还存在许多不足和缺陷。在以后的学习中要更加努力上进，弥补发现的这些缺点和不足。
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