2016基于单片机at89c51数字温度计的设计.doc
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1、长春理工大学光电信息学院毕业设计编号 20141035103 本科生毕业设计基于单片机AT89C51数字温度计的设计Design of Digital Thermometer Based on AT89C51 Single Chip Microcomputer学 生 姓 名 专 业电子信息科学与技术学 号1035103指 导 教 师 分 院电子分院 2014年6月摘 要随着科技的不断发展,现代社会对各种信息参数的精确度和准确度的要求都有了很大的增长,而如何准确和迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息技术的发展水平。目前的智能温度传感器(亦称为数字温度传感器)是在20世纪90年代问世的,是微电子
2、技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结合。它的特点是能输出温度数据和相关的温度控制量,适合各种微控制器(MCU)。社会的发展使得人们对传感器的要求也越来越高,现在的温度传感器正在基于单片机的基础之上从模拟到数字式,从集成化到智能化、网络化的发展,并且朝着多功能。高精度、总线标准化、高安全性和可靠性、开发网络传感器和虚拟传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征和控制方法,并对以此传感器,89C51单片机为控制器构成的数字温度计测量装置的工作原理和程序设计做了详细的介绍。和传统的温度计相比它具有测量广泛,读数方便,测温准确,输出温度
3、采用数字显示,主要用于对测温要求比较准确的场所,或者是科研实验室使用。该设计控制器使用ATMEL公司的AT89S51单片机,测温传感器使用DALLAS公司的DS18B20,用液晶显示器来实现温度显示。关键词:18B20 单片机 LEDABSTRACTWith the development of science and technology, precision and accuracy of modern society on various parameters of information requirements, there has been a lot of growth, and
4、 how accurate and fast access to these parameters will need to be subject to the level of development of modern information technology.Current smart temperature sensor (also referred to as digital temperature sensor) is launched in in the 1990 of the 20th century, is micro-electronics technology, co
5、mputer technology and automated testing technologies (ATE) combination. It features the output temperature data and related temperature control, suitable for various microcontroller (MCU). Society tends to make peoples requirements have become more sophisticated about sensors, temperature sensors ar
6、e now based on single-chip industry from analog to digital, from integration to the development of intelligent, networked, and versatile. High accuracy, standardization, high security and reliability, to develop bus networks sensors and virtual sensors, development of single-chip microcomputer tempe
7、rature measuring system and the rapid development of high technology. This article describes the architecture of intelligent integrated temperature sensor DS18B20 feature and control method, and with this sensor, 89S51 single-chip controller working principle and design of a digital thermometer meas
8、urement unit is introduced in detail. And it has measured a wide range than traditional thermometers, reading, accuracy of temperature measurement, the output temperature with digital display, place used primarily for accurate temperature measurement requirements, or a research laboratory. The desig
9、n of controller using ATMELs AT89S51 single-chip, DS18B20 temperature sensor using the DALLAS company, realizes with the LCD temperature display.Keywords: 18B20 Single-chip microcomputer LED 目 录第1章 前 言1第2章 数字温度计总体设计方案22.1数字温度计设计方案22.2总体设计框图2第3章 数字温度计硬件设计33.1主控制器AT89C5133.1.1 AT89C51的特点及特性:33.1.2管脚功能
10、说明:33.1.3片内振荡器:53.1.4芯片擦除:63.2单片机主板电路73.3温度采集部分的设计73.3.1温度传感器DS18B2073.4显示部分电路设计123.4.1 74LS164引脚功能及特性133.4.2温度显示电路133.5 报警系统电路14第4章 数字温度计的软件设计164.1系统软件设计的流程图164.2 数字温度计部分程序清单18结 论24致 谢25参考文献26第1章 前 言随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,工作,科研,各个领域,已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计,本温度计属于多功能温度计,可以设置上下报警温度,当温度不
11、在设置范围内时,可以报警。现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现。能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。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,所以传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点。本设计是测温电路,首先要选用高性能的AT89C51单片机,保证在恶劣的工业环境下能正常运行。单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计要求,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。测温传感器使用二极管结电压变化
12、的数值进而转化成温度的变化,将被测量温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可用单片机进行数据的处理,在显示电路上就可将被测温度显示出来。这种设计电路简单,软件设计业比较简单。在单片机设计电路中大多都是使用传感器,这很容易做到,所以用一只温度传感器DS18B20,它可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,这样可以满足设计条件【1】。数字式温度计的设计将给人们的生活带来很大的方便,为人们生活水平的提高做出了贡献。数字温度计在以后将应用于我们生产和生活的各个方面,数字式温度计的众多优点告诉我们:数字温度计将在我们的未来生活中应用于各个领域,它将会是传统温度计的理想的替代产品。第2章 数字
13、温度计总体设计方案2.1数字温度计设计方案方案 一:采用热敏电阻器件,利用其感温效应,再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,利用单片机进行数据的处理,然后在显示电路上,将被测温度显示出来。方案 二:利用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器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。分析上述两种方案可以看出方案一是使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,进行A/D转换后,利用单片机进行数据的处理,在显示电路上被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦
14、。方案二是利用温度传感器直接读取被测温度,读数方便,测温范围广,测温精确,适用范围宽而且电路简单易于实现【2】。 综合方案一和方案二的优缺点,我们选择方案二。2.2总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图2-1所示,控制器采用单片机AT89C51,温度传感器采用DS18B20,用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。主 控 制 器LED显示温度传感器单片机复位时钟振荡报警点按键调整图2-1总体设计方框图第3章 数字温度计硬件设计3.1主控制器AT89C513.1.1 AT89C51的特点及特性:40个引脚,4K Bytes FLASH片内程序存储器,128 Bytes的随机存取数据存
15、储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。此外,AT89C51在空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求【3】。主要功能特性: 兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(1000次)ISP FLASH ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压2个16位可编程
16、定时/计数器 时钟频率0-33MHZ全双工UART串行中断口线 128X8 BIT内部RAM2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式 3级加密位看门狗(WDT)电路 软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针3.1.2管脚功能说明:AT89C51管脚如图3-1所示:图3-1 AT89C51管脚图(1)VCC:供电电压。(2)GND:接地。(3)P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原
17、码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。(4)P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。(5)P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器
18、或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号【4】。(6)P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示:P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0
19、(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。(7)RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。(8)ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:
20、每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效【5】。(9)/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。(10)/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,
21、此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。(11)XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。(12)XTAL2:来自反向振荡器的输出【6】。3.1.3片内振荡器:该反向放大器可以配置为片内振荡器,如图3-2所示。图3-2 片内振荡器3.1.4芯片擦除:整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模
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