单片机原理实验设计论文-基于单片机的数字温度计设计.doc
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1、信息工程学院单片机原理与外围电路课程论文题目:基于单片机的数字温度计设计 姓名: 学号: 班级: 2摘要: 温度是生产过程和科学实验中普遍而且及其重要的物理参数之一。因为在日常生活以及工业生产的过程中,经常要用到温度的检测以及对温度的控制,因此在生产过程中,为了能够高效地进行生产,就不得不对它的各项主要参数,如压力、流量特别是温度等进行有效的控制。而这个设计就是应用51 系列单片机的内部结构与组成、I/O 口结构与功能、时钟与复位电路以及温度控制器原理与应用、中断系统、指令系统与汇编语言程序设计、C51 程序并且基于AT89S52单片机的一种温度测量电路以及报警电路,采用美国DALLAS半导体
2、公司推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测量的温度范围涵盖了-55+125 C,同时其最高分辨率亦可以达到0.0625 C,另外本设计使用LCD液晶屏显示,还能设置温度报警上下限,可以称之为设计新颖、功能强大、结构简单、实用可靠。关键词:温度测量;DS18B20;AT89S52 目 录Temperatur measurement; DS18B20; LED不要删除行尾的分节符,此行不会被打印1绪论41.1课题背景及研究意义41.2国内外现状41.3课题的设计目的41.4课题的主要工作42系统概述52.1方案论证52.2系统设计原理63系统硬件设计73.1 主控电路设计73
3、.2 LCD液晶显示器接口电路设计73.3 温度传感器DS18B2094系统软件设计104.1主程序设计104.2 DS18B20初始化104.3仿真结果11结论13参考文献13附录A 系统整体电路16附录B 全部程序清单16 - II -1绪论1.1技术背景单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroller),是因为它最早被用在工业控制领域。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计
4、算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而且性能不错获得了很多的好评。此后在8031的基础上发展出了MCS51系列单片机系统并且基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌
5、落至1美元,最高端的型号也只有10美元5。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上,而作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 1.2课题的设计目的首先巩固、加深和扩大单片机知识的应用面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。 其次,培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力。最后,通过对课题设计方案的分析、选择、比较来熟悉单片机用系统开发、研制的过程,软硬件设计的方法、内容及步骤。1.3课题的主要工作本课题的研究重
6、点是设计一种基于单片机的数字温度计控制系统。能够显示温度的测量值主要工作目标如下:1. 温度测试基本范围-25125。2. 精度误差小于1。3. LCD液晶显示。4. 可以设定温度的上下限报警显示功能。5. 实现报警显示。2系统概述2.1方案论证该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成,实现的方法有很多种,下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的已经实现的方案。方案一:采用热电偶温差电路测温,热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成,通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压,便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机,在将随被测温度变化的电压或电流采集过
7、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。热电偶的优点是工作温度范围非常宽,且体积小,但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响的缺点,并且这种设计需要用到A/D 转换电路,感温电路比较麻烦。系统主要包括对A/D0809 的数据采集,自动手动工作方式检测,温度的显示等,这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。此外还有复位电路,晶振电路,启动电路等。故现场输入硬件有手动复位键、A/D 转换芯片,处理芯片为51 芯片,执行机构有4 位数码管、报警器等。系统框图如图 2-1所示。图 2-1 热电偶温差电路测温系统框图方案二:采用
8、数字温度芯片DS18B20 测量温度,输出信号全数字化。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AT89S52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。另外AT89S52 在工业控制上也有着广泛的应用,编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。该系统利用AT89S52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境温度,并可以根据需要设定上下限报警温度。从以上两种方案,容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小,但是线性误差较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比
9、较简单,故本次设计采用了方案二。2.2系统设计原理利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值,进行转换的特性。同时处理后的数据送到LCD中显示。本课题以是AT89S52单片机为核心设计的一种数字温度控制系统,系统整体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等组成,系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LCD显示、温度传感器组成。系统框图如图2-2所示。单片机复位按键设置时钟振荡 主 控 制 器LCD显示温度传感器图2-2 系统基本方框图1、主控制器:单片机AT89S52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
10、满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用三节电池供电。2、显示电路显示电路采用LCD液晶屏显示具有 如下特点:一、机身薄,节省空间。二、省电,不产生高温。 三、无辐射,益健康。 四、画面柔和不伤眼。随着数字时代的来临,数字技术必将全面取代模拟技术,LCD不久就会全面取代现在的模拟CRT显示器。3、温度传感器温度传感器采用美国DALLAS半导体公司8生产的DS18B20温度传感器。DS18B20输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,在0100 摄氏度时,最大线形偏差小于1 摄氏度,采用单总线的数据传输,可直接与计算机连接。特点:独特的一线接口,只需要一条口线通信 多点能力
11、,简化了分布式温度传感应用,无需外部元件,可用数据总线供电。用AT89S52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境温度。3系统硬件设计3.1 主控电路设计AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flsah存储器。在本系统中,AT89S52单片机内部的功能单元已经能够满足系统设计需要,不需要系统扩展。AT89S52具有以下的特点:l CPU与MCS-51 兼容l 1000写/擦循环l 8K字节可编程FLASH存储器l 全静态工作:0-33MHzl 三级加密程序存储器l 256*8位内部RAMl 32个
12、可编程I/O线l 三个16位定时器/计数器l 8个中断源l 可编程串行通道l 低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟3.2 LCD液晶显示器接口电路设计显示器是人与机器沟通的重要界面,液晶显示器(LCD)英文全称为Liquid Crystal Display17,它一种是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。和CRT显示器相比,LCD的优点是很明显的。显示接口用来显示系统的状态,命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是LCD液晶模块,采用一个161的字符型液晶显示模块。 LM016L的结构及功能:LM016L液晶模块采用HD44780控制器,hd44780具有简单而功能较强的指令集,可
13、以实现字符移动,闪烁等功能,LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式。LM016L液晶模块的引脚图如图3-1所示。图3-1 1601引脚图 如图3-2所示。用89S52的P2口作为数据线,用P3.2、P3.1、P3.0分别作为LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿触发的片选信号,R/W是读写信号,RS是寄存器选择信号本模块设计要点如下:显示模块初始化:首先清屏,再设置接口数据位为8位,显示行数为1行,字型为57点阵,然后设置为整体显示,取消光标和字体闪烁,最后设置为正向增量方式且不移位。向LCD的显示缓冲区中送字符,程序中采用2个字符数组,一个显示字符,另一个显示电压数
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