温度测试仪.doc
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1、成绩 南京工程学院通信工程学院课程设计说明书(论文)题 目 数字式环境温度测试仪 课 程 名 称 单片机原理及应用B 专 业 通信工程 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 设计起止时间: 年 月 日至 年 月 日目 录第一章 绪论1 1.1课程设计作者11.1课程设计目的11.2课程设计内容与要求1第二章 数字温度计的设计方案2 2.1 系统的控制特点2 2.2 系统实现的原理2 2.3 系统实现功能3 2.4 系统软件功能框图(见附图)21 2.4 系统结构框图(见附图)22第三章 数字温度计的硬件设计4 3.1 元件选取4 3.2 总体设计框图(见附图)23第四
2、章 数字温度计的软件设计12 4.1测温程序12 4.2温度转换程序12 4.3 显示器程序 13 4.4 键盘程序 14 4.5 报警程序 14 4.6主程序 16第五章 调试及性能分析18第六章 总结与体会19参考文献 20附录 21第一章 绪论1.1课程设计作者1.2课程设计目的本课程设计是在单片机原理及应用B课程主要内容学习之后,通过一个单片机应用系统的设计和调试,训练我们综合运用本课程知识,独立解决工程实际问题的能力;使我们加深对单片机结构、工作原理的理解,提高我们综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和单片机应用系统的设计技能;同时培养我们查阅科技资料和撰写科技报告的能力。1.3课
3、程设计内容与要求1、基本内容:在nKDE51单片机实验教学系统上,利用DS18B20数字温度传感器连续测试环境温度,对测试数据进行处理计算,在RT-1602字符点阵LCD上实时显示环境温度值;2、附加内容:实现环境温度越限告警功能。通过按键实现一系列功能。第二章 数字温度计的设计方案2.1 系统的控制特点该系统是通过CPU(51单片机)计算温度值,通过比较当前温度值与设定的温度限制范围的大小关系。如果超过温度范围之后,并且系统需要作出对应动作之后,单片机将会对对应的外围电路发出动作信号。让报警和控制支路对温度进行报警和控制,从而提示人们或者直接作出应对动作。一般的系统都必须有几个基本的性能要求
4、稳定性,抗干扰能力,精确度,分辨率等。对于家用温度计的精确度要求并非太高,所以该系统并未要求有较高的精确度和分辨率,所以当前定义分辨率在01。为了方便用户的使用,设定温度采用整数计数,设定值的最小该变量为1,足够满足精度的需求。本系统由单片机控制,通信信号为数字信号具有很强的稳定性和抗干扰能力。2.2 系统实现的原理本系统是通过温度测量元件与单片机通信,在单片机中计算出对应的温度值进行控制。温度测量元件能够对温度的变化产生对应的变化,例如:热敏电阻能够在温度改变的时候电阻值会随之改变,电阻值的大小与温度值有一一对应的关系,所以通过测量电阻的大小就能够得到当前的温度值;温度传感器是一种集成度较高
5、的温度测量元件,它能够根据当前温度值产生出一串数字信号,不同的温度值得到不同的数字信号,通过对该信号的译码能够准确的获取当前的温度值。热敏电阻工作时候将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于C区时,热敏电阻的散热功率与发热功率接近,因而可能动作可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时,动作时间随着电流的增加而急速缩短;热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流2,37。温度传感器和热敏电阻工作原理相似,但是通过高度的集成化将测量元件输出的模拟信号经过一系列的处理之后直接经过传感器输出转换好的实际温度。传感器的输出信号相对模拟信号也更加稳定和直接,更便于我们获取温度。
6、2.3系统实现功能此数字温度计在实现基本的通过LCD显示出即时温度这一功能的情况下,还有如下附加功能:1. 显示画面在普通的温度显示前提下,加入了最高、最低温度限额的显示,使其控制更方便;同时加入了识别符号;2. 温度告警在温度大于等于预设最高温度时,LCD背光闪烁,蜂鸣器间接报警,同时显示屏上显示“TOO HOT”警告字样;在温度小于预设最低温度时,LCD背光闪烁,蜂鸣器间接报警,同时显示屏上显示“TOO COLD”警告字样;3. 按键功能的加入(1) 当按动按键K1,K2时,能对预设的最高、最低温度进行调节。K1加,K2减;(2) 当按动按键K0,识别符号在0-2间转换,显示“1”时,按键
7、K1,K2对最高温度进行调节;显示“2”时,K1,K2对最低温度进行调节;(3) 当按动按键K3,LCD上的温度在摄氏度与华氏度之间转换。 第三章 数字温度计的硬件设计3.1 元件选取核心51单片机:MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位微型计算机,较原来的MCS-48系列结构更为先进,功能增强,它包括51和52两个字系列6。Intel的8051单盘机系列是大家最为熟悉的8位单片机之一1,22-25,33。51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机,后来随着Flash rom技术的发展,8
8、031单片机取得了长足的进展,成为目前应用最广泛的8位单片机之一,其代表型号是ATMEL公司的AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出,在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。图3.1 单片机引脚引脚信息:1-8 P10-P17:P1口的8个引脚。可作为准双向输入/输出接口。对于52系列,P10可以作为定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2,P11可以用作定时器/计数器2的外部控制段T2EX。9 RST:复位引脚10-17 P30-P37:P3
9、的8个引脚。除作为准双向I/O接口,还具有第二功能。P30 串行输入P31 串行输出P32 外部中断0输入端P33 外部中断1输入端P34 计时器/计数器T0脉冲输入端P35 计时器/计数器T1脉冲输入端P36 片外数据存储器写选通信号输出端P37 片外数据存储器读选通信号输出端18 XTAL1 片内反向放大器输入端。19 XTAL2 片内反相放大器输出端。20 GND:5V电压接地端。21-28 P20-P27:P2口的8个引脚。一般可以作为准双向IO接口;在接有片外存储器或者扩展IO接口且寻址范围超过256字节时,P2口可以用作8位地址总线。29 PSEN(_) 片外程序存储器读选通信号输
10、出端,或称片外取指信号输出端。在向片外程序存储器读取指令或者常数期间,每个机器周期该信号有2次有效低电平,以通过数据总线P0口读回指令或常数。30 ALE 地址所存有效信号输出端。在访问片外程序存储器期间,没机器周期该信号出现2次,其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址。31 EA(_)/VDD 片外存储器选用端。该引脚有效(低电平)时只选用片外程序存储器,否则计算机上电或复位后先选用片内程序存储器。32-39 P00-P07:P0口的8个引脚。在不接片外存储器与不扩展I/O接口时,可作为准双向输入/输出接口。在接有片外存储器或扩展I/O接口时,P0后分时复用为第八位地址总线和双向数据总线
11、。40 VCC:5V电源正端口。温度传感器DS18B20:随着计算机的广泛应用,通信技术和传感技术飞跃发展7。DS18B20是美国DALLAS公司生产的单线数值温度传感器芯片,具有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用简单等优点8,15。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9,18,30-35。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合2,17
12、-20。耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。技术性能描述:1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。2测温范围55+125,固有测温分辨率05。3支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,实现多点测温,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定。4工作电源:35V/DC5在使用中不需要任何外围元件6测量结果以912位数字量方式串行传送7不锈钢保护管直径68适用于DN1525,DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测
13、温9标准安装螺纹M10X1,M12X15,G1/2任选PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。特点 独特的一线接口,只需要一条口线通信 多点能力,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,电压范围为30V至55V无需备用电源测量温度范围为-55至+125。华氏相当于是-67F到257华氏度-10度至+85度范围内精度为05。DS18B20温度传感器的北部喘粗气包括一个告诉咱村的RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PAM9,12-13。温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置应用范围包括
14、恒温控制,工业系统,消费电子产品温度计,或任何热敏感系统。描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位(可编程设备温度读数)。信息被发送从DS18B20通过1线接口,所以CPU与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量,不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号,多个DS18B20可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多,包括空调环境控制,感测建筑物内温设备或机器,并进行过程监测和控制。图3.2 DS18B20温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850
15、000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H表2一部分温度对应值表显示器件1602LCD液晶1602液晶也叫1602字符型液晶,它
16、是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块,它有若干个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,所以它不能显示图形。1602LCD是指显示的内容为162,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。*1602LCD的特性(1)+5V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160个57点阵的字型的字符发生器CGROM。(6)8个可由用户
17、自定义的57的字符发生器CGROM。(7)字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD,多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线(16脚)*LCD1602引脚功能说明:*LCD1602的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如下表所示:指令1:清显示,光标复位到地址00H位置。指令2:光标复位,光标返回到地址00H。指令3:光标和显示模式设置 I/D:光标移动方向,高电平右移,低电平左移,S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效,低电平则无效。指令4:显示开关控制。 D:控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示 C:控制
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