基于MCS—51系列單片機的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計.doc

基于MCS-51系列單片機的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計目錄摘要.1Abstract.2前言.3第一章單片機概述及發(fā)展趨勢.51.1單片機概述.51.2單片機發(fā)展趨勢.6第二章方案設(shè)計與論證.72.1方案設(shè)計.72.2方案論證.8第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計.93.1工作原理.93.2單元電路設(shè)計.103.2.1DS18B20與單片機接口電路設(shè)計.103.2.2鍵盤電路設(shè)計.213.2.3顯示電路設(shè)計.223.2.4報警電路設(shè)計.223.2.5復(fù)位電路設(shè)計.233.2.6時鐘電路.24第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計.254.1軟件設(shè)計總體思路及主程序流程圖.254.2測溫模塊流程圖.264.2.1溫度的采集.274.2.2多點溫度的測量.274.3顯示模塊流程圖.294.4鍵盤掃描流程圖.29總結(jié).31致謝.32參考文獻.33附圖.34附圖1系統(tǒng)原理圖.34附圖2PROTEUS仿真圖.35附圖3PCB電路板圖.36第1頁共36頁摘要本課題主要介紹的是基于89S51單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器的多點溫度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用89S51單片機分別采集各個溫度點的溫度，實現(xiàn)溫度顯示、報警等功能。它以89S51單片機為主控制芯片，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實現(xiàn)多路溫度的檢測，測量精度可以達到0.5。該系統(tǒng)采用4位LED數(shù)碼管作為顯示器，形象直觀的顯示測出的溫度值。本文首先在前言中介紹了此系統(tǒng)的背景以及功能。第二章確定設(shè)計方案。在第三章論述了總體的設(shè)計過程，確定了技術(shù)指標(biāo)及器件的選擇并且描述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、硬件設(shè)計框圖及所使用的各種芯片功能與特性。第四章重點剖析了軟件設(shè)計的過程。最后一章中具體論述了系統(tǒng)的調(diào)試軟件及調(diào)試中出現(xiàn)的問題?；?9S51單片機的單總線多點溫度測控系統(tǒng)具有硬件組成簡單、多點溫度檢測、讀數(shù)方便、精度高、測溫范圍廣等特點，在實際工程中得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：89S51單片機，數(shù)字溫度傳感器，單總線第2頁共36頁AbstractTheproblemintroduces89S51monolithicmachineandtheDS18B20figuretemperaturesensor-basedmultiplespottemperaturemeasurementsystemmainly.89S51singlechipusingthesystemwerecollectedatvarioustemperaturesofthetemperature,temperaturedisplayandalarmfunctions.It89S51MCU-basedcontrolchip,digitaltemperaturesensorDS18B20therealizationofmulti-channeltemperaturedetection,measurementaccuracycanreach0.5.Thesystemuses4sectionsofnumericalcodetubesliquidcrystaldisplaymodules,4sectionsofnumericalcodetubesasadisplay,thedisplayofvisualimagestomeasurethetemperature.Thisarticlefirstdescribedintheintroductionofthissystem,aswellasbackgroundfeatures.Thesecondchaptertodeterminethedesign.Inthethirdchapterdiscussestheoveralldesignprocesstodeterminethetechnicalspecificationsandthechoiceofdeviceofdevicesandadescriptionofthehardwarecircuitdesign,hardwaredesignanddiagramusedinavarietyoffeaturesandfunctionsofthechip.ChapterIVanalyzesthekeysoftwaredesignprocess.Thefinalchapterdiscussesthespecificsystemdebugginganddebugsoftwareproblem.89S51singlechipbasedonsingle-busmulti-pointtemperaturemeasurementandcontrolsystemwithsimplehardwarecomponents,multi-pointtemperature,easyreading,high-accuracy,widetemperaturerange,andothercharacteristicsoftheactualprojectsarewidelyused.Keywords:digitaltemperaturesensor,89S51singlechip,single-bus第3頁共36頁前言21世紀，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進步帶動了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的一個主流，廣泛地深入到研究和應(yīng)用工程的各個領(lǐng)域。溫度是一個和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量，是國際單位制七個基本量之一。溫度的變化會給我們的生活、工作、生產(chǎn)等帶來重大影響，因此對溫度的測量至關(guān)重要。其測量控制一般使用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。隨著現(xiàn)代計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日顯突出，已成為自動檢測、自動控制系統(tǒng)和計量測試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其應(yīng)用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。分布式溫度傳感器在電力工業(yè)、煤礦、森林、火災(zāi)、高層建筑、航空、航天飛行器等有著重要的應(yīng)用前景，引起研究人員的廣泛關(guān)注。近年來，已經(jīng)有不少分布式溫度傳感器的報道，包括基于光纖非線性效應(yīng)的拉曼溫度傳感器等，但由于其昂貴的成本而無法得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計使用了美國Dallas半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,它具有獨特的單總線接口方式,即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器,從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單,克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的A/D轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點。工作時由控制信號進行具體測量點識別,這使得布線工作大大簡化,可以方便地構(gòu)成多傳感器測量網(wǎng)絡(luò)。此外與傳統(tǒng)的熱敏電阻傳感器相比,DS18B20具有更高的測量精度。所以，相對于傳統(tǒng)溫度傳感器而言,DS18B20數(shù)字溫度傳感器具有更高的經(jīng)濟性、靈活性、抗干擾性和精確度,在科學(xué)研究和生產(chǎn)實際中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)以及應(yīng)用需求的發(fā)展，單片機技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的進展。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)有了更高的飛躍，我們現(xiàn)在完全可以運用單片機來代替人工測量,第4頁共36頁這樣既省時又省力。本設(shè)計是心AT89S51為單片機作為控制核心，提出了一種基于DS18B20的單總線多點溫度測控系統(tǒng)，多個溫度傳感節(jié)點通過單總線與單片機相聯(lián)形成分布式系統(tǒng)。單片機通過實時監(jiān)控溫度的變化，通過4位數(shù)碼管顯示各節(jié)點溫度的數(shù)值，當(dāng)溫度值超出所設(shè)定的值時，報警器開始報警，從而實現(xiàn)對整個溫度系統(tǒng)的管理和控制。這種分布式溫度測量系統(tǒng)具有成本低廉、傳感精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、易于管理等優(yōu)點。第5頁共36頁第一章單片機概述及發(fā)展趨勢1.1單片機概述MCS-51是目前市面上用的人群最多，用的領(lǐng)域最多，是一款相當(dāng)流行的單片機。單片微型計算機作為微型計算機的一個重要分支，應(yīng)用廣泛,發(fā)展迅速,已對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。尤其是美國INTEL與Atmel公司生產(chǎn)的MCS-51單片機，由于其具有集成度高，處理功能強，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉等優(yōu)點，運用及其廣泛。經(jīng)眾多國際大公司共同開發(fā)和支持，MCS-51T系列單片機以其品種最齊全、開發(fā)手段最豐富、技術(shù)資料和程序資源最完備等早早確立了其為工業(yè)控制標(biāo)準單片機的地位。單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地。通過單片機系統(tǒng)的實時采集、實時決策和實時控制，使被控對象完成預(yù)定的任務(wù)，實現(xiàn)確定的功能。單片機系統(tǒng)和被控對象之間信息的交換輸入（INPUT）和輸出（OUTPUT）兩種類型，前者在單片機系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時，將被控對象的信息經(jīng)輸入通道送入單片機系統(tǒng)；后者在單片機系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出時，將單片機系統(tǒng)決策的控制信息經(jīng)輸出通道作用于被子控對象，用單片機控制的電路相對集成，硬件電路簡單、實用、易于智能控制，改變其物理量。但程序較為復(fù)雜。第6頁共36頁1.2單片機發(fā)展趨勢目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。隨著時間的推移，計算機革命的完成，信息高速公路的飛速發(fā)展，我們的工業(yè)已經(jīng)和自動化控制密不可分了。據(jù)統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達13億片，且每年以大約16%的速度增長,但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。這說明單片機應(yīng)用在我國才剛剛起步，有廣闊的前景。培養(yǎng)單片機應(yīng)用人才，特別是在工程技術(shù)人員中普及單片機知識有著重要的現(xiàn)實意義。單片機是二十世紀七十年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路器件。它在一塊芯片內(nèi)集成了計算機的各個功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計算機。二十世紀八十年代以來，國際上單片機的發(fā)展迅速，單片機應(yīng)用不斷深入，新技術(shù)層出不窮。單片機的應(yīng)用技術(shù)是一項新型的工程技術(shù)。其內(nèi)涵隨著單片機的發(fā)展而發(fā)展，而單片機的畢業(yè)設(shè)計不僅讓我們明白了計算機硬件的一些知識，更讓我們懂得了許多關(guān)于現(xiàn)在個人計算機中的許多原始的命令的完成原理。第7頁共36頁第二章方案設(shè)計與論證2.1方案設(shè)計方案一該案由單片機、模擬溫度傳感器AD590、運算放大器、AD轉(zhuǎn)換器、44鍵盤、LCD顯示電路、集成功率放大器、報警器組成。本方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測溫元件，傳感器將測量的溫度變換轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運算放大器交將信號進行適當(dāng)?shù)姆糯?，最后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳給給單片機，單