课程设计基于数字温度传感器的数字温度计报告.doc
《课程设计基于数字温度传感器的数字温度计报告.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课程设计基于数字温度传感器的数字温度计报告.doc(29页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、 目 录1、绪论 52、方案论证(规划、选定) 53、方案说明(设计) 74、硬件方案设计 105、软件方案设计 176、调试 207、技术小结(结束语) 208、参考文献 219、附录(源程序代码、电路图等)211、绪论随着国民经济的发展,人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便,简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大的提高产品的质量和数量。在日常生活及工业生产过程中,经常要用到温度的检测及控制,温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中,为了高效地进行生产,必须对它的主
2、要参数,如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础,技术已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压,再转换成对应的温度,这些方法相对比较复杂,需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。我们采用美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,温度范围为-55125 C,最高分辨率可达0.0625 C。DS18B20可以直接读出北侧温度值,而且采用三线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。本文介绍一种基于
3、AT89C51单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件,测量范围0-+100,使用LED模块显示,能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路,介绍了集成温度传感器DS18B20的原理,AT89C51单片机功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、结构简单。2、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实现方案。2.1方案一采用热电偶温差电路测温,温度检测部分可以使用低温热偶,热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成,热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差
4、电势组成。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以及漂移较高的缺点,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
5、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。【1】系统框图如图 3-1所示。图 3-1 热电偶温差电路测温系统框图2.2方案二采用数字温度芯片DS18B20 测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好。在0100 摄氏度时,最大线形偏差小于1 摄氏度。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AT89S51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。这样,测温系统的结构
6、就比较简单,体积也不大。采用51 单片机控制,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,而且体积小,硬件实现简单,安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作,还可以与PC 机通信上传数据,另外AT89S51 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。【1】该系统利用AT89S51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。该系统扩展性非常强,它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据,在数据处理同时显示时间,并可以利用AT24C16芯片作为存储器件,以此来对
7、某些时间点的温度数据进行存储,利用键盘来进行调时和温度查询,获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信,方便的采集和整理时间温度数据。2.3方案选定从以上两种方案,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、软件设计也比较简单,故本次设计采用了方案二。3、方案说明3.1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,模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值,然后送到单片机中进行数据处理,并与设置的温度报警限比较,超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到L
8、ED中显示。3.2系统组成本课题以是80C51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、LED显示、温度传感器组成。系统框图如图3-2所示。图3-2 系统基本方框图3.2.1主控制器单片机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需要,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。3.2.2显示电路显示电路采用LED液晶显示数码管,从P3口RXD,TXD串口输出段码。显示电路是使用的串口显示
9、,这种显示最大的优点就是使用口资源比较少,只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收,四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动,显示比较清晰。3.2.3温度传感器温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的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。用AT89S51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。获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信,方便的采集
10、和整理时间温度数据。3.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式,如图3-3 所示单片机端口接单线总线,为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。 图3-1 DS18B20与单片机的接口电路4、硬件方案设计4
11、.1 80C51单片机介绍80C51有40个引脚,4个8位并行I/O口,1个全双工异步串行口,同时内含5个中断源,2个优先级,2个16位定时/计数器。80C51的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM),和128B的数据存储器(RAM)组成。其基本组成框图见图4-1。图4-1 80C51单片机结构图1. 一个8 位的微处理器(CPU)。2. 片内数据存储器RAM(128B),用以存放可以读写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等,SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。3. 片内程序存储器ROM(4KB),用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/
12、EPROM,如8031,8032,80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面,这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器,可供用户根据需要选用。4. 四个8 位并行IO 接口P0P3,每个口既可以用作输入,也可以用作输出。5. 两个定时器计数器,每个定时器计数器都可以设置成计数方式,用以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信,目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断
13、控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源,例如SST89E58RD 就有9 个中断源。7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行IO 口,用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8. 片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz,因而大大的提高了指令的执行速度。4.1.2 80C51单片机管脚图图4-2 80C51单片机管脚图部分引脚说明:1. 电源类引脚Vcc(40脚):芯片工作电源的输入端,+5V。Vss(20脚):电源的接地端。2. 时钟电路引脚XTAL1(19 脚):接外部
14、晶体和微调电容的另一端;在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时,该引脚必须接地。XTAL2(18 脚):接外部晶体和微调电容的一端;在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端。若需采用外部时钟电路时,该引脚输入外部时钟脉冲。3. 控制信号引脚RST/VPD(9 脚):RST 是复位信号输入端,高电平有效。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端,为RAM 提供备用电源,以保证存储在RAM 中的信息不丢失,从而合复位后能继续正常运行。ALE/PROG(30 脚):地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后,ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率fO
15、SC 的1/6。CPU 访问片外存储器时,ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。平时不访问片外存储器时,ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲,因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时,作为编程脉冲输入端。PSEN(29 脚):程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时,此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。PSEN 端有效,即允许读出EPROMROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个
16、LS 型TTL 负载。EA/Vpp(31 脚):外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时,CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令,但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时,将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时,CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令,而不管是否有片内程序存储器。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时,作为施加较高编程电压(一般12V21V)的输入端。4. 并行I/0口P0口(P0.0P0.7,39
17、32 脚):P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口,每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时,应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空,可作为高阻抗输入。在CPU 访问片外存储器时,P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间,P0口内部上拉电阻有效。P1口(P1.0P1.7,18 脚):P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时,应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2口(P2.0P2
18、.7,2128 脚):P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时,它输出高8 位地址。P3口(P3.0P3.7,1017 脚):P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别,它的每个引脚都有第二功能,如下:P3.0:(RXD)串行数据接收。P3.1:(RXD)串行数据发送。P3.2:(INT0#)外部中断0输入。P3.3:(INT1#)外部中断1输入。P3.4:(T0)定时/计数器0的外部计数输入。P3.5:(T1)定时/计数器1的外部
19、计数输入。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。4.1.3 80C51单片机的中断系统80C51系列单片机的中断系统有5个中断源,2个优先级,可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求;由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级;同一优先级内各中断同时提出中断请求时,由内部的查询逻辑确定其响应次序。4.1.4 80C51单片机的定时/计数器在单片机应用系统中,常常会有定时控制需求,如定时输出、定时检测、定时扫描等;也经常要对外部事件进行计数。80C51单片机内集成有两个可编程的定时/计数器:T0和
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课程设计 基于 数字 温度传感器 温度计 报告
