单片机温度采集显示系统设计

1、课 程 设 计 课程名称：微机原理与接口技术课程设计题目名称：温度采集显示系统学生学院 专业班级学 号 学生姓名 指导教师 一、设计题目温度采集系统二、 设计任务和要求 功能要求：（1） 温度测量范围 0 - 99。（2） 温度分辨率1。（3） 选择合适的温度传感器。（4） 使用键盘输入温度的最高点和最低点，温度超出范围时候报警。（报警温度不 需要保存）要求完成的内容：（1）系统硬件设计，并用电子CAD软件绘制出原理图，（2）给出流程图，编写并调试程序。（3）撰写设计报告。三、原理电路图和设计程序1、方案比较（1）、 系统总体方案设计总体框架图如图1示，软件流程图如图示该温度控制系统的设计包括

2、硬件设计和软件设计两大部分，结合实际情况，该系统应具备如下功能：A、实时采集温度；B、显示温度；C、串行传送数据；D、控制外设；E、温度超限报警； 系统硬件设计系统的硬件设计部分主要由以下几部分组成：A、单片机最小系统；B、温度采集模块；C、温度显示模块；D、串行通信模块；E、报警电路；图2 软件流程图（2）、方案比较方案一 采用8031作为控制核心,以使用最为普遍的器件ADC0809作模数转换,控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。此方案简易可行,器件的价格便宜,但8031内部没有程序存储器,需要扩展,增加了电路的复杂性,且ADC0809是8位的模数转换,不能满足本题目的精度要求

3、。方案二 采用比较流行的AT89S51作为电路的控制核心, AT89S52不但与8051，8052 指令，管脚完全兼容，而且其片内的程序存储器采用FLASH 工艺，用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。AT89S52 单片机还支持在线编程，用户通过简单的电路连接就可以将电脑里的程序下载到单片机中，减少调试程序时不断拆卸和插入给芯片带来的损坏。此外AT89S52 单片机有8 KB的程序存储器和256 B 的数据存储器，不需外部扩展存储芯片，可以降低硬件电路的复杂度。此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。综上分析,我们采用方案二。仿真总体电路图如图3示 图3 图3（3）、单元电路设计、单片

4、机最小系统设计单片机是整个系统的核心处理器，其负责驱动温度传感器DS18B20 工作、温度显示、控制外围设备的工作以及与上位机进行通信等工作。单片机最小系统主要由两块组成，其一为晶振起振电路，其二为复位电路，在此，采用按键手动复位，相对来讲，这种复位方式更加方便，更加人性化，不必要切断电源即可对系统进行复位。AT89S51简介：AT89S52 是89 系列单片机的一种，它不但与8051，8052 指令，管脚完全兼容，而且其片内的程序存储器采用FLASH 工艺，用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。AT89S52 单片机还支持在线编程，用户通过简单的电路连接就可以将电脑里的程序下载到单片机中，减少调

5、试程序时不断拆卸和插入给芯片带来的损坏。此外AT89S52 单片机有8 KB的程序存储器和256 B 的数据存储器，不需外部扩展存储芯片，可以降低硬件电路的复杂度。、 温度采集模块设计温度传感器是该系统的关键器件，本系统选用的是美国Dallas 半导体公司生产的数字化温度传感器 DS18B20。本系统中DS18B20 的DQ 口与单片机的 P1.0 口连接，GND 接地，VDD 接电源，信号和5V 电源之间的接上一个上拉电阻R。DS18B20简介：DS18B20 有三个主要数字部件组成：64 位激光ROM、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH 和TL 。DS18B20 支持“一线总线”接口

6、，测量温度范围为-55C+125C，被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出，在-10+85C 范围内，精度为0.5C。DS18B20 采集到的现场温度直接以先进的单总线数据通信方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20 可程序设定912 位的分辨率，精度可达0.5C。DS18B20具有内置的EEPROM，用户设定的分辨率和报警温度都可存储在其中，且掉电后依然存在。CPU 只需一根端口线就能与DS18B20 进行通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。与前一代产品（DS1820 温

7、度传感器）不同，DS18B20 支持3.0V 5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，而且DS18B20 价格更便宜，体积更小。如图J1所示，DS18B20 有三个管脚：3脚 GND 为电源地，2脚DQ 为数字信号输入/输出端，1脚VDD 为外接供电电源接入端（用寄生电源方式时接地）。在外部电源供电方式下，DS18B20 工作电源由VDD 引脚接入，此时I/O 线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时理论上总线可以挂接任意多个DS18B20 传感器，组成多点测温系统。在外部供电的方式下，DS18B20 的GND 引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85。

8、温度显示模块设计根据实际应用情况，该温度显示模块采用七段数码管显示电路，数码管选用共阳极数码管，如图U3示，以动态方式显示，显示数据由P1口送出，位控信号由P2口送出，经74LS244进行信号放大，以产生足够大的电流驱动数码管显示。流程图如图示： 串行通信模块设计AT89S52 单片机内部含有一个可编程全双工串行通信接口，由TXD 引脚来传送串行数据，而由RXD 引脚来接收数据。该接口具有UART(通用异步接收和发送器)的全部功能，它不仅能同时进行数据的发送和接收，也可作为一个同步移位寄存器使用，可构成双机或者多机通信系统。 报警电路设计本设计采用蜂鸣器报警电路，它由晶体管和蜂鸣器组成。当温度

9、的测量值超出给定的上下限时，由单片机的P3.7 口输出信号控制晶体管导通，则蜂鸣器报警。 系统软件设计本系统采用 AT89S52 作为核心处理器件，把经过DS18B20 现场实时采集到的温度数据，存入AT89S52 的内部数据存储器，并送LED 数码管显示，并与温度的设定值进行比较，然后由单片机输出控制信号去控制外部设备。进行温度控制程序的设计还应考虑越限报警，当采集到的温度值与温度的设置值进行比较后，若发现当前温度值越限，则产生报警信号。与硬件电路相关联，本温度控制系统的软件设计主要分为以下几个部分：主程序，温度上下限值设定子程序、温度读取子程序、温度显示子程序、串口通信子程序、输出控制子程

10、序和报警子程序等。其中温度上下限值设定子程序完成对温度范围值的设定及数据保存；温度读取子程序完成对温度传感器数据的读取，并通过温度显示子程序显示温度值；串口通信子程序将采集到的温度数据传送到PC 机，以实现远程监控；输出控制子程序根据采集到的温度数据完成对外部设备的控制；报警子程序则当采集到的温度数据超过设定的温度上下限值时报警。整个运行程序，见电子版下面是测温程序段：sbit DQ = P33; / 定义DQ引脚为P3.3/* 延时函数 * 功能：在11.059MHz的晶振条件下调用本函数需要24s ，然后每次计数需16s */void DS18_delay(int useconds) in

11、t s;for (s=0; suseconds;s+);/* 复位函数 * 功能：完成单总线的复位操作。* 复位时间为480s，因此延时时间为(480-24)/16 = 28.5，取29s。* 经过70s之后检测存在脉冲，因此延时时间为(70-24)/16 = 2.875，取3s。*/unsigned char ow_reset(void) unsigned char presence;DQ = 0; / 将 DQ 线拉低DS18_delay(29); / 保持 480sDQ = 1; / DQ返回高电平DS18_delay(3); / 等待存在脉冲presence = DQ; / 获得存在信

12、号DS18_delay(25); / 等待时间隙结束return(presence); / 返回存在信号，0 = 器件存在, 1 = 无器件/* 位写入函数 * 功能：向单总线写入1位值：bitval*/void write_bit(char bitval) DQ = 0; / 将DQ 拉低开始写时间隙if(bitval=1) DQ =1; / 如果写1，DQ 返回高电平DS18_delay(5); / 在时间隙内保持电平值，DQ = 1; / DS18_delay函数每次循环延时16s，因此DS18_delay(5) = 104s/* 字节写入函数 * 功能：向单总线写入一个字节值：val*

13、/void ds18write_byte(char val) unsigned char i;unsigned char temp;for (i=0; ii; temp &= 0x01; write_bit(temp); DS18_delay(5);/* 位读取函数 * 功能：从单总线上读取一位信号，所需延时时间为15s，因此无法调用前面定义* 的DS18_delay()函数，而采用一个for()循环来实现延时。* */unsigned char read_bit(void) unsigned char i;DQ = 0; /将DQ 拉低开始读时间隙DQ = 1; / then return

14、highfor (i=0; i3; i+); / 延时15sreturn(DQ); / 返回 DQ 线上的电平值/* 字节读取函数 * 功能：从单总线读取一个字节的值*/unsigned char DSread_byte(void) unsigned char i;unsigned char value = 0;for (i=0;i8;i+) / 读取字节，每次读取一个字节if(read_bit() value|=0x01i; / 然后将其左移DS18_delay(6); return(value);/* 读取温度函数 * 功能：如果单总线节点上只有一个器件则可以直接掉用本函数。如果节点上有多

15、个器* 件，为了避免数据冲突，应使用Match ROM函数来选中特定器件。* 注： 本函数是根据DS1820的温度数据格式编写的，若用于DS18B20，必须根据* DS18B20的温度数据格式作适当修改。*/unsigned int ReadTemperature(void) unsigned char get10;unsigned char temp_lsb,temp_msb;unsigned int t;unsigned char k;ow_reset();ds18write_byte(0xCC); / 跳过 ROMds18write_byte(0x44); / 启动温度转换DS18_de

16、lay(5);ow_reset();ds18write_byte(0xCC); / 跳过 ROMds18write_byte(0xBE); / 读暂存器for (k=0;k2;k+)getk=DSread_byte();temp_msb = get1; / Sign byte + lsbittemp_lsb = get0; / Temp data plus lsbt=temp_msb*256+temp_lsb;t=t&0x0ff0;if(t0xf0)t=(-1)*t;return t4;/temp_f = (int)temp_c)* 9)/5 + 32; / 输出华氏温度值、软件清单四、 电路

17、仿真使用protel 99se 仿真软件仿真，优点在于此软件为这学期刚刚学的一款电子电路软件，使用起来比较熟悉和顺手，且不用花过多的时间在软件学习，缺点在于，此仿真软件对于单片机类实例进行不了仿真，也就相当于没有仿真数据，这样会容易出错，但是AT89S52刚刚好能够弥补这个缺陷，所以还是选择用protel 99se来做仿真实验。电路原理图如下图示：电路版的预览图如下图示： PCB打印预览图该设计的pcb图见附图：完整的PCB图五、 总结通过此次课程设计，我学到了很多很多新的知识，同时，也加深了对旧知识的了解和认知。不管是从动手能力还是理论学习上讲，这次课程设计都让我有了一定的提高。首先是对单片

18、机芯片AT89S52的学习，之前我们学的89C51系列的，前者对于后者来讲，比较先进和高级，而且更加贴近于我们的生活。鉴于自己对AT89S52的一点认识也没有，所以一切只能从头开始学起，从到图书馆找资料到网上查找，从一个人奋战到找同学帮助，一点一滴地，从无到有，在不断的努力之下，我终于也了解到一点点AT89S52单片机芯片的工作原理和功能了接着便是DS18B20温度传感器的学习，AT89S52单片机芯片还可以从89C53系列找相似之处，但DS18B20就完全没有了，不过，还好，现代DS18B20的应用技术也比较普遍和熟练，所以能找得到比较多的资料区了解和学习。一门比较成熟的技术要掌握起来是比较容易的，只要你有耐心和恒心去学习。有了初步的构思之后，就要开始着手仿真实验了，虽然protel 99se软件进行不了单片机芯片的仿真实验，拿不到确切的仿真数据，但是使用protel 99se软件却也是这次课程设计中必不可少的步骤，因为使用protel 99se软件可以设计此次课程设计的pcb电路图，这样就可以制作pcb感光板。使用感光板来做此次实验，能大大地减少花费的时间和精力。但是制作感光板的过程也是一个挑战，它讲究的是耐心和技术，一不小心，之前所做的功夫就很有可能被白白的浪费掉。而且，通过此次制作感光板，我也大大地感受到高新技术的作用，我们不断地对世界对社会对知识进