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文档简介

1、1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍1.1 设计课题任务 学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题,巩固和运用在单片机技术中所学的理论知识和实验技能,掌握单片机应用系统的一般设计方法,提高设计能力和实践动手能力,为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。 本次的目标是设计一个基于单片机AT89S52的数字温度计。1.2 功能要求说明 设计一个具有特定功能的数字温度计。该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”,进入准备工作状态。测量温度范围099,测量精度小数点后两位,可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。1.3 设计课题总体方案介绍及工作原理说明1

2、.3.1 课题背景及研究意义 随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。 传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同;产品的工艺不同,控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度,高速度的控制要求,如温度控制表温度接触器,其主要缺点是温度波动范围大,受仪表本身误差和交流接

3、触器的寿命限制,通断频率很低。 本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高,通用性好,功能强,特别是体积小,重量轻,耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字、智能化方面有广泛的用途。 自70年代以来,由于工业过程控制的需要,特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展,以及自动控制理论和设计方法发展的推动下,国外温度控制系统发展迅速,并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先,并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表,目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。 温度控制系统在国内各行

4、各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它们只能适应一般温度系统控制,而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。 温度测量报警系统有很大的发展空间,国内也在这方面投入大量的人力物力进行新产品的研发。比如国内非典时期用的红外温度测量报警装置,就是温度测量系统发展到现在的一个代表性的产物。温度测量报警系统在生活中有中药的意义。 现在温度测量报警领域正在蓬勃快速的发展,各国都在进行着各项测试

5、研究,以更好的检测温度,进行控制,让人类能更好的生活、工作和学习。另外,温度测量控制领域也在不断的扩大,很多国家也共同合作,在共同研制仪器,去进行温度测量控制,温度测量控制这项研究也正在想全球化发展。 在实际的温度控制系统中,多采用热敏电阻器或热电偶测量温度。这种温度采集电路有时需要冷端补偿电路,这样就增加了电路的复杂性,而且该种电路易受干扰,使采集到的数据准确性不高。随着微电子技术、单片机技术、传感器技术的不断发展,为温度控制系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。本文设计了一种基于AT89C51 单片机与DS18B20 的温度控制系统。该设计通过AT89S52 单

6、片机驱动数字温度传感器DS18B20,进行温度数据采集、读取、处理,并通过数码管显示出来。同时,扩展电路以后,也可通过RS-232 串行口与PC 机连接,将数据传送至PC 机系统,从而方便温度数据传输和统计工作。该系统还可扩展成为多点温度采集系统、温度远程监控系统等。1.3.2 总体方案介绍 本系统以AT89S52单片机作为主控系统,利用DS18B20数字温度传感器作为温度传感器件。通过四位八段共阳极数码管作为显示器件,通过单片机控制继温度显示温度。 方案一:考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,感温电

7、路比较麻烦,进行A/D转换,才可以满足设计要求。 方案二:由于本设计是测温电路,首先要选用高性能的AT89C51单片机,保证在恶劣的工业环境下能正常运行。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。测温传感器使用二极管结电压变化的数值来转化成温度的变化,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。 从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。 考虑到方案中制作数

8、字温度计,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89C52,温度传感器采用DS18B20,用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 图1 温度计电路设计总体设计方框图1.3.3 工作原理说明 温度控制系统采用AT89S52八位机作为微处理单元进行控制。温度传感器把采集的信号传送给单片机里。 根据系统的设计要求,选择DS18B20作为本系统的温度传感器,选择单片机AT89S52为测控系统的核心来完

9、成数据采集、处理、显示功能。选用数字温度传感器DS18B20,省却了采样保持电路、运放、数模转换电路以及进行长距离传输时的串并转换电路,简化了电路,缩短了系统的工作时间,降低了系统的硬件成本。 该系统的总体设计思路如下:温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89S52单片机上,经过52单片机处理,将把温度在显示电路上显示,本系统显示器为四位八段共阳LED。检测范围0摄氏度到99摄氏度。2 设计课题硬件系统的设计2.1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍2.1.1 AT89S52简要介绍 中央微处理器 AT89S52: AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k

10、 Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及89S52引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,

11、2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。此外,AT89S52设计和配置了振荡频率,并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。AT89S52单片机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要,同时也考虑到设计成本与整个系统的精巧性,所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的AT89S52单片机作为整个系统的控制器。 89S52的引脚排列请参见图2。图2 89S52引脚 信号引脚介绍P

12、0.0 P0.7: P0口8位双向口线。P1.0 P1.7 :P1口8位双向口线。P2.0 P2.7 :P2口8位双向口线。P3.0 P3.7 :P3口8位双向口线。:访问程序存储控制信号。当信号为低电平时,对ROM的读操作限定在外部程序存储器;而当信号为高电平时,则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延至外部程序存储器。RST:复位信号。当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平即为有效,用以完成单片机的复位初始化操作。XTAL1和XTAL2 :外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时,此二引线端用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。P3口的第二功能P3口

13、的8条口线都定义有第二功能,详见表1。表1 P3口的第二功能引脚第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2外部中断0申请P3.3外部中断1申请P3.4T0定时器/计数器0的外部输入P3.5T1定时器/计数器1的外部输入P3.6外部RAM写选通P3.7外部RAM读选通2.1.2 DS18B20简要介绍 DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。 TO92封装的DS18B20的引脚排列见下图,其引脚功能

14、描述见表2。(底视图)图3 DS18B20引脚图表2 DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时此引脚必须接地。DS18B20的性能特点如下:独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;无须外部器件;可通过数据线供电,电压范围为3.05.5;零待机功耗;温度以9或12位数字;用户可定义报警设置;报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;负电压特性,电源极性接反时

15、,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作; DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图4所示。I/OC64位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd图4 DS18B20内部结构 64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有48位,最后8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器和,可通过软件写入户报警上下限。 DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速

16、暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图2-11所示。头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节和的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图2-11所示。低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。因此,在实际应用中要将分辨率和转换

17、时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC图5 DS18B20字节定义 当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625LSB形式表示。 当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S=1时,表

18、示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。表3是一部分温度值对应的二进制温度数据。表3 DS18B20温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750 DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。若TH或TTL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。 在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。主机ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,

19、以判断主机收到的ROM数据是否正确。 DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。表4一部分温度对应值表 温度/二进制表示十六进制表示+1250000

20、0111 1101 000007D0H+850000 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 减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲

21、信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。 另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为:初使化DS18B20(发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。2.1.3 硬件系

22、统各模块功能简要介绍(1) DS18B20测温电路 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。 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。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据,因此,对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序:初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备,

23、单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始,如果要求单总线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的复位时序 图6 DS18B20复位时序 DS18B20的读时序 对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。 对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后,在15秒之内就得释放单总线,以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60us才能完成。图7 DS18B20读时序 DS18B20的写时序 对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写

24、1时序两个过程。 对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,单总线要被拉低至少60us,保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15us之内就得释放单总线。图8 DS18B20写时序DS18B20有六条控制命令,如表5所示:表5 DS18B20控制命令指    令 约定代码 操      作    说      明 温度转换 44H 启

25、动DS18B20进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节 复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU CPU对DS18B20的访问流程是:先对DS18B20初始化,再进行ROM操作命令,最后才能对存储器操作,数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程,根据DS18B20的通讯协议,须经三个

26、步骤:每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。 18B20的测温电路如图9所示:图9 18B20测温电路 其主要功能是由DS18B20从外界采集到温度信号送到单片机中,由单片机来完成信号的处理。(2) 单排插电路 单排插电路主要由四个单排插组成,其主要功能就是为单片机的扩展预留的接口。在本次设计之前就已经制作了一个单片机最小系统,而本次制作的数字温度计,其温度传感器就是靠单排插将测温电路引到单片机的P3.0口的。单排插电路如图10所示:图10 单排插电路(3) 独立键盘电路 独立键盘一共有八个按键,每

27、一个按键占用一根T/O口线。当按下和释放按键的时候,输入到单片机I/O口的电平是不一样的,因此可以根据不同端口的电平变化判断是否有按键按下以及是哪个按键按下。 独立式键盘的优点是按键电路配置灵活,软件结构简单。其缺点是每一个按键都要占用一根I/O口线,当按键较多的时候,就不再适用了。独立键盘的电路如图11所示:图11 独立键盘电路(4) 流水灯电路 流水灯电路主要由八个二极管以及电阻组成。其功能根据不同的需要而定。在本次设计中并没有用到。其电路如图12所示:图12 流水灯电路(5) 下载口电路 下载口电路主要是让编辑好的程序下载到单片机中去。其电路如图13所示:图13 下载口电路(6) 蜂鸣器

28、电路 蜂鸣器电路的主要元件就是一个蜂鸣器,其可以作为各种功能的提示或者报警。其电路如图14所示:图14 蜂鸣器电路(7) 晶振电路 时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号,而时序所研究的是指令执行中各地信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。单片机的时钟电路, 一般电容C1,C2取30pF左右,本次设计中电容取33pF。晶体的振荡频率范围是1.2MHz12 MHz 。晶体振荡频率高, 则系统的时钟频率也高, 单片机运行速度也就快。MCS-51在通常应用情况下,使用振荡频率为的6MHz或12MHz

29、。本次设计采用12MHZ的晶振。 其电路如图15所示:图15 晶振电路(8) 电源电路 电源电路为单片机工作提供电源,并有一个二级管作为是否接通电源的显示灯。其电路如图16所示:图16 电源电路(9) 复位电路 单片机复位的条件是:必须使RST/VPD 或RST引脚加上持续二个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。 本次设计采用按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外,若要复位,只需按图17中的S1,此时电源VCC经电阻R1、R2分压,在RET端产生一个复位高电平。图17 复位电路(10) LED显示电路 本次设计的显示电路采用四位八段共阳极LED作为显示元件。而显示原理是采用的动态显示。 L

30、ED特性如下:导体发光二极管(LED)作为第三代半导体照明光源。这种产品具有很多梦幻般优点:a.光效率高:光谱几乎全部集中于可见光频率,效率可以达到 80%-90%。而光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。b.光线质量高:由于光谱中没有紫外线和红外线,故没有热量,没有辐射,属于典型 的绿色照明光源。c.能耗小:单体功率一般在0.05-1w,通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要,浪费很少。以其作为光源,在同样亮度下耗电量 仅为普通白炽灯的1/8-1/10。d.寿命长:光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。一个半导体灯正常情况下可以使用50年,即使长命百岁的人,一 生最多也就用2

31、只灯。e.可靠耐用:没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件,非正常报废率很小,维护费用极为低廉。f.应用灵活:体积小,可以平面封装,易 开发成轻薄短小的产品,做成点、线、面各种形式的具体应用产品。g.安全:单位工作电压大致在1.5-5v之间,工作电流在20-70mA之间。h. 绿色环保:废弃物可回收,没有污染,不像荧光灯一样含有汞成分。i.响应时间短:适应频繁开关以及高频运作的场合。 显示电路如图18所示:图18 LED显示电路(11) 单片机控制系统 单片机控制系统就是AT89S52,是整个工作电路的核心。其电路图19如所示:图19 单片机控制系统2.2 设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图各

32、1份 见附录A2.3 设计课题元器件清单表6 元器件清单名称参数数量数码管4位一体2下载口普通插座40PIN1按键8三极管PNP9USB供电线1晶振12MHZ1电容30pF2极性电容22pF1芯片AT89S521发光二极管9六角开关1电阻1K3电阻2001电阻47016电阻4.7K1温度传感器DS18B2013 设计课题软件系统的设计3.1 设计课题使用单片机资源的情况 本次课程设计中使用单片机的资源如下:使用晶振为12MHz;P0口输出数码管段选信号,P2口输出数码管位选信号,P3.0口输入温度信号。系统复位键S1:RESET;78H7FH为显示缓冲单元;20H为键值存放单元;堆栈栈底为30

33、H。3.2 设计课题软件系统各模块功能简要介绍(1) 主程序 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度。 (2) 读出温度计程序 读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。(3) 温度转换命令字程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms,在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。(4) 计算机子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算。 (5) 显示数据刷新

34、子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作,当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。3.3 设计课题软件系统程序流程框图(1) 主程序流程框图 主程序流程框图如图20所示: 初始化 调用显示子程序 1S到? 初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNY图20 主程序流程框图(2) 温度转换命令字程序流程框图 温度转换命令字程序流程框图如图21所示:发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令 结束图21 温度转换命令字程序流程框图(3) 读出温度计程序框图读出温度计程序框图如图22所示:Y发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发

35、读取温度命令读取操作,CRC校验9字节完?CRC校验正确? 移入温度暂存器 结束NNY 图22 读出温度计程序框图(4) 计算机子程序流程框图 计算机子程序流程框图如图23所示:开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束置“+”标志NY图23 计算机子程序流程框图(5) 显示数据刷新子程序流程框图 显示数据刷新子程序流程框图如图24所示:温度数据移入显示寄存器十位数0?百位数0?十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据(不显示符号)结束NNYY图24 显示数据刷新子程序流程框图3.4 设计课题软件系统程序清单 见附录B4 设计结论、仿真结果、误差分析、

36、教学建议4.1 设计课题的设计结论及使用说明4.1.1 设计课题的设计结论 本系统的设计,是为了保证某特定环境温度维持在设定的范围内,以保证工作系统在稳定的状态下工作。本系统的设计成本很低,总成本不超过50元人民币。如果采用大批量生产的话,生产成本会更低。在市场上的温度自动控制系统的价格在百元人民币以上。对于本系统的使用者来说,本系统能够很稳定的控制温度而且稳定性很高。只要配上适当的温度传感器,这个系统便还可以实现很多领域的温度自动控制。这对于提高系统的利用率,避免重复设计有很大的帮助的。在本系统的作用下,可以为工作系统提供一个良好的环境,使产品的数量和质量有很大的提高。使得产品的生产成本降低

37、,从而使系统的使用者获得的利润提高了。 此外,本设计是以AT89S51为核心,利用软硬件相结合的自动控制的典型例子。在单片机自动控制已经广泛的应用于人们的生产和生活的今天,传统用模拟电路来控制温度的做法,已经逐渐被淘汰。这个系统的实现,改变了传统的温度控制方法,为温度的控制开辟了一条新的道路。根据我国的科技和工业水平,这个系统的设计是符合工业生产的需要。实现我国的工业化,自动控制是其中的一个重要目标,自动控制系统正广泛的应用于工业生产和人们的日常生活。本系统的设计成功知识实现自动控制的“冰山一角”,但它为以后更加智能化、人性化的自动控制系统的设计,作了铺垫。因此这种系统的设计具有比较好的社会效

38、益。 这是设计是我第一次靠用所学的专业知识来解决问题。检查了自己的知识水平,使我对自己有一个全新的认识。通过这次毕业设计,不仅锻炼自己分析问题、处理问题的能力,还提高了自己的动手能力。这些培养和锻炼对于我们这些即将走向工作岗位的大学生来说,是很重要的。 通过分析表明:本系统是一个性价比比较好的系统,不论对于生产者还是使用者来说,它都可以带来好的经济效益。4.1.2 使用说明 此次设计的数字温度计使用非常简单,其只有两个按键,一个是复位键,一个是开始工作键。在开启数字温度计后,先按复位键,然后再按开始工作键。当温度计出错时,只需再按复位键和开始工作键即可。4.2 设计课题的实物结果复位功能如图2

39、5所示:当硬件上电或者按下复位键后,LED数码管会显示“P.”图25 数字温度计的复位功能工作状态如图所示:按下工作键后,整个硬件便开始工作,LED数码管显示测取的环境温度。图26 工作状态1当环境温度发生变化时,LED数码管显示温度也开始相应的变化。图27 工作状态24.3 设计课题的误差分析 在硬件电路中间所用到的电阻电容等器件,肯定存在一些与标定值不一致的误差。而我在性能测试时,用制作的温度计和已有的成品温度计来同时测量比较,由于DS18B20的精度很高,所以误差指标可以限制在0.1以内,另外-55+125的测温范围使得该温度计完全适合一般的应用场合,其低电压供电特性可做成用电池供电的手

40、持电子温度计。 在DS18B20测温程序设计中,向DS18B20发出温度转换命令后,程序总要等待DS18B20的返回信号,一旦某个DS18B20接触不好或断线,当程序读该DS18B20时,将没有返回信号,程序进入死循环,所以我在进行DS18B20硬件连接和软件设计时给与了一定的重视。4.4 设计体会4.4.1 设计体会 本设计温度传感器DS18B20外形像一个小三极管,硬件连接非常简单,应用非常方便。它不仅能测量温度,而且也是一个A/D转换器,它能将测得的温度信号直接转换成数字信号输入到单片机。硬件开销较小,相对需要复杂的软件进行补偿,DS18B20软件编程比较复杂,但是可以把复位、读和写3个

41、基本操作的子程序看成是3个固定的基本模块。总之,设计中使用的温度控制器结构简单、测温准确,具有一定的实际应用价值。本设计只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例,还有许多需要完善的地方,例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接,以手机短消息的方式发送给用户,使用户能够随时对温度进行监控。此外,还能广泛地应用于其他一些工业生产领域,如建筑,仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合,像的温度、育婴房的温度、水温的控制等。 在此次设计之前,由我院安排,已经制作了一个单片机最小系统,方便了此次的课程设计。本人的数字温度计在硬件电路上只是加入了DS18B20的测温电路。而此次课程设计的重

42、点是在软件的设计上。这也是本人本学期的一个疏忽,对编程的理论学习不够到位,导致了在课程设计过程中陷入种种困境。相信通过本次实践,我会更加注重理论的学习,并及时将理论应用到实际之中。4.4.2 教学意见凌老师,在您带领下,经过这一个学期的学习,我受益良多。斗胆在这里提几点意见。我很钦佩您的教学理念,并且认为这是正确的,但是,正确并不代表这条路好走。我们都知道,中国当代的教育问题是一个很严重的问题,有现实客观的原因,也有主观的原因。西方的教育,就相当于水稻的精耕细作,而我们现在的教育,不管是小学、初中、高中、大学,都是相当粗糙的。就像是种子,大把大把的撒下去,最后长成什么样子,就看自己了。此外,我

43、们普遍缺少一个在身边循循善诱的良师。不是没有良师,而是双方都不够主动。现在的大学生,生活和学习缺少目标,日子颓废。真正能够达到本科生标准的,我觉得人数不多。更加奇怪的是,我们明明知道自己的惰性,却不会去用全力改变自己。我觉得需要老师的悉心引导。您提倡主动学习,我觉得需要具备,两点条件:(1) 对所学的东西有兴趣。(2) 有老师的循循善诱。包括学习上和生活上的。而第二条的重要性高过第一条。大学的学习,就像您说的,不可能学到很多,只是在我们的心中埋下一颗种子,日后需要用到得时候,心中有一个方向。我暂且就只能想到这么多,再次谢谢凌老师一个学期的教导。结束语 经过这段时间的努力,终于完成了我的DS18

44、B20数字温度计的设计,从心底里说,还是非常开心的。在本次设计的过程中,在硬件电路制作阶段,我到图书馆、网上查阅各种资料,在电脑上使用PROTEL99SE进行以及相关的绘图软件,使自己在理论分析设计和动手操作能力等各方面得到了极大提高。我发现很多问题,虽然以前也做过这样类似的设计但这次设计真的让我长进了很多,单片机课程设计重点就在于软件算法的设计,需要有很巧妙地程序算法,我觉得写好一个程序并不是一件简单的事。这次设计整体来说是成功的,但我也发现了自己许多错漏和不足之处。譬如,应该尝试加一个报警电路和用液晶显示器,使电路变得跟完美。我真真正正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的

45、理论知识用到实际当中,学习单片机更应该这样,程序只有在经常地写与读的过程中才能提高,这就是我在这次设计中的最大收获。致 谢紧张充实的毕业设计就要结束了,这个学期也到了尾声。回想起以往的美好时光,此时感慨万千,首先感谢指导教师凌老师在课程设计中对我的帮助,鼓励和精心指导,凌老师治学严谨,学识渊博,思想深邃,视野雄廓,关键是指导有方严格我们要求,为我营造了一种良好的精神氛围。置身凌老师的指导过程中,不仅我的思想观念焕然一新,也改善了我的思考方式,而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。其严以律己,宽以待人的崇高风范,朴实无华、平易近人的人格魅力,令我如沐春风,倍感温馨。一股暖意细水长流,源自内心

46、而又沐润全身,微言寸语岂能祥诉感激之情,只好铭记心中,唯有虔诚的祝福导师合家欢乐,一生平安。同时,也将祝福送给每一位帮助我的师长。同时感谢我的同学在我的课程设计过程其中对我莫大的鼓励。在课程设计的过程中与老师和同学们的点点滴滴,你们给与我的种种帮助,使我得以今天能顺利完成课程设计谢谢你们,我所有的老师与同学。最后衷心的祝愿你们工作顺利、家庭幸福、身体健康!谢谢!参考文献1朱月秀,李广弟,冷祖祁.单片机基础M.北京:北京航空航天大学出版 社,1994.1260 Zhu Yuexiu,Li Guangdi,Leng Zuqi.MicrocontrollerbasedM.Beijing:TheBei

47、jing university of aeronautics &astronautics press,1994.12602陈明.protel 99se原理图与pcb设计教程M.北京:机械工业2006.2056 Chen Ming.Protel99se principle diagram and PCB designcourseM.Beijing:China Machine Press,2006.20563阎石.数字电子技术基础(第四版)M. 北京:高等教育出版社,1997.1230 Yan Shi.Digital electronic technology foundation (th

48、e fourthedition) M.Beijing:Higher Education Press ,1997.12304王恩荣.MCS-51单片机应用技术M.北京:化学工业出版社,2001.2748 Wang Enrong.MCS - 51 single-chip microcomputer application technology M.Beijing: Chemical Industry Press ,2001.27485黄河,郭纪林.单片机原理及应用M.大连:大连理工大学出版社,2006.1739 Huang He,Guo Jiling.Fundamentals of Mono-Ch

49、ip ComputersM.Dalian: Dalian University of Technology Press ,2006.1739 附件毕业学位论文结构与格式规范 毕业学位论文是一种严肃的科学研究文体,其逻辑结构与写作格式必须要符合学术的规范化要求。毕业学位论文必须是作者在充分占有第一手研究资料的基础上的实证的原创性研究,综述和思考感想之类不能作为毕业学位论文。学士毕业论文字数要求10000字以上,硕士毕业论文字数要求30000字以上。一、论文的基本结构毕业论文通常由论文标题、作者署名、原创性声明、摘要、关键词、正文(包括引言、本论、结论)、鸣谢、参考文献、注释、附录等部分构成。(一

50、)标题 标题即文章的题目,标题通常概括性地表达了文章的主题。标题的主题要明确、严谨、简练,最多不超过20个字。一篇论文只能有一个主题,一般不设副标题。(二)作者单位和署名 作者是论文的创作者,是著作权和文责自负的标志。毕业论文要求一人一题。导师指导的论文应同时标明由谁指导。单位名称要署全称(含大学名称、学院名称、专业名称),不能省写。 (三)论文内容目录 目录是为了让读者在阅读论文前,对整个文章的内容与结构有一个大概的了解和初步的印象。在封面后必须要有目录并独占一页。硕士论文和博士论文的目录要列出章、节以及一、二级观点,本科毕业论文的目录不用章节标注,只用中文序号标注到二级观点即可,目录页中要

51、标明相应的页码。 (四)摘要 摘要就是对论文内容的概括性陈述,一般包括研究课题和撰写论文的目的、研究对象与方法、研究结果和结论等。本科论文摘要一般在200-300字,硕士论文摘要字数为800-1000字。英文摘要可以是中文摘要的翻译,也可以是意译。 (五)关键词 关键词又叫主题词,是从论文中选出的最能代表论文中心内容特征的名词和术语。关键词一般为3-5个,每词间要用空格间隔开。 (六)引言 写引言,目的在于引出论题。引言主要说明本课题的缘由、任务及预期达到的目标。有时,作者还可以把国内外同行对本课题研究情况略作回顾和展望,指出存在的问题,从而说明本课题研究的必要性和创新性。引言应写得言简意赅,

52、一般在200-500字内。 (七)研究对象与方法 介绍纳入本研究对象或数据的来源、选择标准、原因、数量、分布;介绍研究的方法有哪些?自己作了何种改进?常见的方法有问卷调查、现场访谈、文献研究、实验研究、数学模型等。如有计量研究就应介绍所使用的统计学方法和软件。 (八)研究的结果 习惯上用表格将研究的结果表达出来,研究结果的表达一般与调查研究或实验研究的要点相对应起来,分点或分图表进行表述。在这一部分作者只需要客观地表达研究数据和结果,无需加以分析和评价。 (九)分析与讨论讨论主要是针对研究结果所进行的充分的、全面的分析和有说服力的论述,提出自己有创见性的见解。一般包括对研究结果原因的解释、与国内外同类研究结果的比较、有什么新的发现等。(十)结论结论又叫结束语,是作者对论文全文的论点作总结性的说明。一般包括本研究得出的主要观点、强调自己的新发现和重要论点、及有待进一步研究的内容或方法改进等。(十一)建议作者可就研究现象的某些问题和需要改进的方面,提出如何改进的措施和思路。这一部分并非每篇论文都需要。 (十二)鸣谢 鸣谢主要是作者对在课题研究和写作过程

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