大工20春《单片机原理及应用》大作业计答案

大工20春《单片机原理及应用》大作业

计答案

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《单片机原理及应用》大作业

题目：基于单片机的温度采集系统设计学习中心：安

徽阜阳奥鹏学习中心

层次：专升本

专业：电气工程及自动化

年级：2019年春季

学号：

学生姓名:

基于单片机的温度采集系统设计

1、概述

考虑到性价比，开发工具等等，选择凌阳SPCE061A作

为主控制器。根据系统测量温度的关键是温度传感器，传感器

属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我

国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个

领域。

温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温

度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。目前

的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代

中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术

(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，

适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感器的要求

也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模

拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，

并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开

发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方

向迅速发展。

本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集

控制系统设计的基本流程Q本设计采用单片机作为数据处理与

控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，

把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上Q单

片机数据采集之后，通过进行温度数据的运算处理，将当前温

度信息发送到数码管进行显示。本系统可以实现多路温度信号

采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度

数据的运算处理，将实际温度值显示到数码管上Q

2、器件的选择

AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是

INTEL公司生产的MCS—51系列单片机中的基础产品，采用

了可靠的CMOS工艺制造技术。具有高性能的8位单片机，

属于标准的MCS-51的CMOS产品。片内含8Kbytes的可贩毒

擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数

据存储器（RAM）,器件兼容标准的MCS-51指令系统。片

内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。结合了

HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征。其具

有如下性质：

（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容

(2)4K字节可重擦写Flash闪烁存储器。

(2)寿命：1000写/擦循环G

(4)数据保留时间：10年。(5)全静态工作：0Hz-

24HzQ(6)三级

程序存储器锁定。(7)128*8位内部RAMo(8)32可

编程I/O线。

3、总体设计方案

3.1系统整体硬件电路

图1仿真总体电路图

3.2AT89S51简介

Max232串口芯片

AT89s52是89系列单片机的一种,它不A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8KB的程序存储器和

256B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6

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。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TL0DS18B20

支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55。0+125。0被测温

度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，在-10〜+85。（2范

围内,精度为±0.5。（2。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9~12位

的分辨率，精度可达±0.5。（2。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弓路。与前一代

产品（DS1820温度传感器）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85C。

根据实际应用情况，该温度显示模块采用二段数码管显示

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：

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。

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。

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。

3.3硬件电路设计及描述

硬件电路由：Dsl8b20,max232芯片，晶振，复位电路,

声光报警电路，8051单片机等组成。DS18b20详细引脚功能

描述：

外观图:

GND地信号。

DQ数据输入/输出引脚，开漏单总线接口引脚。当被用着

在寄生电源下时，也可以向器件提供电源。

V

DD

外接供电电源输入端。当工作于寄生电源时，此引脚必须

接地。

DS18B20读出的温度结果的数据为两字节，用16位符号

扩展的二进制补码读数形式提供°因此在系统中要将得到的温

度值数据进行格式转换才能用于显示°这两个数据格式如图所

示：

MSBLSB

SSSSS262524MSBLSB

23222122・12・22・32.4高8位中的高5位是符号位,表示是

零下还是零上Q

高8位中的低3位D6,D5,D4和低8位中的高4位D3,

D2,D1,D0构成温度的整数部分。低8位中的D—1,

D—2,D—3,D—4位温度的小数部分。

max232芯片,MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准

串口设计的接口电路，使用+5v单电源供电。在制作电路前我

们先来看看要用的MAX232,这里我们不去具体讨论它，只

要知道它是TTL和RS232电平相互转换的芯片和基本的引脚

接线功能就行了。通常我会用两个小功率晶体管加少量的电路

去替换MAX232,可以省一点，效果也不错。下图就是

MAX232的基本接线图。

图为MAX232

声光报警电路，可实现简易的发音功能，如图所示，

复位电路：复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处

于一个确定的初始状态，复位后计算机就从这个状态开始工作。

在复位期间，CPU并没有开始执行程序是在做准备工作。

无论是在在计算机刚上电时，断电后，还是系统出现故障

时都需要复位。MCS-51单片机的复位靠外部电路来实现，为

了确保复位，RST引脚上的高电平一般要维持大约10秒以上。

MCS-51单片机的复位原理也可分成上电复位和按键手动

复位两种，如图：A

上电复位电路，

B按键复位电路。

上电复位电路是利