基于单片机与PC机串口通信的温度记录仪毕业设计

1、福建工程学院国家脉搏信息学院毕业设计(论文):班：设计课题：基于单片机的低功耗温度记录仪学名：学号：起止日期：设计地点：教师： 2011年3月25日基于单片机的低功耗温度记录仪设计1本文介绍了一种基于AT89C51单片机与PC机串行通信的温度控制系统，该系统以单片机为下位机PC机作为上位机接收单片机发送的数据，对数据进行处理，并向单片机发送控制命令。四合一公共阴极数码管实时显示当前温度。PC机与单片机之间的串行通信可以实现温度检测和人机友好的数据采集和处理界面。该设计充分利用了PC机VB6.0软件强大的数据处理功能和友好的人机界面，实时显示温度曲线。该设计由硬件和软件组成。通过系统软硬件的合理

2、规划，发挥了多系统功能单元的单片机自一体集成的优势，在不减少功能的情况下有效降低了成本，同时实现了低功耗运行，系统操作简单，结构简单，抗干扰能力强，适用于恶劣环境下的现场温度测量，具有广阔的应用前景。关键词：AT89C51单片机、PC机、串行通信、数据采集与处理2。随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们的生活、工作、科研等各个领域，并且已经成为一项比较成熟的技术。温度是工业生产中的主要控制参数之一。一些工艺过程的温度控制效果直接影响产品质量。许多化学反应的工艺过程只能在适当的温度下正常进行。在炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下分馏，以获得汽油、柴油、煤油和其他产品。没有合适的

3、温度环境，许多电子设备无法正常工作。例如，水银温度计或电子温度计通常在临床上用于测量患者服药前后的体温，并手动记录结果。这种传统的方式给病人带来很多不便，也增加了护理工作量。更缺乏的是测量时间间隔不够短。在气温变化率高的情况下，容易造成治疗不当或不足，无法达到最佳的疾病控制和治疗效果。传统的温度记录仪通常采用手工记录或普通记录仪用墨水在记录纸上绘制曲线，体积大、精度低、易被墨水堵塞、费时费力。无纸温度记录仪已经生产出来，由于其更精确的数据记录、更方便的数据存储和更方便的数据分析功能，其市场份额逐年飙升。近年来推出的具有usb接口的无纸记录仪极大地方便了数据的下载和存储。因此，可以看出设计一个能

4、够测量温度并自动记录数据的温度记录仪是多么重要。单片机产品的外围元件很少，但可以实现的功能非常广泛，广泛应用于工业、农业等领域。同时，该电路是用单片机专门设计的。单片机发展的三个阶段：(1)第一阶段(1976-1978):单片机的电缆控制阶段。由英特尔的MCS-48代表。MCS-48是工业控制领域中的一种控制电缆。参与此控制电缆的公司包括摩托罗拉、Zilog等。取得了令人满意的效果。这是单片机诞生的时代，“单芯片”一词由此而来。(2)第二阶段(1978-1982)是单片机的完善阶段。英特尔公司推出了一款基于MCS-48的完整而典型的单片机系列MCS -51。它在以下几个方面建立了典型的通用总线

5、型单片机体系结构。(1)性能中央处理器外围功能单元的集中管理模式。(3)体现工业控制特征的位地址空间和位操作模式。(4)指令系统趋于丰富和完善，增加了许多突出控制功能的指令。(3)第三阶段(1982-1990):8位单片机的巩固和发展以及16位单片机的引入也是单片机向微控制器发展的阶段。英特尔公司推出的MCS-96系列单片机包括一些模数转换器、程序操作监视器、脉宽调制器等。用于测量和控制系统。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机经常被用作核心部件。仅有供应链管理的知识是不够的。针对具体应用对象的特点，应根据具体的硬件结构和软件组合进行完善。DS18B20是美国达拉斯公司生产的数字温度

6、传感器芯片。它具有结构简单、体积小、功耗低、抗干扰能力强、使用方便的优点。本文设计的温度控制系统采用单片机作为温度控制器，采用数字温度传感器DS18B20。单片机通过MAX232串口与上位机通信，实时采集、显示和处理测试点的温度。3，目录1，摘要.正文7 4.1.1，设计目的7 4.1.2，系统实现功能7 4.1.2，系统总体方案设计8 4.2.1，系统总体设计框图8 4.2.2，系统硬件设计8 4.2.3，系统软件设计方案8 4.3，系统模块设计9 4.3.1，微控制器最小系统9 4.3.2，显示电路11 4.3.3，串行通信电路13 4.3.4，DS18B20温度传感器电路13 4.3.5

7、.感谢20 7参考文献21 8附录22附录1。系统总体电路图如下：附件2，单片机程序，附件3，PC机程序，正文(4.1设计目的和系统实现功能要求，4.1.1设计目的：(1)了解电子系统的设计方法，巩固和提高所学的基础理论和专业知识；(2)学习DS18B20数字温度传感器的温度测量原理，(3)掌握串行通信协议及其编程方法，(4)增强对单片机的理解，掌握分析和处理问题的方法，开展调试和计算等基本技能的培训，达到一定的实际工作能力。(5)学会使用Protel99se绘制电路原理图和印刷电路板图。(6)学习使用PSPICE、Multisim 8等仿真软件进行电路设计和仿真。4.1.2。系统实现功能：1

8、。内容和要求：基于单片机的低功耗温度记录仪的研究，它能以一定的时间间隔连续记录系统温度，并提供通信接口将温度数据上传到PC机。用VB/VC/DELPHI编写PC机示例程序。2.主要技术指标：(1)温度测量范围为0-70，系统实现低功耗运行；(2)温度记录的数量不得少于200个；(3)提供PC机通讯接口；(4)上位机软件实现了温度数据的分析、统计和处理；4.2系统总体方案设计4.2.1。系统总体框图如下：AT89C51 PC RS232数码管显示恒压电源晶振电路复位电路DS18B20温度传感器系统总体框图4.2.2系统硬件设计方案：1。利用AT89C51自身强大的功能和良好的可扩展性，加上四合一

9、数码管和按键等外围电路，可以构建一个适合本实验的小型系统。因此，设计过程大大缩短，设计重点是温度检测单元和串行通信协议。2.PC机提供的COM1和Com2现在采用RS-232接口标准。RS-232使用正电压和负电压来表示逻辑状态，这不同于TTL关于逻辑状态由高电平和低电平来表示的规定。因此，为了能够与计算机借口或终端的TTL设备(如单片机)连接，必须转换RS-232和TTL电路之间的电平和逻辑关系。转换电路是一个芯片，兼容德州仪器公司推出的RS-232标准。该器件包括2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路，用于将瞬态电流检测/环境影响评估-232-F电平转换为5V TTL/CMOS电平。每

10、台发射机都将TTL/互补金属氧化物半导体电平转换为TIA/EIA-232-F电平。4.2.3系统软件设计方案：单片机软件设计单片机程序由主程序和中断子程序组成。主程序负责分析来自上位机的命令，执行读取温度值、存储温度值、输出控制等。中断服务程序只负责在单片机和上位机之间发送和接收数据。(2)上位机程序设计由单片机采集的测试点实时温度，通过MAX232传输到上位机。基于Visual Basic 6.0通信控件的Mscomm属性设置和事件响应，实现了与单片机的串行通信。上位机读取并显示温度传感器的64位激光只读存储器，完成实时温度数据显示、数据存储、曲线绘制和历史数据查询。在数据查询功能中，设计了

11、时间查询、温度查询等功能。4.3系统各模块设计：4.3.1微控制器最小系统(1)AT89C51引脚图如下：AT89C51封装引脚图引脚描述：电源引脚Vcc(40引脚):典型值5V。VSS(引脚20):低电平连接。(2)外部晶体振荡器X1和X2分别与晶体的两端连接。当使用外部时钟信号时，X2连接到振荡信号，X1接地。输入/输出端口引脚：P0端口：输入/输出双向端口。当制作输入端口时，软件应设置为“1”。P1端口：输入/输出双向端口。当制作输入端口时，软件应设置为“1”。P2端口：输入/输出双向端口。当制作输入端口时，软件应设置为“1”。P3端口：输入/输出双向端口。当制作输入端口时，软件应设置为

12、“1”。控制引脚：RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp构成MSC-51的控制总线。RST/VPD(引脚9):复位信号输入(高电平有效)。第二个功能：增加5V备用电源，保护内存信息在断电时不丢失。ALE/-Prog(引脚30):数据锁存信号输出。第二个功能：编程脉冲输入。-PSEN(引脚29):外部程序存储器读取选通信号。-EA/VPP(引脚31):外部程序存储器使能终端。第二个功能：编程电压输入(21V)。(2)单片机最小系统：单片机最小系统(3)复位电路：当单片机上电且振荡器运行时，只要RST引脚持续处于高电平的机器周期，系统复位就可以完成。外部复位电路旨在为内部复

13、位电路提供超过两个机器周期的电平。系统采用上电自动复位。电容器上的电压不能在上电时突然改变。RST上的电压是Vcc上的电压和电容上的电压之差，所以RST上的电压和Vcc上的电压相同。随着充电的进行，电容器上的电压持续增加，RST上的电压降低。只要RST引脚保持高于10ms的高电平，系统就会有效复位。电容c可以是1033uF，电阻r可以是1.2 10k。在该系统的设计中，c取10uf，R取10k。(4)振荡电路：XTAL引脚1和XTAL引脚2分别构成片内振荡器反相放大器的输入端和输出端，外部应时晶体振荡器或陶瓷晶体振荡器与补偿电容C1和C2为47uF构成并联谐振电路。当连接外部应时晶体振荡器时，电容器C1和C2被选择为30Pf10pF；当连接外部陶瓷振荡器时，电容C1和C2为47uF10uF。在系统中，外部功率C1和C2的大小会影响振荡器频率的稳定性、启动时间和温度的稳定性。在设计电路板时，晶体振荡器和电容应靠近单片机芯片，以减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠地工作。在硬件系统的设计中，为了保证串行传输波特率的误差，选用了11.0592兆赫的标准应时晶体振荡器，电容C1和C2为30pF。(3)将EA连接到高电平，并选择片上程序存储器。(4)单片机编程4.3.2显示