基于MCS—51系列单片机的温度采集系统设计.doc

基于MCS-51系列单片机的温度采集系统设计目录摘要.1Abstract.2前言.3第一章单片机概述及发展趋势.51.1单片机概述.51.2单片机发展趋势.6第二章方案设计与论证.72.1方案设计.72.2方案论证.8第三章系统硬件设计.93.1工作原理.93.2单元电路设计.103.2.1DS18B20与单片机接口电路设计.103.2.2键盘电路设计.213.2.3显示电路设计.223.2.4报警电路设计.223.2.5复位电路设计.233.2.6时钟电路.24第四章系统软件设计.254.1软件设计总体思路及主程序流程图.254.2测温模块流程图.264.2.1温度的采集.274.2.2多点温度的测量.274.3显示模块流程图.294.4键盘扫描流程图.29总结.31致谢.32参考文献.33附图.34附图1系统原理图.34附图2PROTEUS仿真图.35附图3PCB电路板图.36第1页共36页摘要本课题主要介绍的是基于89S51单片机和DS18B20数字温度传感器的多点温度测量系统。该系统利用89S51单片机分别采集各个温度点的温度，实现温度显示、报警等功能。它以89S51单片机为主控制芯片，采用数字温度传感器DS18B20实现多路温度的检测，测量精度可以达到0.5。该系统采用4位LED数码管作为显示器，形象直观的显示测出的温度值。本文首先在前言中介绍了此系统的背景以及功能。第二章确定设计方案。在第三章论述了总体的设计过程，确定了技术指标及器件的选择并且描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性。第四章重点剖析了软件设计的过程。最后一章中具体论述了系统的调试软件及调试中出现的问题。基于89S51单片机的单总线多点温度测控系统具有硬件组成简单、多点温度检测、读数方便、精度高、测温范围广等特点，在实际工程中得到广泛应用。关键词：89S51单片机，数字温度传感器，单总线第2页共36页AbstractTheproblemintroduces89S51monolithicmachineandtheDS18B20figuretemperaturesensor-basedmultiplespottemperaturemeasurementsystemmainly.89S51singlechipusingthesystemwerecollectedatvarioustemperaturesofthetemperature,temperaturedisplayandalarmfunctions.It89S51MCU-basedcontrolchip,digitaltemperaturesensorDS18B20therealizationofmulti-channeltemperaturedetection,measurementaccuracycanreach0.5.Thesystemuses4sectionsofnumericalcodetubesliquidcrystaldisplaymodules,4sectionsofnumericalcodetubesasadisplay,thedisplayofvisualimagestomeasurethetemperature.Thisarticlefirstdescribedintheintroductionofthissystem,aswellasbackgroundfeatures.Thesecondchaptertodeterminethedesign.Inthethirdchapterdiscussestheoveralldesignprocesstodeterminethetechnicalspecificationsandthechoiceofdeviceofdevicesandadescriptionofthehardwarecircuitdesign,hardwaredesignanddiagramusedinavarietyoffeaturesandfunctionsofthechip.ChapterIVanalyzesthekeysoftwaredesignprocess.Thefinalchapterdiscussesthespecificsystemdebugginganddebugsoftwareproblem.89S51singlechipbasedonsingle-busmulti-pointtemperaturemeasurementandcontrolsystemwithsimplehardwarecomponents,multi-pointtemperature,easyreading,high-accuracy,widetemperaturerange,andothercharacteristicsoftheactualprojectsarewidelyused.Keywords:digitaltemperaturesensor,89S51singlechip,single-bus第3页共36页前言21世纪，科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的一个主流，广泛地深入到研究和应用工程的各个领域。温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响，因此对温度的测量至关重要。其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。分布式温度传感器在电力工业、煤矿、森林、火灾、高层建筑、航空、航天飞行器等有着重要的应用前景，引起研究人员的广泛关注。近年来，已经有不少分布式温度传感器的报道，包括基于光纤非线性效应的拉曼温度传感器等，但由于其昂贵的成本而无法得到广泛的应用。本设计使用了美国Dallas半导体公司的新一代数字式温度传感器DS18B20,它具有独特的单总线接口方式,即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器,从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点。工作时由控制信号进行具体测量点识别,这使得布线工作大大简化,可以方便地构成多传感器测量网络。此外与传统的热敏电阻传感器相比,DS18B20具有更高的测量精度。所以，相对于传统温度传感器而言,DS18B20数字温度传感器具有更高的经济性、灵活性、抗干扰性和精确度,在科学研究和生产实际中得到了广泛的应用。随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机来代替人工测量,第4页共36页这样既省时又省力。本设计是心AT89S51为单片机作为控制核心，提出了一种基于DS18B20的单总线多点温度测控系统，多个温度传感节点通过单总线与单片机相联形成分布式系统。单片机通过实时监控温度的变化，通过4位数码管显示各节点温度的数值，当温度值超出所设定的值时，报警器开始报警，从而实现对整个温度系统的管理和控制。这种分布式温度测量系统具有成本低廉、传感精度高、系统稳定、易于管理等优点。第5页共36页第一章单片机概述及发展趋势1.1单片机概述MCS-51是目前市面上用的人群最多，用的领域最多，是一款相当流行的单片机。单片微型计算机作为微型计算机的一个重要分支，应用广泛,发展迅速,已对人类社会产生了巨大的影响。尤其是美国INTEL与Atmel公司生产的MCS-51单片机，由于其具有集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉等优点，运用及其广泛。经众多国际大公司共同开发和支持，MCS-51T系列单片机以其品种最齐全、开发手段最丰富、技术资料和程序资源最完备等早早确立了其为工业控制标准单片机的地位。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。通过单片机系统的实时采集、实时决策和实时控制，使被控对象完成预定的任务，实现确定的功能。单片机系统和被控对象之间信息的交换输入（INPUT）和输出（OUTPUT）两种类型，前者在单片机系统数据采集时，将被控对象的信息经输入通道送入单片机系统；后者在单片机系统数据输出时，将单片机系统决策的控制信息经输出通道作用于被子控对象，用单片机控制的电路相对集成，硬件电路简单、实用、易于智能控制，改变其物理量。但程序较为复杂。第6页共36页1.2单片机发展趋势目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。随着时间的推移，计算机革命的完成，信息高速公路的飞速发展，我们的工业已经和自动化控制密不可分了。据统计，我国的单片机年容量已达13亿片，且每年以大约16%的速度增长,但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。这说明单片机应用在我国才刚刚起步，有广阔的前景。培养单片机应用人才，特别是在工程技术人员中普及单片机知识有着重要的现实意义。单片机是二十世纪七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块芯片内集成了计算机的各个功能部件，构成一种单片式的微型计算机。二十世纪八十年代以来，国际上单片机的发展迅速，单片机应用不断深入，新技术层出不穷。单片机的应用技术是一项新型的工程技术。其内涵随着单片机的发展而发展，而单片机的毕业设计不仅让我们明白了计算机硬件的一些知识，更让我们懂得了许多关于现在个人计算机中的许多原始的命令的完成原理。第7页共36页第二章方案设计与论证2.1方案设计方案一该案由单片机、模拟温度传感器AD590、运算放大器、AD转换器、4×4键盘、LCD显示电路、集成功率放大器、报警器组成。本方案采用模拟温度传感器AD590作为测温元件，传感器将测量的温度变换转换成电流的变化，再通过电路转换成电压的变化，使用运算放大器交将信号进行适当的放大，最后通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号，传给给单片机，单片机将温度值进行处理之后用LCD显示，当温度值超过设置值时，系统开始报警。如图1-1所示:图1-1方案一温度测量系统方案框图方案二该方案使用了AT89S51单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，采用多个温度传感器对各点温度进行检测，通过键盘模块对温度进行自动、手动设置，上、下限设置，超过其温度值就报警。显示电路采用4位数码管显示，使用9013三极管为中心组成的报警电路。如图1-2所示单片机LCD显示模块集成功放报警器键盘模块AD转换运算放大器模拟温度传感器