单片机串口温度测量系统设计

1、设计任务书1.设计题目：基于串行口收发电路的温度测量单片机系统设计2目的意义：(1)综合运用并巩固所学单片机设计知识；(2)采用编程的方法实现基于串行口收发电路的温度测量单片机系设计。2、具体设计如上图，数字温度传感器采集数据后，经过信号调理电路，将数据送至AT89C51。此后 AT89C51 换算整理数据，将所算得的温度送至显示电路，或传送到 PC终端。按键模块可以实现对 AT89C51 的复位、总开关、串行口的开启等的控制。武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 2 -3、电子元器件的选择3、1 单片机的选择AT89C51是一种带 4K字节 FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带 2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000次。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3、2 串口通信元器件选择3.2.1 C51串行通信基本原理串行通信是一种能把二进制数据按位传送的通信，故它所需传输线条数极少，特别适用于远程通信之中。串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上,以每次一个二进制位移动的。它的优点是只需一对传输线进行传送信息,因此其成本低,适用于远距离通信;它的缺点是传送速度低。串行通信有异步通信和同步通信两种基本通信方式。同步通信适用于传送速度高的情况,其硬件复杂。而异步通信应用于传送速度在 50到 19200波特之间。是比较常用的传送方式。在异步通信中,数据是一帧一帧传送的,每一串行帧的数据格式由一位起始位, 58位的数据位,一位奇偶校验位(可省略)和一位停止位四部分组成。在串行通信前,发送方和接收方要约定具体的数据格式和波特率(通信协议)。串口通信示意图如下图所示。3.2.2 MAX232与 RS232MAX232 芯片简介MAX232芯片是 MAXIM公司生产的低功耗、单电源双 RS232发送/接收器。适用于各种 EIA-232E和 V. 28/V. 24的通信接口。MAX232 芯片内部有一个电源电压变换器,可以把输入的+5V 电源变换成 RS-232C输出电平所需10V 电压,所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V 电源就可以。武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 3 -MAX232外围需要 4个电解电容 C1、C2、C3、C4,是内部电源转换所需电容。其取值均为 1F/25V宜选用钽电容并且应尽量靠近芯片。C5 为 0. 1F 的去耦电容。MAX232的引脚 T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT 为接 TTL/CMOS电平的引脚。引脚T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN 为接 RS-232C电平的引脚因此 TTL/CMOS电平的T1IN、T2IN 引脚应接 MCS-51的串行发送引脚 TXD; R1OUT、R2OUT 应接 MCS-51的串行接收引脚 RXD。与之对应的 RS-232C电平的 T1OUT、T2OUT 应接 PC机的接收端 RD; R1IN、R2IN 应接 PC机的发送端 TD。 RS232简介RS232是个人计算机上的通信接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以 9个引脚 (DB-9) 或是 25个引脚 (DB-25) 的型态出现在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 RS-232标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232 标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用 150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为 15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是 RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于 15m以内的通信。同时 RS232是点对点（即只用一对收、发设备）的通信，因此PC机课直接对一个下位机进行远距离通信。3.3温度传感器的选择随着科技的发展，现在市场的温度的传感器种类越来越多，有数字传感器和模拟传感器。而模拟传感器需要信号放大电路、A/D 转换电路和采样保持电路，设计较为复杂，并且信号有时不稳定，因此我选择的是 DS18B20数字传感器，价格便宜，信号调理电路简单。本课程设计的传感器模块采用了 DS18B20芯片。传统的温度检测可以使用热敏电阻作为温度敏感元件，热敏电阻主要优点是成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，准确度和精度都较低。美国 Dallas公司最新推出的 DS18B20数字式温度传感器，与传统的热敏电阻温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式，可以分别在 93.75ms和 750ms内将温度值转化 9位和 12位的数字量。因而使用 DS18B20可使系统结构更简单，可靠性更高。芯片的耗电量很小，从总线上“偷”一点电存储在片内的电容中就可正常工作，一般不用另加电源。最可贵的是这些芯片在检测点已把被测信号数字化了，因此在单总线上传送的是数字信号，这使得系统的抗干扰性好、可靠性高、传输距离远。武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 4 -4、硬件设计4.1 DS18B20调理电路设计DS18B20和单片机之间的外围电路是很简单的，如下图示。系统有如下特点：（1）单线接口，只有一根信号线与 CPU连接单总线器件，具有线路简单，体积小的特点；（2）不需要备份电源，可通过信号线供电，电源电压范围从 3.35V；（3）传送串行数据，不需要外部元件；（4）温度测量范围从-55+125，-10+85时测量精度为0.5；（5）通过编程可实现 912?位的数字值读数方式（出厂时被设置为 12位） ；（6）零功耗等待；（7）现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，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。4.2串口收发电路设计如图所示，MAX232武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 5 -外围需要 4个点解电容 C1、C2、C3、C4，是内部电源转换所需电容。其取值均为1uF/25V。应尽量靠近芯片。C5 为 0.1uF的去耦电容。引脚 T 1 O U T、T2OUT、R1IN、R2IN 为接 RS-232C电平的引脚。在本系统中 TTL/CMOS电平的 T1IN引脚应接 MCS-51的串行发送引脚 TXD；R1OUT 应接 MCS-51的串行接收引脚 RXD，与之对应的 RS-232C电平的 T1OUT应接 P C机的接收端 RXD，R1IN 应接 PC机的发送端TXD。因为 MAX232具有驱动能力，所以不需要外加驱动电路。4.3显示接口本系统采用 8个 LED数码管为显示单元，其中 3个为温度数值，一个为温度单位。如图所示，驱动芯片采用 74LS245芯片。用来连接数码管和单片机，传输的是数码管的段选信号（我采用的是 8段数码管） 。74LS245 是我们常用的芯片，用来驱动 led 或者其他的设备，它是 8 路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245 还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时，必须接入 74LS245 等总线驱动器。当片选端/CE 低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当 CE 为高电平时，A、B 均为高阻态。由于 P2 口始终输出地址的高 8 位，接口时 74LS245 的三态控制端 1G 和 2G 接地，P2 口与驱动器输入线对应相连。P0 口与 74LS245 输入端相连,E 端接地，保证数据线畅通。8051 的/RD 和/PSEN 相与后接 DIR，使得 RD 和 PSEN 有效时，74LS245 输入（P0.1D1），其它时间处于输出（P0.1D1 ）。武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 6 -4.4按键接口本系统设置的按键接口包括 80C52复位，电路总开关，串行口通信控制。如下是复位控制图.如下式电路总开关。VCC 是各电路标号 VCC 是 5V电源信号。武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 7 -如下图是串行口控制开关。接 P3.5口，但开关不按下时保持通信，按下时关闭通信。5、软件设计5.1下位机程序流程图系统由 AT89S52单片机作为中央控制器,控制各功能模块的正常工作及数据的接收和处理。整个软件系统是这样来设计的：首先上位机编辑好源程序再转换为相应的可执行的二进制代码文件由编程下载电路传送到单片机中存储。通过按键来控制系统的功能，主程序的流程图如下图所示。 武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 8 -5.2上位机 PC部分软件设计上位机这部分，可以使用超级终端、VB、LABVIEW 等软件工具进行串口通信。在此介绍下 VB串口通信。在 VB中使用 MSComm控件。MSComm 控件具有功能完善的串口数据发送和接受功能，有两种处理通信的方式，即事件驱动方式和查询方式，事件驱动方式是利用 MSComm控件的 OnComm事件捕获并处理通信错误事件，是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法；查询方式是通过检查 CommEvent属性的值来判断事件和错误。几个重要属性：InputMode 确定 Input属性的类型，即什么形式读出所收的数据。Rthreshold 用于确定收到多少字符才产生 OnComm事件。Sthreshold 如果在发送缓冲区中的字符数由大于 Sthreshold变到小于Sthreshold时，将产生 OnComm事件。InBuffercount 用以告诉用户，已收到多少字节的数据。Settings 以字符串形式设置或返回串口的波特率、奇偶校验位。数据位长度。停止位。武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 9 -InBufferSize 和 OutBufferSize分别指定接收缓冲区和发送缓冲区的大小。1、原理图2、总程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int 武汉纺织大学机械工程与自动化学院 课程设计- 10 -sbit DQ=P24;unsigned char flag;uchar code scan8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;uchar code table13=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x40,0x39,0x00;uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09;uchar dispbuf8;uchar temper2;v