数字显示温度计 毕业设计.doc

华侨大学厦门工学院 课题名称： 数字显示温度计 设计时间： 2012年 12月 系 部： 电子信息工程系 班 级： 光电六班 姓 名： 陈 怡 雅 指导老师： 蔡 庆 森 一、设计任务目的随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。本文采用单片机来实现对温度的控制。它的主要组成部分有：at89s51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。通过测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，从而大幅提高了被控温度的技术指标。二、设计要求 正常工作温度范围： 560温度误差：1 三、 设计方案选取与论证方案论证方案比较，设计和论证1温度传感器的选择1.1 采用模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用ic。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。1.2 采用数字单片智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ate)的结晶。智能温度传感器的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).可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。测量温度范围为 -55+125，在-10+85范围内,精度为0.5。ds18b20的精度较差为0.2 。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。由于ds18b20将温度传感器、信号放大调理、a/d转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便，与ad590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用ds18b20。2 显示器的选择2.1 led显示器采用传统的七段数码led显示器。led虽然价格便宜，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被lcd所取代。2.2 lcd液晶屏采用lcd液晶屏进行显示。lcd液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码led显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。虽然lcd显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用lcd 作为显示器。3 单片机的选择3.1 采用凌阳单片机利用凌阳单片机有一定的好处凌阳的优势是硬件性能，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们没有系统的学习，这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上手，其价格也要比89s51昂贵一些，因此我们并没有将其作为首选。3.2 采用at89s51单片机51的优点是价钱便宜,i/o口多,程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。mcs51有极好兼容性所以用at89s51。原理框图系统基本方框图系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、led显示、温度传感器组成。1. 主控制器单片机at89c52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。2. 显示电路显示电路采用led液晶显示数码管，从p3口rxd,txd串口输出段码。显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3口的rxd,和txd,串口的发送和接收，四只数码管采用74ls164右移寄存器驱动，显示比较清晰。液晶显示接口电路3. 温度传感器温度传感器采用美国dallas半导体公司生产的ds18b20温度传感器。ds18b20输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，在0100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度，采用单总线的数据传输，可直接与计算机连接。用at89c52芯片控制温度传感器ds18b20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。获得的数据可以通过max232芯片与计算机的rs232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。温度传感器接口4、时钟振荡电路本课题设计的时钟是采用时钟芯片ds1302，其接口原理图如下图9所示：时钟接口电路单片机的基本结构89c52单片机的介绍89c52单片机最初是由intel 公司开发设计的，但后来intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 sst、philip、atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的。89c52有40个引脚，4个8位并行i/o口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。89c52的存储器系统由4k的程序存储器(掩膜rom)，和128b的数据存储器(ram)组成。 89c52单片机的基本组成框图见下图。 89c52单片机结构由图4-1可见，8051单片机主要由以下几部分组成：1. cpu系统- 8 -第4章 系统硬件设计 8位cpu，含布尔处理器； 时钟电路； 总线控制逻辑。2. 存储器系统 4k字节的程序存储器（rom/eprom/flash，可外扩至64kb）； 128字节的数据存储器（ram，可再外扩64kb）； 特殊功能寄存器sfr。3. i/o口和其他功能单元 4个并行i/o口； 2个16位定时计数器； 1个全双工异步串行口； 中断系统（5个中断源，2个优先级）。4.1.1 89c52单片机主要特性1. 一个8 位的微处理器(cpu)。2. 片内数据存储器ram(128b)，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，sst89 系列单片机最多提供1k 的ram。3. 片内程序存储器rom(4kb)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带rom/eprom，如8031，8032，80c31 等。目前单片机的发展趋势是将ram 和rom 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。sst 公司推出的89 系列单片机分别集成了16k、32k、64k flash 存储器，可供用户根据需要选用。4. 四个8 位并行io 接口p0p3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5. 两个定时器计数器，每个定时器计数器都可以设置成计数方式，用- 9 -电子科技大学成都学院课程设计以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如sst89e58rd 就有9 个中断源。7. 一个全双工uart(通用异步接收发送器)的串行io 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12mhz。sst89v58rd 最高允许振荡频率达40mhz，因而大大的提高了指令的执行速度。4.1.2 89c52单片机管脚图 89c52单片机管脚图部分引脚说明：- 10 -第4章 系统硬件设计1. 时钟电路引脚xtal1 和xtal2：xtal2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。要检查8051/8031 的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看xtal2 端是否有脉冲信号输出。xtal1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。1. 控制信号引脚rst,ale,psen 和ea：rst/vpd(9 脚)：rst是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将5v 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。rst 引脚的第二功能是vpd,即接入rst 端，为ram 提供备用电源，以保证存储在ram 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。ale/prog(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ale 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc 的1/6。cpu 访问片外存储器时，ale 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。平时不访问片外存储器时，ale 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ale 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ale端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。ale 端的负载驱动能力为8 个ls 型ttl(低功耗甚高速ttl)负载。此引脚的第二功能prog 在对片内带有4kb eprom 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。psen(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接eprom 的oe 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。psen 端有效，即允许读出epromrom 中的指- 11 -电子科技大学成都学院课程设计令码。psen 端同样可驱动8 个ls 型ttl 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后cpu 能否正常到epromrom 中读取指令码，也可用示波器看psen 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。ea/vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当ea 引脚接高电平时，cpu只访问片内eprom/rom并执行内部程序存储器中的指令，但当pc(程序计数器)的值超过0fffh(对8751/8051 为4k)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号ea 引脚接低电平(接地)时，cpu 只访问外部eprom/rom 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内rom 的8031 或8032,需外扩eprom，此时必须将ea 引脚接地。此引脚的第二功能是vpp 是对8751 片内eprom固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12v21v)的输入端。3. 输入/输出端口p0/p1/p2/p3：p0口(p0.0p0.7，3932 脚)：p0口是一个漏极开路的8 位准双向i/o口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个ls 型ttl 负载。当p0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80h)写入全1,此时p0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在cpu 访问片外存储器时，p0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，p0口内部上拉电阻有效。p1口(p1.0p1.7，18 脚)：p1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向i/o口。p1口每位能驱动4 个ls 型ttl 负载。在p1口作为输入口使用时，应先向p1口锁存地址(90h)写入全1,此时p1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。p2口(p2.0p2.7，2128 脚)：p2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向i/o口。p口每位能驱动4个ls 型ttl 负载。在访问片外eprom/ram 时，它输出高8 位地址。p3口(p3.0p3.7，1017 脚)：p3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向i/o口。p3口每位能驱动4个ls型ttl负载。p3口与其它i/o 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：p3.0：(rxd)串行数据接收。- 12 -电子科技大学成都学院课程设计p3.1：(rxd)串行数据发送。p3.2：(int0#)外部中断0输入。p3.3：(int1#)外部中断1输入。p3.4：(t0)定时/计数器0的外部计数输入。p3.5：(t1)定时/计数器1的外部计数输入。p3.6：(wr#)外部数据存储器写选通。p3.7：(rd#)外部数据存储器读选通。四、制作及调试过程将温度传感器与冰水混合物接触，经过充分搅拌达到热平衡后调节系统，使显示读数为0.00(标定0)；利用气压计读出当时当地的大气压强，并根据大气压强和当地重力加速度计算出当时的实际压强；根据沸点与压强的关系查出沸点温度。把温度传感器放入沸水中，待显示读数稳定后重新调节，使显示器显示读数等于当地当时沸点