基于单片机的多路温度采集系统外文文献翻译

毕业论文 设计 毕业论文 设计 外 文 翻 译外 文 翻 译 题题目目 基于单片机的多路温度采集系统设计 系部名称 系部名称 专业班级 专业班级 学生姓名 学生姓名 学学号 号 指导教师 指导教师 教师职称教师职称 2013 年 3 月 22 日 中原工学院信息商务学院外文翻译 2 多路温度传感器多路温度传感器 一一 温度传感器简介温度传感器简介 1 11 1 温度传感器的背景温度传感器的背景 在人类的生活环境中 温度扮演着极其重要的角色 无论你生活在哪里 从事什么 工作 无时无刻不在与温度打着交道 自 18 世纪工业革命以来 工业发 展对是否能掌 握温度有着绝对的联系 在冶金 钢铁 石化 水泥 玻璃 医药 等等行业 可以说几 乎 80 的工业部门都不得不考虑着温度的因素 温度对于工业如此重要 由此推进了温 度传感器的发展 1 21 2 温度传感器的发展温度传感器的发展 传感器主要大体经过了三个发展阶段 模拟集成温度传感器 该传感器是采用硅半 导体集成工艺制成 因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器 此种传感器具有功能单 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 它是目前在国内外应 用最为普遍的一种集成传感器 典型产品有 AD590 AD592 TMP17 LM135 等 模拟集成 温度控制器 模拟集成温度控制器主要包括温控开关 可编程温度控制器 典型产品有 LM56 AD22105 和 MAX6509 某些增强型集成温度控制器 例如 TC652 653 中还包含了 A D 转换器以及固化好的程序 这与智能温度传感器有某些相似之处 但它自成系统 工作时并不受微处理器的控制 这是二者的主要区别 智能温度传感器 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 智能温度传感器内部都包含温度传感器 A D 转换器 信 号处理器 存储器 或寄存器 和接口电路 有的产品还带多路选择器 中央控制器 CPU 随机存取存储器 RAM 和只读存储器 ROM 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 并且它是在硬件的基础上通过软件来实现 测试功能的 其智能化程度也取决于软件的开发水平 温度传感器的发展趋势 进入 21 世纪后 温度传感器正朝着高精度 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 中原工学院信息商务学院外文翻译 3 1 31 3 单点与多点温度传感器单点与多点温度传感器 目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表 对于单点温测仪表 主要采用传 统的模拟集成温度传感器 其中又以热电阻 热电偶等传感器的测量精度高 测量范围 大 而得到了普遍的应用 此种产品测温范围大都在 200 800 之间 分辨率 12 位 最小分辨温度在 0 001 0 01 之间 自带 LED 显示模块 显示 4 位到 16 位不等 有的仪 表还具有存储功能 可存储几百到几千组数据 该类仪表可很好的满足单个用户单点测 量的需要 多点温度测量仪表 相对与单点的测量精度有一定的差距 虽然实现了多路 温度的测控 但价格昂贵 针对目前市场的现状 本课题提出了一种可满足要求 可扩 展的并且性价比高的单片机多路测温系统 通过温度传感器 DS18B20 采集 然后通过 C51 单片机处理并在数码管上显示 可以采集室内或花房中四处不同位置的温度 用四个数 码管来显示 第一个数码管显示所采集的是哪一路 哪个通道 后三个数码管显示所采 集通道的温度值 精确到 0 1 度 二二 系统的实现及相关技术系统的实现及相关技术 2 12 1 系统的实现 系统的实现 系统的实现采用多线连接 就是四个 DS1820 分别连接到单片机的四个 IO 口 这种 方案虽然占用单片机的四个 IO 口 但在单片机 IO 口不紧缺的情况下采用这种方案大大 的简化了编程难度 缩短了设计周期 同时也能保证系统的稳定 方案二的框图如 图 1 1 所示 DS1820 DS1820 DS1820 DS1820 AT89C51 单片机 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P3 4 显示单元 按键控制单元 图 1 1DS1820 多线连接方案 2 2 AT89C512 2 AT89C51 单片机简介单片机简介 AT89C51是一种带 4K 字节 FLASH存储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable 中原工学院信息商务学院外文翻译 4 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 和闪烁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 外形及引脚排列如图 图 1 2 所示 图 1 2AT89C51 引脚图 主要特性 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命 1000 写 擦循环 数据保留时间 10 年 全静态工作 0Hz 24MHz 三级程序存储器锁定 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I O 线 中原工学院信息商务学院外文翻译 5 两个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 管脚说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P0 口的 管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存储器 它可以被定 义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验 时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被外部下拉为低 电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编程和校验时 P1 口作为第 八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并因 此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 P2 口 当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口输出地址的高八 位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存储器进行读写 时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信 号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外部下 拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字 中原工学院信息商务学院外文翻译 6 节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频率周期输 出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时 目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起 作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周期 两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管 是否有内部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高 电平时 此间内部程序存储器 在FLASH编程期间 此引脚也用于施加12V编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 2 3 DS18202 3 DS1820 简介简介 DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 简介新的 一线器件 体积更小 适用电压 更宽 更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 一 线总线 接口的温度传感器 一线总线独特而且经济的特点 使用户可轻松地组建传感器 网络 为测量系统的构建引入全新概念 DS18B20 一线总线 数字化温度传感器同 DS1820 一样 DS18B20 也支持 一线总线 接口 测量温度范围为 55 C 125 C 在 10 85 C 范围内 精度为 0 5 C 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 与前一代产品不同 新的产品支持 3V 5 5V 的电压范围 使系统设计更灵活 方便 而且新一代产品更便宜 体积更小 DS18B20 可以程序设定 9 12 位的分辨率 精 度为 0 5 C 可选更小的封装方式 更宽的电压适用范围 分辨率设定 及用户设定 的报警温度存储在 EEPROM 中 掉电后依然保存 DS18B20 的性能是新一代产品中最好的 性能价格比也非常出色 DS1820 的新性能 1 可用数据线供电 电压范围 3 0 5 5V 2 测温范围 55 125 在 10 85 时精度为 0 5 中原工学院信息商务学院外文翻译 7 3 可编程的分辨率为 9 12 位 对应的可分辨温度分别为 0 5 0 25 0 125 和 0 0625 4 12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字 5 负压特性 电源极性接反时 温度计不会因发热而烧毁 但不能正常工作 DS1820 的外形 DS18B20 内部结构主要由四部分组成 64 位光刻 ROM 温度传感器 非挥发的温度报警触 发器 TH 和 TL 配置寄存器 DS18B20 的管脚排列如 图 1 3 所示 内部结构如 图 1 4 所示 图 1 3DS18B20 外形图 1 DQ 为数字信号输入 输出端 2 GND 为电源地 3 VDD 为外接供电电源输入端 在寄生电源接线方式时接地 图 1 4 内部结构 中原工学院信息商务学院外文翻译 8 三三 调试仿真调试仿真 3 1 3 1 硬件仿真采用硬件仿真采用 ProteusProteus7 7 Proteus 是英国 Labeenter electronics 公司研发的 EDA 工具软件 Proteus 不仅是模拟电路 数字电路 模 数混合电路的设计与仿真平台 更是目前世界最先进 最完整的多种型号微控制器系统的设计与仿真平台 它真正实现了在计算机上完成从原 理图设计 电路分析与仿真 单片机代 码级调试与仿真 系统测试与功能验证到形成 PCB 的完整电子设计与研发 过程 Proteus 产品系列也包含了革命性的 VSM 技术 可以对 基于微控制 器的设计连同所有的外围电子器件一起仿真 首先启动 Proteus 并从 Proteus 元件库中选择需要的元件 绘制电路图并设置相应元件的参数值 3 2 3 2 软件仿真采用软件仿真采用 KeilKeil VisionVision 2 2 Keil Vision 2 是 Keil 公司关于 8051 系列 MCU 的开发工具 可以用来编译 C 源码 汇编源程序 连接和重定位目标文件和库文件 创 建 HEX 文件 调试目标程 序等 是一种集成化的文件管理编译环境 它集成了文件编辑处理 编译连接 项目管 理 窗口 工具引用和软件仿 真调试等多种功能 是相当强大的开发工具 在 keil 里 面编写好所需程序 对其进行调试 3 3 3 3 ProteusProteus 与与 KeilKeil 的连接设置的连接设置 1 检测 TCP IP 2 复制 Proteus 安装目录下的 MODELS 文件夹里的 vdm51 dll 到 keilc C51 bin 目录 3 修改 Keil 安装目录下的 tools ini 添加 TDRV4 BIN VDM51 DLL 4 在 Proteus 中画好原理图 在 Debug 菜单中选择 Use Remote Debug Monitor 5 在 Keil 中打开一个工程 右击 Target1 选择 Options for Target Target 1 在打开的对话框中选择 De bug 选项 卡 选择使用 Proteus VSM Emulator 仿 真 单击 Ok 完成 Debug 设置 这样 Proteus 和 Keil 就连接好了 仿真结果可以在 Proteus 或者 Keil 中 看 到 该电路系统采用 一 总线 数字传感器 DS18B20 实现温度的采集 采用七段数码管进行数据显示 中原工学院信息商务学院外文翻译 9 DistributedTemperatureSensor 1 Sensor introduction 1 1 Temperature sensor background In the human living environment temperature playing an extremely important role No matter where you live engaged in any work ever present dealt with temperature under Since the 18th century industry since the industrial revolution to whether can master send exhibition has the absolute temperature touch In metallurgy steel petrochemical cement glass medicine industry and so on can say almost eighty percent of industrial departments have to consider the factors with temperature Temperature for industrial so important thus promoting the development of the temperature sensor 1 2 Temperature sensor development Major general through three sensor development phase analog integrated temperature sensor The sensor is taken with silicon semiconductor integrated workmanship therefore also called silicon sensor or monolithic integrated temperature sensor Such sensing instruments have single function only measuring temperature temperature measurement error is smaller price low fast response the transmission distance small volume micro consumption electronic etc suitable for long distance measurement temperature temperature control do not need to undertake nonlinear calibration peripheral circuit is simple It is currently the most common application at home and abroad an integrated sensor Typical products have AD590 AD592 TMP17 LM135 etc jAnalog integrated temperature controller Analog integrated temperature controller mainly include temperature control switch programmable temperature controller a typical product have LM56 AD22105 and MAX6509 Some increase strength type integrated temperature controller for example TC652 653 also contains the A D converter and cure good sequence this process with the intelligent temperature sensor some similarities But it is not its system work by micro processing device control this is the main difference between Intelligent temperature sensor intelligenttemperature sensor also called digital temperature degrees sensor is in the mid 1990s launch It is microelectronics technology computer technology and the dynamic testing technology ATE crystallization Intelligent temperature sensor internal contain temperature sensor A D converter signal 中原工学院信息商务学院外文翻译 10 processor memory or registers and interface circuit Some products still take multiplexer central control system device CPU random access memory RAM and read only memory ROM Intelligent temperature sensor is characteristic of temperature data and relevant can output the temperature control of the quantity adaptation various micro controller MCU 1 3 Single point and more temperature sensor The development trend of the temperature sensor In the 21st century the temperature sensor is headed in high precision multi function bus standardization high reliability and safety development of virtual sensor and network sensor research monolithic temperature measuring system and other high tech direction develop rapidly Sensors in the application temperature controlling system Current market exists mainly single point and more two temperature measurement For single point temperature foundment instrument mainly adopts the traditional analog integrated temperature sensor which heat resistance thermocouple sensors measuring accuracy high measurement range and got the general application This product is temperature measuring range 200 mostly between 800 resolution 12th and least distinguishable temperature in 0 001 0 01 between Cabin LED display module shows ranging from 4 to 16 Some instruments also has memory function can store several hundred to a few thousand sets of data This instrument can be very good meet a single user single point measurement needs More temperature measurement relative and single point measurement precision has certain gap although realized the multi channel temperature measurement and control but the price is expensive In view of the present market situation proposed this topic can satisfy requirements scalable and cost effective single chip multi channel temperature measuring system Through the first temperature sensor DS18B20 acquisition and then through the C51 SCM processing and displayed on the digital tube can be collected indoor or a greenhouse around in different locations of the temperature with four digital tube to display The first digital pipe display acquisition is which way which channel Three digital pipe display after the acquisition channel by temperature accurate to 0 1 degrees 2 The system realized and related technologies 2 1 The system is realized By the whole control system for core AT89C51 using four ways of temperature sensor 中原工学院信息商务学院外文翻译 11 DS18B20 in production site for distribution area of four different temperature measurement result with the chip checking collation store and display and through the button control temperature will process after the LED digital display to come out and the software assurance system anti interference capacity four DS1820 connected to MCU respectively this scheme four IO mouth occupy MCU four IO though but the microcontroller IO mouth under the condition of mouth not shortage by this scheme greatly simplify programming difficulty shorten the design cycle also can guarantee the stability of the system A multipoint connection as shown 1 1 DS1820 DS1820 DS1820 DS1820 AT89C51 MCU P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P3 4 Display element Button control unit 1 1 multipoint connection 2 2 AT89C51 Chip introduction AT89C51 is a 4K bytes FLASH Memory Erasable Programmable and FPEROM FLASH for the campaigns with low voltage high performance CMOS eight microprocessors commonly known as the microcontroller AT89C2051 is a 2K bytes with flash memory can be erased programmable read only memory SCM can erase read only memory can be repeated erased1000times ThisdeviceadoptsATMELhigh densitynon volatilememory manufacturing technology manufacturing and industrial standard MCS 51 instruction set and output tube compatible Due to the multifunctional 8 bits CPU and will be flashing on single chip combination of memory ATMEL AT89C51 is a kind of high efficient micro controller AT89C2051 is a streamlined version AT89C 51microcontroller as many embedded control system Arrange appearance and pin as shown in figure 1 2 shown 中原工学院信息商务学院外文翻译 12 1 2 AT89C51 pins figure Major features and MCS 51 compatible 4K bytes programmable FLASH memory life 1000 write wipe cycle data retention time 10 years the static job 0Hz 24MHz level 3 program memory lock 128 x 8 bits internal RAM 32 programmable I O lines two 16 timer 5 interrupt source programmable serial channels low power consumption of idle and power lost mode piece inside oscillator and clock circuit Tube feet explains VCC power supply voltage GND grounded P0 Mouth P0 mouth a eight leak level two way I O mouth open every foot can absorb 8TTL gate current When the pipe mouth P0 feet first write 1 defined as high resistance input 中原工学院信息商务学院外文翻译 13 P0 can be used for external program data storage it can be defined as the eighth data address In FIASH programming P0 mouth as the source code input port when FIASH check the source code P0 output when P0 external must be pulled P1 mouth mouth is an internal P1 provide pull up resistors 8 bit two way I O mouth P1 mouth buffer can receive 4TTL gate current output P1 mouth tube feet was then write 1 for high pull up inside can be used as input P1 mouth be external pull down for low electricity at ordinary times will output current this is due to internal pull up sake In FLASH programming and calibration P1 mouth as eighth address to receive P2 mouth for an internal P2 mouth on the 8 bit pull up resistors two way I O port P2 mouth to receive the output buffer 4 TTL gate current when P2 mouth is written 1 its tube feet are internal pull up resistors and push as input And so as the input P2 mouth feet are external down tube will output current This is due to internal pull up sake P2 mouth when used external program memory or 16 address external data memory access P2 mouth high output address eight In a given address 1 it using internal and external 8 address advantage when for reading and writing data memory P2 when the special function registers mouth output of content P2 mouth in FLASH programming and the calibration eight address when receiving high signal and control signals P3 mouth P3 mouth pipe is 8 feet with internal pull up resistors two way I O port may receive four TTL gate current out put When P3 mouth writing 1 they are internal and high level and used as input As input due to external drop down for low level P3 mouth will output current ILL this is due to pull up s sake RST reset input When oscillator reset device to keep RST feet high level two machine cycle time ALE PROG when access external storage address latch allows the output level of the position for latch address byte During the FLASH programming this pin for input programming pulse In peacetime the ALE with a constant frequency cycle output is the pulse signal the frequencies of the 1 6 oscillator frequency So it can be used against external output pulse or used for timing purpose However it is whenever used for external data storage will skip a ALE pulse If you want to ban the ALE output can be in SFR8EH address for 0 At this time only by performing the ALE MOVX MOVC instruction is ALE to take effect In addition the pins were slightly up If microprocessor in external execution ALE buy a ban is invalid PSEN external program memory choice of communication number By external program memory in during the instruction fetch each machine cycle twice PSEN effective 中原工学院信息商务学院外文翻译 14 But on a visit to external data storage the two effective PSEN signals will not appear EA VPP when EA keep low levels in this period the external program memory 0000H FFFFH whether have internal program memory Note encryption method 1 EA will RESET for internal focus When EA end keep high electricity at ordinary times internal program memory here During the FLASH programming this pin is also used VPP 12V programming power on XTAL1 the inverting oscillator amplifier input and input to the internal clock operating circuit XTAL2 from reverse oscillator output 2 3 DS18B20 Chip introduction DALLAS latestdigital temperature sensor DS18B20 profile new 1 wire devices smaller wider and voltage applied to the DALLAS semiconductor company more economic DS1820 digital temperature sensor is the world the first piece of support 1 wire bus interface temperature sensor 1 wire bus unique and economic characteristics the user can easily form sensor network for measuring system the construction of a new concept introduction DS18B20 1 wire bus with DS1820 digital temperature sensor DS18B20 also support as 1 wire bus interface measuring temperature range for 55 C 125 C in 10 85 C range precision C for 0 5 Scene in 1 wire bus temperature directly the digital mode can greatly improve the system of anti jamming Suitable for the scene in the bad environment temperature measurement such as environment control equipment or process control temperature measurement of consumer electronics etc And the previous generation product is different the new product support 3V 5 5 V voltage range make the system design more flexibly and conveniently But a new generation of products cheaper smaller DS18B20 can program sets 9 12 resolution precision C for 0 5 Optional smaller encapsulation way more wide voltage range Resolution setting and users set alarm temperature EEPROM stored in power lost and still save DS18B20 performance is the best product of new generation Performance to price also is very good DS18B20 New performance 1 data available supply voltage range 3 0 5 5 V 2 temperature measuring range 55 125 in 10 85 to 0 5 when 中原工学院信息商务学院外文翻译 15 precision 3 programmable resolution for the 9 12 the corresponding can distinguish respectively the temperature of 0 5 and 0 125 by 0 25 0 0625 4 12 resolution in most 750ms temperature into digital within 5 negative pressure characteristics power at the polarity thermometers won t because when heating and burned but can