基于单片机的温度采集系统设计样本

大学自动化学院专业设计报告题目学生姓名学号届班级指导教师专业说明1专业设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三部分，其中任务书、指导书由教师完成。按设计报告、任务书、指导书顺序装订成册。2学生根据指导教师下达的任务书、指导书完成专业设计工作，合作完成的专业设计，要在设计报告概述中明确说明分工。3设计报告内容建议主要包括设计概述、设计原理、设计方案分析、软硬件具体设计、调试分析、总结以及参考资料等内容，不同类型的设计可有所区别。4设计报告字数应在30004000字，图纸设计应采用电子绘图、且符合相应国标，文字规范借鉴参考毕业设计要求。5专业设计成绩由平时成绩（50）、报告成绩（30）和答辩成绩（20）组成。专业设计应给出适当的评语。专业设计评语及成绩汇总表成绩平时成绩报告成绩答辩成绩总评成绩专业设计评语1引言在工业生产和日常生活中，有的时候迫切需要知道某种环境、某种物体的温度，而且需要将它记录下来。更高的要求是，需要每隔一段时间记录时间与温度，将温度上传到PC机进行分析计算。本方案使用SPCE061A单片机作为主控制器，采用一线制数字温度传感器DS18B20作为温度传感器，采用液晶1602作为显示器件，采用SPR1024作为数据存储器的应用方案。该方案实现了目标温度的测量、显示、存储与PC机传输数据的功能，体现了SPCE061A强大的功能。2技术指标及方案可行性论证21系统的技术指标本系统的技术指标要求如下1采集温度，精度达到01；2实时显示温度；3具有温度数据存储功能，每隔10分钟存储一次，并且在存储的过程中通过液晶提示，要求可以存储30天的数据；4具有UART通讯功能，可以将采集的温度实时的上传到PC机。22可行性论证考虑到性价比，开发工具等等，选择凌阳SPCE061A作为主控制器。根据系统的技术指标，选择DS18B20作为温度传感器。该温度传感器具有多种精度测温模式，其中11位精度的测温模式可以达到00625的精度要求，满足系统的精度要求。采用液晶1602来显示温度，该液晶具有很好的性价比，为162的字符型液晶，驱动简单，可以进行实时显示。为了可以存储数据，外扩凌阳SPR1024串行FLASH作为存储器。该存储器为128K8BIT的FLASH，系统要求每隔10分钟存储数据一次，30天共需存储30（天）24（小时）6（每小时6次）为4320次数据，由于数据为11位分为高低字节存放，共需要4320（次）2（字节）为8640（字节），所以SPR1024完全满足要求，而且具有余量，可以进行扩展，例如将温度的时间也保存到SPR1024中，或者提高存储的频率，每隔5分钟存储一次等等。UART功能为SPCE061A具有的功能，扩展一个电平转换电路就可以实现与PC机通讯。综上所述，系统方案可行。3SPCE061A芯片特性31SPCE061A简介SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，该芯片拥有8路10位精度的ADC，两路10精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。另外凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用为软件开发提供了方便的条件。SPCE061A片内还集成了一个ICE（在线仿真电路）接口，使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件资源，结合凌阳科技提供的集成开发环境（UNSPIDE）用户可以利用它对芯片进行真实的仿真；而程序的下载（烧写）也是通过该接口进行下载。下图为SPCE061A单片机的内部结构框图图31SPCE061A内部结构图32芯片特性16位NSP微处理器；工作电压内核工作电压VDD为3036VCPU，IO口工作电压VDDH为VDD55VI/O；CPU时钟032MHZ49152MHZ；内置2K字SRAM；内置32K闪存ROM；可编程音频处理；晶体振荡器；系统处于备用状态下时钟处于停止状态，耗电小于2A36V；2个16位可编程定时器/计数器可自动预置初始计数值；2个10位DAC数模转换输出通道；32位通用可编程输入/输出端口；14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；具备触键唤醒的功能；使用凌阳音频编码SACM_S240方式24K位/秒，能容纳210秒的语音数据；锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；32768HZ实时时钟；7通道10位电压模数转换器ADC和单通道声音模数转换器；声音模数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制AGC功能；具备串行设备接口；低电压复位LVR功和低电压监测LVD功能；内置在线仿真ICE，INCIRCUITEMULATOR接口。33SPCE061A精简开发板SPCE061A精简开发板（简称61板），是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发仿真实验板，大小相当于一张扑克牌，是“凌阳科技大学计划”专为大学生、电子爱好者等进行电子实习、课程设计、毕业设计、电子制作及电子竞赛所设计的，也可作为单片机项目初期研发使用。61板除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等，采用电池供电，方便学生随身携带使学生在掌握软件的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼学生的动手能力，也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的机会61板上有调试器接口（PROBE接口）以及下载线（EZ_PROBE）接口，分别可接凌阳科技的在线调试器、简易下载线，配合UNSPIDE，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。61板上的主要功能模块如下SPCE061A单片机最小系统外围电路模块；电源输入模块；音频电路（包含MIC输入、DAC音频功放输出）模块；按键模块；I/O端口接口模块；调试、下载接口模块；下图为61板的实物图4系统总体方案介绍本系统由一块SPCE061A精简开发板（61板）、一线制数字温度传感器DS18B20、128K8BITFLASHSPR1024、液晶1602和外扩UART串口电平转换电路组成，可以实现温度的测量、显示、存储与PC机通讯等功能。此系统以SPCE061A为核心，由测温模块、显示模块、存储模块等构成。硬件结构框图如图41所示。图41硬件结构图SPCE061A与其它器件连接图图42系统连线图5系统硬件设计51SPCE061A周边模块511SPCE061A最小系统SPCE061A最小系统当中，包括SPCE061A芯片外围的基本模块，有晶振输入模块（OSC）、锁相环外围电路（PLL）、复位电路（RESET）、指示灯（LED）等，如下图所示。图51SPCE061A最小系统本系统，有关SPCE061A单片机的最小系统的各个模块都做在61板当中，读者可以查阅61板的电路原理图。512电源模块SPCE061A的内核供电为33V，而I/O端口可接33V也可以接5V，所以在电源模块（61板上）中有一个端口电平选择跳线，如图中的J5，下图为61板上的电源模块图。图52电源模块52DS18B20电路连接由于DS18B20是一线制数字温度传感器，在与SPCE061A连接的时候非常的方便。图53DS18B20的电路53液晶1602电路连接由于液晶1602已经是一个模块，在这里只介绍与61板的连线图图54液晶1602与61板连线54SPR1024电路连接参考下面的电路图图55SPR1024电路图6系统软件设计61主程序设计主程序流程如图61所示。图61主程序流程图主函数比较简单，在程序开始后将系统时钟调到24576M，程序中操作液晶1602与DS18B20需要严格的读写控制时许，其中软件延时就是按照这个时钟计算的。然后初始化IO端口，打开2HZ中断，为了定时10分钟做准备。调用开机显示界面，在液晶1602上显示WWWUNSPCOMCN/TEL629816682965字样，持续一段时间，重新初始化液晶1602，初始化SIO与UART，为使用SIO，UART做准备。然后进入循环，调用测温函数测温，调用显示函数显示，调用发送数据函数发送数据，判断是否是设定的时间（10分钟），如果是调用存储函数存储数据，如果不是直接执行下一步清看门狗操作，然后继续循环。62子程序的设计621测温子程序图62测温子程序子程序在测温时首先设置DS18B20的DQ为高电平，然后初始化DS18B20，在成功后DS18B20接收单片机的命令，为了简单起见这里跳过ROM命令设置匹配过程，然后再次初始化DS18B20在成功后启动测温，然后将温度保存起来，返回。其中读写DS18B20的驱动程序在DS18B20C文件中，可以参考DS18B20的读写时序图来理解程序。622显示子程序在测得温度后，将温度数据转换为十进制数的温度表示，然后再通过查表（在C语言中是一个数组，参考程序中在DISPLAY函数中，DATA10数组）调用液晶1602显示在液晶上，这里面比较简单，数据处理类似于由二进制转换为十进制，再由十进制转换为ASCII码，读者可以参考相关的说明。液晶显示驱动程序在LCD1602_DRIVERASM文件中。623存储子程序调用SPR1024的用户函数，完成存储功能，存储的数据没有经过转换，只是将温度数据分为高低字节分两次存储。SPR1024的驱动程序在SPR1024_DRIVERASM文件中。624UART通讯子程序通讯子程序采用查询的方法，数据格式为先发数据0XAA，然后是温度数据的高字节，温度数据的低字节，最后是0X55结束。UART操作的函数在UARTC文件中。625中断的处理在程序中打开2HZ的中断作为计时使用，设置全局变量G_MIN10为计数器，每进入中断一次计数加一。在主函数中判断是否到预定值（10分钟），如果到了，将变量清0，重新开始计数。7结语本系统以SPCE061A单片机为控制核心，利用其强大的处理能力，以及丰富的外围接口，再配合DS18B20温度传感器、液晶1602、SPR1024，很好的完成了温度的测量、显示、存储与PC机通讯的功能，为温度系统的实现提供了一种解决方案。SPCE061A的IOA口低8位还没有使用，IOB口的许多IO口也没有使用，可以扩展18或44键盘增加人机交互功能，实现温度的查询。在外扩时间芯片可以记录温度的时间，这样整个系统具有更加实用的意义。8参考文献1罗亚非凌阳16位单片机应用基础M北京北京航空航天大学出版社，20032齐从谦PLC技术及应用机械工业出版社，20023廖常初PLC编程及应用M北京机械工业出版社，20024胡学林可编程序控制器教程基础篇电子工业出版社，20035凌阳大学计划网站WWWUNSPCOMCN专业设计任务书专业设计题目专业设计任务书一、专业设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作量）通过自动化综合应用技术课程设计，使学生初步掌握典型自动控制装置的基本结构、工作原理以及应用技术；依据专业设计任务要求，完成相应工艺与控制要求分析，进而完成控制系统的原理设计，最终完成各种控制装置的软硬件应用设计、接线、调试以及监控系统的组态设计；熟悉从简单的工况分析、控制要求、方案论证、具体设计、系统调试以及撰写文本报告的电气控制系统设计的全过程；培养运用专业理论知识解决工程实际问题的能力。学习单片机编程语言，了解数模转换器的结构原理和使用方法，学习单片机的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。对存储器扩展有深入的学习，根据实际要求设计合理的内存分配及内存容量。该信号源的特点是体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。借助实验室的设备条件，首先基本掌握各相关知识点；其次在综合运用中完成设计题目。设计过程中，要注重实践环节的工作。二、专业设计参考资料1戴梅萼，史嘉权微型计算机技术及应用从16位到32位M第二版清华大学出版社，199652罗亚非凌阳16位单片机应用基础M北京北京航空航天大学出版社,20053胡汉才单片机原理及其接口技术北京清华大学出版社,200414624卢胜利,基于凌阳SPCE061A设计实验平台的专业综合设计教程M，机械工业出版社,20075孙德文，胡越明，微型机软硬件实用技术，国防工业出版社，19946黄智伟，凌阳单片机课程设计指导M北京航空航天大学出版社,20077邓文渊，柯志坚，活用存储器，清华大学出版社，1994专业设计指导书一、专业设计要点、设计步骤1、了解工艺要求、分析各种自动控制装置的基本原理与应用；2、确定系统控制方案，画出系统主控电路原理图；3、测试系统硬件；4、编辑与测试相关应用程序程序；5、基于工控机监控界面设计，完成系统连机调试分析；6、整理资料，编写设计说明书。二、主要技术关键的分析、解决思路主要技术关键问题1、数据整形与分析，了解快速傅里叶变换，熟悉