基于8255的温度计(单片机毕业设计)

目录1课题任务、功能要求说明和整体方案101.1课题设计任务101.2功能要求说明101.3方案的选择101.4设计原理112硬件系统的设计132.1硬件系统各模块功能的简要介绍132.2整体电路图、PCB图、部件配置图182.3部件列表183软件系统的设计193.1使用硬件资源的情况193.2各模块的功能介绍193.3程序的流程图193.4程序列表224设计结论、模拟结果、误差分析304.1设计的结论和使用说明304.2模拟结果304.3误差分析324.4设计体会32参考文献34谢谢35附录一温度计整体电路图36附录二PCB图37附录三部件布局图38附录4部件列表391课题任务功能要求说明和方案选择1.1课题设计任务设计具有特定功能的数字温度计。 打开此数字温度计的电源，或者重置键后自动显示系统提示符“p .”，进入准备状态。 测量温度范围为099，测量精度为小数点后1位，可通过开始键和结束键控制数字温度计的动作状态。1.2功能要求的说明这次毕业设计制作的温度计实现了以下功能(1)打开系统电源或者重置键后显示“p .”，进入准备作业状态。(2)按下开始键后开始动作，按下停止键后停止动作。1.3方案选择该系统主要由温度测量和数据采集两个电路组成，实现的方法有很多，下面列举日常生活和工业农业生产中常用的两种实现方案。(一)方案一可以使用热电偶温度差电路测定温度，在温度检测部使用低温热电偶，热电偶由两个焊接的异种金属导线构成，热电偶产生的热电势由两个金属的接触电位和单一导体的温度差电位构成。 通过将参考节点保持为已知温度并且测量电压，可以估计检测节点的温度。 数据收集部能够使用带A/D通道的单片微型计算机，收集随被测定温度而变化的电压、电流，进行A/D转换后，使用单片微型计算机进行数据处理，并在显示电路中显示被测定温度。 热电偶的优点是工作温度范围非常宽，体积小，但输出电压小，容易受到来自读取环路的噪声的影响，漂移高，该设计需要A/D转换电路，感温电路麻烦。 该系统主要包括A/D0809数据采集、自动手动操作方式检测、温度显示等，这些功能信号通过输入输出电路由单片机处理。 此外，还有复位电路、石英振动电路、启动电路等。 现场输入硬件包括手动复位键、A/D转换芯片、处理芯片51芯片、驱动器4位数字编码管、报警器等。(二)方案二使用数字温度芯片DS18B20测量温度，并且将输出信号数字化。 单片机易于处理和控制，省去了许多传统测温方法的外围电路。 此外，该芯片物理化学稳定，可用作工业测温元件，该元件线性好。 在0100，最大线性偏差小于1。 DS18B20的最大特征之一是采用单总线的数据传输，包括数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51的温度测量装置可以直接输出低温数字信号并直接连接到计算机。 这样，测温系统的结构比较简单，体积也不大。 采用51单片机控制，软件编程自由度大，编程可实现各种算术算法和逻辑控制，且体积小，硬件实现简单，安装简单。 DS18B20可以单独用于控制，也可以与PC进行通信来上传数据，AT89C51也广泛地应用于工业控制，并且编程技术和外围功能电路的结合也很成熟。 该系统可以使用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20来执行实时温度检测和显示，实现高速周围温度测量，并且可以根据需要设置上下限警告温度。 该温度控制系统将DS18B20的数据进行A/D转换，并且将转换后的数据发送至单片机，使得软件写入相关命令以在8255显示输出、需要修改温度参数或者需要查看设置或其他功能。整体框图如图1.1所示。图1.1 DS18B20温度测温系统框图根据以上两种方式，方式1的测温装置温度范围广，体积小，但直线误差大。 方案2的测温装置电路简单，精度高，易于实现，软件设计也简单，因此本次设计采用方案2。1.4设计原理该系统是多子系统的综合控制系统，在设计过程中也分块实现设计调试，最后进行综合实现，下面对各子系统的工作原理分别进行说明。 如图1.2中所示，首先，装置电复位，并且温度检测芯片DS18B20检测当前温度。 单片微计算机从DS18B20读出温度值，并与DS18B20的非易失性存储器的TH、TL值进行比较(其中，TH是设定温度的最高值，TL是设定温度的最低值)，经由DS18B20显示输出当前的温度值。图1.2整个系统的流程图双硬件系统的设计2.1硬件系统各模块功能的简要介绍2.1.1单片机主控制器AT89C51AT89C51是一种以4K字节闪烁可编程的可擦除只读存储器，是高性能的CMOS 8位微处理器。 AT89C51是具有可编程的只读存储器的单片机，该只读存储器以2K字节闪烁。 单片机的可擦除只读存储器可重复100次。 该设备使用ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出引脚兼容。 为了将多功能的8位CPU和闪存组合成一个芯片，ATMEL的AT89C51是高效微控制器。 外形及针脚排列如图2.1所示主要特性：MCS-51兼容4K字节可编程闪存寿命： 1000个写入/擦除周期数据保留期： 10年全静态动作： 0Hz-24MHz三级程序存储器锁1288位内部RAM32可编程I/O线2个16位计时器/计数器五个中断来源可编程串行信道低功耗空闲模式和停电模式片上振荡器和时钟电路图2.1 AT89C51管脚图2.1.2可编程并行接口芯片82558255是英特尔生产的可编程并行I/O接口芯片，具有3个8位并行I/O端口。 如图2.2所示，有三种行为方式的可编程并行接口芯片(40针)，它们有三个通道。 其各端口的功能可通过软件选择，灵活、通用性高。 8255单片机作为与多台外围设备连接时的中间接口电路。 作为8255主机和外围设备的连接芯片，必须提供与该主机连接的三个总线接口：数据线、地址线、控制线接口。 还需要连接外围设备接口a、b、c端口。 8255可以被分成三个部分，即，与CPU的连接部分和与外围设备的连接部分，因为8255必须具有逻辑控制部分部分，控制部分。主要特性：(1)并行输入输出的LSI芯片、多功能的I/O该设备可以是CPU总线和外围接口(2)有24个可编程I/O端口，3组8位的I/O端口为PA端口、PB端口和PC端口。 此外，它被分为两组位的I/O端口、a组包括a端口和c端口(高位4位、PC4PC7 )b组包括b气口和c气口(后4位、pc0pc3)。 a组可以设定为基本I/O端口、闪光灯(STROBE )的I/O闪光灯方式、双向I/O3模式的b组只能设定为基本I/O或闪存控制器I/O的两种模式由控制寄存器完全控制中所述情节，对概念设计中的量体周长进行分析。 图2.2 8255针图2.1.3时钟电路模块时钟电路由1个晶体振荡器12MHz和2个33pF的陶瓷电容器构成。 如图2.3中所示，使用时钟电路来生成单片微计算机操作所必需的时钟信号，但时序或检查在指令执行期间每个信号之间的互相关。 单片机本身必须在唯一的时钟信号控制下严格操作以确保同步操作方案的实现，如复杂的同步时序电路。图2.3时钟电路在单片机的内部包括高增益反相放大器，其输入端子是芯片端子XTAL1，并且其输出端子是端子XTAL2。 在芯片的外部，在XTAL1和XTAL2之间传递晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。 电容器C1和C2的作用是通过稳定频率和加快振动，电容值的范围是50pF30pF，典型的是30pF。 石英振动频率通常选择两种6MHz和12MHz。 只需在单片机的XTAL1和XTAL2管脚上外接晶体振荡器，构成自激振荡器，在单片机内部产生时钟脉冲信号。2.1.4复位电路模块复位电路使单片机的CPU和系统中的其他部件成为某个固定的初始状态，从该状态开始动作，进入系统的正常初始化，此外，由于程序的运行错误和操作错误，系统成为死锁状态的情况下，为了摆脱困境，也按下复位电路重新启动本设计采用密钥复位(图2.4 )。 键复位通过接通复位端子的连接电阻和VCC电源来实现。图2.4复位电路2.1.5显示电路模块本次设计采用LED四位一体数码管，有四位控制、八段控制，其中第一位为小数点以下，第二位、第三位、第四位分别为个、百位。 该设计采用共阳极接合方法，其中PB端口是段控制输出端口，PA端口是比特控制输出端口，以74LS244驱动。 此电路模块主要用于显示温度，如图2.5所示。图2.5显示电路2.1.6温度传感器模块(1) DS18B20介绍DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司新发表的改良型智能温度传感器，与现有的热敏电阻等测温元件相比，能够直接读取被检测温度，并且能够根据实际的要求通过简单的编程实现912位数字值的读取方式。独特的单线连接器只需1个端口针即可通信将多个DS18B20并联连接在唯一的三条线上，可实现多点网络功能无需外部设备可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V待机功率为零温度为9位或12位的数字用户可定义警报设定识别警报检索指令超过程序限定温度(温度警报条件)的设备，设置标志负电压特性、电源极性相反时，温度计不会发热烧坏，但不能正常工作DS18B20可以采用三引脚PR-35封装或者八引脚SOIC封装，并且其内部配置框图示于图2.6中。DQ系列c.c64位ro.om和单票线去接你嘴很贵速度慢点儿保存内存和控制温度传感器高温触发TH低温触发TL寄存器的设定8位CRC发生器Vdd图2.6 DS18B20配置框图(2) DS18B20的操作原理在DS18B20的测温原理：设备中，低温系数晶体振子的振荡频率减小温度的影响，为了产生一定频率的脉冲信号而发送到减法计数器1的高温系数晶体振子的振动频率随温度变化而显着变化，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲被输入。 每个设备具有另一个计数门，当计数门打开时，DS18B20对由低温系数振荡器生成的时钟进行计数，并完成温度测量。 计数门的开路时间由高温系数振荡器决定，每次测定时首先减去与-55对应的基数，放入计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置为与-55对应的基数。减法计数器1对由低温系数石英振动产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预设值为0时，对温度寄存器的值加1，重新加载减法计数器1的预设，减法计数器1重新开始对由低温系数石英振动产生的脉冲信号进行计数，并减法计数该输出是用于补偿减法计数器的预设值，除非计数器闸门关闭，重复上述步骤，直到几乎测量到温度寄存器值。另外，DS18B20单线通信功能已经以时分方式完成，由于具有严格的时隙概念，读写