智能仪表课程设计

1、目录第一章、总体方案设计···································4第二章、系统硬件选择···········&

2、#183;·······················51、单片机的选择························

3、3;······· ·52、温度传感器的选择····························· 6第三章、硬件电路设计········

4、3;·························8 1温度检测电路·······················&

5、#183;··········82显示电路······································9

6、第四章、系统软件设计·································121概述··············

7、83;····························122主程序流程图····················

8、···············12设计体会···················· ········· ····

9、3;· · ·13参考文献······················ ············· ···· 14附录：C语言程序····&

10、#183;·································15硬件实物图···············

11、·······················22摘要当今，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于89C51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可

12、以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。第一章 总体方案设计采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100

13、 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信上传数据，另外AT89S51 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时

14、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。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，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。第二章 系统硬件选择2.1、 单片机的选择对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8051系列，由于8031没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低功

15、耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4kbytes 的可编程的 Flash 只读程序存储器,兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器既可在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程，所以低价位 AT89C51单片机可为提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。单片机AT89C51 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。主要特性如下图-1所示：与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工

16、作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个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 2.2、温度传感器的选择2.2.1. DS18B20 简单介绍:DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。温度测量范围为-55+125 摄氏度，可编程为9位12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定

17、的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。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、各种封装形式如图 4.2 所示，DQ 为数据输入/输出引脚。

18、开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图 4.3所示.。 图 4.2 外部封装形式 图4.3 传感器电路图第三章.硬件电路设计本设计由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度并将转换后的结果送入单片机。然后通过A89C51单片机驱动两位共阳极8段LED数码管显示测量温度值。如附录中本设计硬件电路图所示，本电路主要有DS18B20温度传感器芯片，两位共阳极数码管，AT89C51单片机及相应外围电路组成。其中DS18B20采用“一线制”与单片机相连。3.1、温度检测电路DS18B20

19、最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20 的数据I/O 均由同一条线来完成。DS18B20 的电源供电方式有2 种: 外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时, VDD 和GND 均接地, 他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用, 原理是当1 W ire 总线的信号线DQ 为高电平时, 窃取信号能量给DS18B20 供电, 同时一部分能量给内部电容充电, 当DQ为低电平时释放能量为DS18B20 供电。但寄生电源方式需要强上拉电路, 软件控制变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROM 时) , 同时芯片的性能也有所降低。外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作

20、方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。因此本设计采用外部供电方式。如下图所示：DS18B204.7K+5V+5V温度传感器DS18B20的测量范围为-55+125，在-10+85时精度为±0.5。因为本设计只用于测量环境温度，所以只显示0+85。 3.2、显示电路液晶显示屏具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等诸多优点。在袖珍式仪表和低功耗应用系统中，LCD得到越来越广泛的应用。字符型液晶显示屏，是一种用5*7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等，本设计以常用的2行

21、16个字的JDL162A液晶模块作为数据显示模块。JDL162A采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS接地第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：为液晶显示器对比度调整端，接电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K欧姆的电位器来调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时，可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时，可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高

22、电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第1516脚：空脚JDL162A与单片机的I/O口电路连接如图4-9所示： 本设计采用数码管动态显示，电路如下图所示：显示部分电路 图-6图中由单片机P174HC245驱动两位共阳极数码管，上拉电阻排为10K。由P2.0和P2.1通过PNP型三极管Q1,Q2驱动其字位。三极管发射极接高电平，当P2.0或P2.1为低电平时使三极管导通选通数码管的某一位。第四章、系统软件设计4.1、 概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主

23、程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。 对温度传感器进行设置，读取温度数据转化显示温度开始结束4.2总程序流程图设计体会温度传感器DS18B20外形像一个小三极管，硬件连接非常简单，应用非常方便。它不仅能测量温度，

24、而且也是一个ADC转换器，它能将测得的温度信号直接转换成数字信号输入到单片机。硬件开销较小，相对需要复杂的软件进行补偿，DS18B20软件编程比较复杂，但是可以把复位、读和写3个基本操作的子程序看成是3个固定的基本模块。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。参考文献1孙育才.单片微型计算机及其应用.东南大学出版社.20042沈德金 陈粤初.单片机接口电路与应用程序实例.北京航天航空大学出版 3张齐，朱宁西. 单片机应用系统设计技术

25、 .北京：电子工业出版社4DS18B20中文资料5百度网站 附录：C语言程序：#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar teH = 35,teL = 20;sbit DQ=P37;/ds18b20与单片机连接口sbit RS=P25;sbit RW=P26;sbit EN=P27;sbit SET=P10;sbit ADD=P11;sbit SUB=P12;sbit BEEP = P32;sbit L = P33;sbit

26、H = P34;uchar s1num = 0, s2num = 0;uchar dis3="0123456789 "uchar val_sp5=0;uchar fre_sp5=0;uchar code str1="Tem: "uchar code str2="studentN0: "uchar code str3="11314230"uchar code str4="teH:35"uchar code str5="teL:20"uchar data disdata5;uch

27、ar data str62;uchar p=0;uint tvalue;/温度值uchar tflag;/温度正负标志/*lcd1602程序*/void delay1ms(uint ms)/延时1毫秒uint i,j;for(i=0;i<ms;i+)for(j=0;j<114;j+);void wr_com(uchar com)/写指令/ /delay1ms(1);RS=0;RW=0;EN=0;P0=com; /delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;void wr_dat(uchar dat)/写数据/ /delay1ms(1);RS=1;RW=0;E

28、N=0;P0=dat; /delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;void lcd_init()/初始化设置/wr_com(0x38);delay1ms(5);wr_com(0x08);delay1ms(5);wr_com(0x01);delay1ms(5);wr_com(0x06);delay1ms(5);wr_com(0x0c);delay1ms(5);void display(uchar *p)/显示/while(*p!='0')wr_dat(*p);p+;delay1ms(1);void init_play()/初始化显示lcd_init()

29、;wr_com(0x80);display(str2);wr_com(0xc0);display(str3);delay1ms(2000);lcd_init();wr_com(0x80);display(str1);wr_com(0xc0); display(str4);wr_com(0xc0+8); display(str5);/*ds18b20程序*/void delay_18B20(uint i)/延时1微秒 while(i-);void ds1820rst()/*ds1820复位*/ DQ = 1; /DQ复位delay_18B20(4); /延时DQ = 0; /DQ拉低delay_

30、18B20(100); /精确延时大于480usDQ = 1; /拉高delay_18B20(40);uchar ds1820rd()/*读数据*/ uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; /给脉冲信号 dat>>=1; DQ = 1; /给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据*/uchar i=0;for (i=8; i>0; i-) DQ = 0;DQ = wdata&0x

31、01;delay_18B20(10);DQ = 1;wdata>>=1;read_temp()/*读取温度值并转换*/uint a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ds1820wr(0x44);/*启动温度转换*/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ds1820wr(0xbe);/*读取温度*/a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue<0x08ff)tflag=0;elsetv

32、alue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*(0.0625)*10;/温度值扩大10倍，精确到1位小数return(tvalue);/*/void ds1820disp()/温度值显示 uchar flagdat;disdata0=tvalue/1000+0x30;/百位数disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位数disdata2=tvalue%100/10+0x30;/个位数disdata3=tvalue%10+0x30;/小数位if(tflag=0)flagdat=0x20;/正温度不显示符号elseflagdat=0x2d;/负温度

33、显示负号:-if(disdata0=0x30)disdata0=0x20;/如果百位为0，不显示if(disdata1=0x30)disdata1=0x20;/如果百位为0，十位为0也不显示wr_com(0x80+4);wr_dat(flagdat);/显示符号位wr_com(0x81+4);wr_dat(disdata0);/显示百位wr_com(0x82+4);wr_dat(disdata1);/显示十位wr_com(0x83+4);wr_dat(disdata2);/显示个位wr_com(0x84+4);wr_dat(0x2e);/显示小数点wr_com(0x85+4);wr_dat(disdata3);/显示小数位wr_com(0x86+4); wr_dat(0x43);void zeroff(uchar *p) /灭0处理 uchar i; for(i=0;i<5;i+) if(*p=0) *p=10;p+; else break;void teL_dis(uint value) uchar i; val_sp0 = value/10; val_sp1 = value%10; wr_com(0xc0+12); zeroff(val_sp); for(i=0;i<2;i+) wr_dat(dis3val