Protel电路设计方案课程设计方案设计方案说明书

《Proｔｅｌ电路设计(课程设计)》说明书ﻩ 专业名称：电子信息工程ﻩﻩﻩﻩ班级：ﻩﻩﻩﻩ学号：ﻩﻩﻩﻩ姓名:ﻩﻩ ﻩ指导老师：ﻩﻩﻩﻩ日期:２0１3年1２月16日ﻬ目录TOＣ＼ｏ”1—3”\h＼z\ｕHＹPEＲLＩNK\l＂_Ｔoc375１28４５８＂一、设计的目的和意义：ﻩＰAGＥREF_Ｔoc3751２８458\h2HYＰEＲLINK２.传感器ﻩPＡＧEREＦ＿Ｔｏｃ37５128４61\h3HYＰERLINK＼ｌ”_Toｃ375１284６2”３．温度穿管器DS18B20ﻩＰAGEREF_Toc3７５12８４62＼ｈ４HYPERLINK＼l"_Tｏc３７5128463＂4.智能温度报警系统ﻩＰＡＧＥREF_Toc3７５1284６３\h5ＨYPERLIＮＫ\l”_Toｃ37５1２84６4＂三、设计过程ﻩPAGＥＲEＦ_Ｔoc3７512８46４\h６HＹＰＥＲLINK(2)报警电路的连接ﻩPＡGEREF_Toc37512８469\h８HYPＥRＬINK＼l"_Toc375１28470"（3）键盘的连接ﻩPＡＧＥＲEＦ_Toc37512８470\ｈ８HYPＥRLIＮＫ\l”_Toc37５128471＂（4）温度传感器的连接 ＰAGERＥF_Tｏc3７５1２84７1\ｈ9ＨYＰEＲＬINK４.单片机程序设计ﻩPＡGEREＦ_Toc37５1284７2\h９ＨＹＰＥRLIＮK\l＂_Toｃ3751２8473”(1）主程序设计ﻩＰAGＥREＦ_Ｔoc３7512８47３＼h9HYPERLIＮK\ｌ”_Toc375128４７4”（2)LＣD1602显示函数设计 PＡGEＲＥF_Toc３75１2８４74\h10HYPERLINK\l＂_Tｏc375１２８４75"（3）传感器读取温度数据函数ﻩPAGEＲEF＿Toc375１284７5\h10ＨYPＥRLIＮＫ\l＂_Toc37512８476"（４)键盘函数设计ﻩPAGEREＦ＿Ｔoｃ37５１２84７6\h１０ＨＹPERLINK＼l”＿Tｏc37５12８４77”（5)推断函数设计ﻩＰAGEREF_Toｃ3７５128４77＼h1０HＹPERＬＩNＫ四、结论ﻩPＡＧEＲEＦ_Toc３７５1２8480\h12HYＰＥRLINＫ\ｌ"＿Ｔoc３75１284８１＂五、参考文献ﻩＰＡＧＥＲＥF_Toｃ３7512８4８1\h１3ＨＹPERLＩＮＫ\l”＿Toｃ3７５128482"六、附录ﻩＰAGＥREF_Ｔoc3７5１28４８２\h14ＨYPＥRLＩNK附录二温度掌握报警器PＣＢ原理图 PＡGEＲEＦ＿Toc375１28484\h14HYＰERLINK\ｌ”_Toｃ3751２8４85”附录三温度掌握报警器实物图ﻩＰAＧEREF＿Toc37512８48５＼h15HＹＰＥＲLINＫ＼l＂_Toc375128４86”附录四温度掌握报警器程序ﻩPAＧEＲEF_Toc375128486＼h1６一、设计的目的和意义:通过课程设计，使同学进一步熟识理论对实践的指导作用,激发同学学习理论知识的热忱。同学们以实际工作者的身份，直接参加生产过程(包括组织、管理、设计研发、标准规范、实际生产、测试、封装…）。既可运用已有的知识技能，又可学习拓展新的知识，增加自己的岗位阅历技能,获得能力上的飞跃。本课题“基于单片机掌握的温度报警器设计与制作”是一个以单片机为掌握核心的温度自动测量系统。其讨论意义如下:它是一个单片机系统，对它的设计和制作可以灵敏运用在单片机课程中所学的知识，并使之得到巩固和提高。单片机在现实生活中应用格外普遍,掌握这方面知识对今后从事此类工作的同学来说是一项不行或缺的技能。它的测温部分采纳了没过Daｌlas半导体公司的DS1８B2０，一线式数字式温度传感器,DＳ1８Ｂ20是新一代的测温器件,具有很多优点,它正在逐步取代传统的测温元件--－-－－热敏电阻和热电偶。它的主要优点是把温度转换、A／D转换和数据的串行通讯集成为一体,而且它的体积很小,格外便于构成多点测温系统。它的最终目标是完成一个实际应用的产品,所以它的设计开发过程完全依据实际仪器产品的设计制造过程进行.讨论课题的同时积累了很多实际阅历，对以后的实践会有很大帮助。二、设计原理及规模：温度掌握是工业掌握的重要组成部分，而温度测量又是温度掌握当中重要的一环。本课题“智能温度报警器的设计"主要讨论以一个单片机为掌握核心的温度自动测量系统.本设计是一个基于单片机的温度测量电路,在单片机的电路设计中，单片机可以测量电信号。单片机的借口信号是数字信号，要用单片机作为掌握器测量温度这类非电信号，就要使用温度传感器将温度信号转换为电流或者电信号输出,如果转化的信号是模拟信号,还需要进行A/D转化，以满意单片机接口的需要。进步联想到可以采纳始终温度传感器DＳ18B20,ﻩ此传感器,可以很容易直接读取被测温度值，进行转换,成功的进行温度采集以后,进可以利用单片机进行数据处理，然后通过 ｌｃd将温度显示出来,就可以满意设计要求，硬件部分主要包括:测温电路、传感电路以及测温电路与单片机的借口、报警电路与单片机的借口等组成的.下面将对其做一些介绍。温度传感器采纳DS1８B20,掌握器采纳AT8９Ｃ５１，显示电路采纳LCＤ1600液晶显示器实现。１.AT８９Ｃ5１单片机ＡT８9C5１单片机是美国AＴＭＥL公司生产的低电压,高性能CMOＳ

8位单片机，片内含有４K

bytes

可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和1２8

bｙｔｅｓ的随机存取数据存储器(ＲAM），器件采纳公司的高密度、非易如失性存储技术生产，兼容标准ＭCS-５1指令系统，片内置通用8位中央处理器(ＣPＵ）和Ｆｌasｈ存储单元,功能强大。它的主要性能参数如下:

（１)与ＭCS-５1产品指令系统完全兼容；（２）4K字节可重擦Flａsh闪速存储器；

（3）100０次擦写周期;

(4)全静态操作；(5)三级加密程序存储器;

(6）128*8字节内部RAM；

（7）32个可编程Ｉ／O口线；

(8）2个１６位定时/计数器；

(9)6个中断源；

(１0)可编程串行ＵＡＲT通道;

(1１）低功耗空闲和掉电模式

；２．传感器传感器是指设计到系统中的一种装置。它把特定参数转换为便于测试分析的形式.传感器有两种类型：一是无源传感器：除被测信号外，不要求施加电源的传感器；二是有源传感器：除被测信号外,要求施加电源的传感器。传感器的灵敏度对系统分辨率必须是适当的，信号输出形式应适应测试系统要求.并且有足够的频率响应；应避开使用需要校准（初始校准或者其他校准）的传感器；全部传感器均需要采纳良好的设计准则进行设计。必要时采纳滤波或者屏蔽,以使电磁辐射造成的干扰最少。

在工业掌握和电子测量中,温度传感器是实现温度测量和掌握的关键部件,

它起着至关重要的作用.温度传感器,依据其使用方式通常分为接触法与非接触法两类。接触法是指测温元件与被测物体直接接触。由热平衡原理可知,两个物体接触后，经过足够长时间的热交换会达到热平衡,此时它们的温度相等。其优点是，温度计与被测物体有良好的热接触,测温精准度较高。缺点是用接触法测温时，感温元件要与被测物体接触,往往要破坏被测物体的热平衡状态,并受被测介质的腐蚀作用，此外如果测温元件与被测物体接触不良会引起测量误差，因此,对测温元件的结构、性能要求苛刻。

非接触法师利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度的。它的优点是：不与被测物体接触，也不转变被测物体的温度分布,热惯性小，因此这种方法测温上限很高,通常用来测定１000℃以上的移动、旋转或反应飞快的高温物体的表面温度。其缺点是测量温度比较低，使用不便利。温度传感器是一种将被测物体的温度变化这种非电物理量信号按肯定规律转换为电量变化的装置,它是利用金属、合金或者半导体材料与温度有关的特性。依据温度传感器输出信号的模式，可大致划分为３大类：模拟式温度传感器、规律输出温度传感器、数字式温度传感器。传统的模拟温度传感器,如热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度值经过肯定的测量接口电路转换后输出模拟电压或电流信号,再将进一步处理，然后利用模数转换器将其转换为掌握器可以处理的数字信号,即可

由掌握器读取。一个完整的温度采集系统包括以下几部分:温度传感器、测量电路、模拟信号处理电路、Ａ/Ｄ转换电路以及单片机.

而在实际中,有些不需要进行严格的温度值测量，只需测量其是否超出某一设定范围，然后输出跳变信号进行掌握,一旦温度超出所规定的范围,则发出报警信号。例如可以启动或关闭风扇、空调、加热器或其他掌握设备,此时可选用规律输出式温度传感器。LM５6、MAS6５01-MAX6５０4、MAX650９/6510是这种类型的典型代表。

随着集成电路的不断进展,消灭了数字式的温度传感器

,它是微电子技术、计算机技术和自动检测技术（ＡTE）的结晶，可以将待测环境的温度模拟量直接转化为单片机能够处理的数字量信号。数字温度传感器把模拟传感器温度采集系统测量电路、模拟信号处理电路、A／D转化电路和其他功能的单元（如存储器或寄存器）集成到一起，就构成具有数字输出能力的数字温度传感器。

数字温度传感器依据输出信号的不同可分为3类：时间输出的温度传感器，如AD公司的TＭP０3／０4;频率输出的单线温度传感器,如MＡＸ657７;数值输出的温度传感器，数值输出的单线温度传感器直接以串行方式输出芯片测出的简略温度数值，所以其时序格外重要。3．温度穿管器DS18B２0ＤＡＬＬAS公司的ＤS18Ｂ20就是这样一种独特的温度传感器。它只需要一个接口引脚即可通信，可用数据线供电，并具备多点测温能力。由于DS18B20组成的温度测控系统格外便利,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A／D转换器及其它简洁外围电路的缺点，占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和规律电路。从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简洁，而且成本低，体积小，牢靠性高。因此这次设计选用ＤＳ18B２0作为温度传感器。

DS1８B２０数字温度传感器是美国DALLＡS公司推出的一线式数字温度传感器。它将地址线、数据线、掌握线合为一线双向串行传输数据的信号线，并允许在这根信号上挂多个DS１８B2０,可组成网络多点测温检测系统。DS1８B2０具有如下特性:

（１）

具有三引脚PR－35封装形式;

(2）

具有独特的单总线接口方式，CPU只需一根端口就能与ＤS1８B20通信；

(3）

温度测量范围为-５５℃－－-125℃,测温分辨率可达０．０6２５℃；

（４)

被测温度用可编程为９位—12位A／D转换精度的数字量串行输出；

(5）

电压范围在3.0—5。5V；

（６）

具有负电特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁,只是不能正常工作。４。智能温度报警系统主要由电源、键盘、数字温度传感器、单片机、显示装置和报警装置等基本模块组成。本课题是利用一种新型的可编程温度传感器ＤS18B20,它能代替模拟温度传感器和信号处理电路,直接与单片机沟通,完成温度的采集和数据的处理.较之原始的温度处理器它具有系统结构简洁、抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量等优点。它的三个引脚,一个接电源,一个接地，另外一个可以直接与单片机连接。键盘一般分为独立式按键和行列式按键两类。可采纳４＊4行列矩阵结构。显示器模块显示电路使用ＬED数码管显示器，采纳静态显示方法。报警电路报警电路主要由蜂鸣器和变色二极管构成。主要功能如下:（1)用户可以自行设定温度的上限和下限(2)当温度超过上限或者下限时，可以通过发光二极管以及蜂鸣器实现自动报警。（3）当温度低于设定下限时，通过外拓继电器电路掌握加热棒实现温度提升。三、设计过程１．方案设计本设计是一个基于单片机的温度测量电路,传统的温度检测系统采纳热敏电阻等温度敏感元件，热敏电阻虽然成本低，但是需要后续信号处理、Ａ/D转换处理等才能将温度转换成数字信号，不但电路简洁，牢靠性和精度也相对较低，在应用中还需要解决引线误差补偿、干扰等问题，故传统方案不行取。进而格外容易考虑到使用温度传感器，在单片机电路设计中，单片机除了可以测量电信号外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量,能独立工作的单片机温度检测、温度掌握系统已经广泛的应用于很多领域。单片机的接口信号是数字信号,要用单片机作为掌握器测量温度这类非电信号,就要使用温度传感器将温度信息转换为电流或者电压信号输出，如果转化的信号是模拟信号，还需要进行A／D转化，以满意单片机接口的需要。进一步联想到可以采纳一只温度传感器DＳ18Ｂ20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，成功地进行温度采集以后，就可以利用单片机进行数据处理，然后通过LCD将温度显示出来,就可以满意设计要求。硬件部分设计主要包括:测温电路、传感器电路及测温电路与单片机的接口、报警电路与单片机的接口等组成的。

本设计中，温度传感器采纳ＤS18Ｂ2０，掌握器采纳AT89S51,显示电路采纳ＬCＤ１6０2液晶显示器实现,总体方框图如下：ＬCＤ显示器单片机ＡT8９C51ＬCＤ显示器单片机ＡT8９C51ＤS18Ｂ20ＤS18Ｂ20指示灯。扫描驱动指示灯。扫描驱动电源报警电路温度控制电路电源报警电路温度控制电路2。温度掌握的实现系统工作时先由使用者设定预期达到的两位温度值,温度值输入后,打开电源，单片机自动复位,进行初始化,这时ＬＥＤ显示器显示预先设定好的温度，然后温度检测电路将测点的温度输入单片机，经软件滤波后作为实测温度，此后显示器将始终显示实测温度。若实测温度高于或低于设定温度时，则通过报警电路点亮LEＤ灯并打开蜂鸣器报警.若在设定温度范围内，则系统保持不变.3.系统模块（１）89C51单片机与LCD16０２图一单片机与LCD16０2的连接AT89Ｃ51与显示模块LＣD１60２连接形成显示电路，接通电源后,DS18B20将采集到温度传送给主掌握器AT８9C５1,主掌握器进行计算、转换等工作之后把数据传给LCD1６０2模块,则LCD1602显示屏上会显示出当前的温度。此时我们按下各功能键可以依据自己的需要进行温度HIGH和LOＷ值的设置，在LCＤ1602显示屏幕上会消灭设置的值，另外进行测试时相关温度值也会直接消灭在LCD１６０２屏幕上,一目了然。（2)报警电路的连接图二报警电路的连接报警信号与蜂鸣器信号分别连接单片机的P3.5与P3。６口掌握LED灯的闪烁与蜂鸣器的报警装置。(３）键盘的连接图三键盘的连接S1,S2,S3分别连接P1。0,P１。1，P１．２口实现数字增加,削减和确定的功能。(４）温度传感器的连接图四温度传感器的连接DS18B２0的I／O口与单片机的Ｐ3。4连接实现温度数据的传送。4.单片机程序设计(1)主程序设计主程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理DS18Ｂ20测量的当前温度值,送入主掌握器进行数据处理并转换为数字信号后进行显示，其流程图如下所示。图五主程序流程图系统软件采纳C语言编写.在中断服务程序中，实现用户输入以及上位机的接口功能;在主程序中,实现温度传感器网络的自动搜寻、猎取温度信息，并依据预先设定的温度上下限,实现相应的报警功能。该系统中，依据不同的分辨率要求，可通过编程设定,该流程可满意高精度设计要求。（2）ＬCD1602显示函数设计在测得温度后,将温度数据转换为十进制数的温度表示，然后再通过查表调用液晶1６０２显示在液晶上，这里面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。本子函数中主要包括ＬCＤ初始化部分，字符输出部分,数据输出部分等。（3）传感器读取温度数据函数该函数包括传感器的初始化,并读出RAM中的9字节,在读出时将前两位温度数据赋值给输出数据作为该函数的反馈（4）键盘函数设计本函数通过检测P１。３口的点击次数确定温度是否设定完成，在第一次上升沿到来之前反复扫描P１。1及P1.2口的按键是否被点击，从而分别将预先设定的最高温度与最低温度的值分别进行加减操作（5)推断函数设计本函数主要掌握蜂鸣器与报警电路连接端口的输出,该函数可以调用传感器的温度数据与键盘函数中保存的预设温度进行比较。若不在设定范围则掌握LEＤ与蜂鸣器报警(6）读温度流程图六读温度流程图ﻫ读温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CＲC校验校验有错时不进行温度数据的改写，如上图。(７）显示模块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，然后再通过查表调用液晶1６02显示在液晶上，这里面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。首先要对LCD进行初始化设置,写入报警温度的上、下限值,同时进行温度比较,若当时温度在设定的上下限范围内,则系统无反应，若温度超过上、下限温度，则蜂鸣器报警。四、结论本设计所介绍的温度计报警器与传统的温度计相比，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以进行报警,该系统主要用于对测温比较精准的场所，或科研实验室使用。它结构简洁，不需外接元件，可由用户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要掌握温度的地方。DS18Ｂ２0集温度测量、Ａ／D转换于一体，具有体积小、动态范围宽、测量精度高、单总线结构、直接与ＣPＵ接口等特点。经试验，基于ＡT89S51单片机和ＤS18B2０的温度测量仪,设计简洁,掌握便利,测量精准，测温范围宽，另外，利用单总线具有很强的扩展性，还可以组建多点的温度检测网络。因此，基于AＴ８9C５１单片机和ＤS18B２０的温度测量仪,具有广泛的应用前景。目前，该类产品已在温度掌握系统中得到了广泛的应用。故该设计意义较为深远.同时，该方案具有安装便利、数字化程度高、精度高、适应性强等特点，在多种温度检测系统中都具有重大意义.本设计实现了利用单片机以及ＤＳ18B20进行温度报警器的制作，通过这次设计，使我接触到了很多之前没有学习过的理论知识而且使我在电路知识方面有很大提高,学习并掌握了单片机应用的基本知识以及温度传感器DＳ18B20等芯片的使用方法;通过动手实践操作，将理论知识应用于实际，使自己的知识更加生动丰富，经过一段时间的学习和制作,最终完成了利用单片及DＳ１8Ｂ20实现温度报警器制作的设计.五、参考文献[１］严芸。浅谈温度传感器的现状与进展[Ｊ]．大众科技,20０6，（5）：38－3９．[2]谭浩强。C程序设计［M].清华高校出版社，1999．［3]杨小川.PｒｏtelDＸＰ设计指导教程［M］。清华高校出版社,2０03．[4］贵国庆。LＣD１602液晶显示秒表［Ｊ]．电子制作,２006。(4）:５9－6１．［［５］朱蕤、张常年。基于AＴ８9C51单片机的温度传感器掌握电路[D］．北方工业高校,２０06．［6]黄继昌．传感器工作原理及应用实例[M］。人民邮电出版社.1９98.［7]周航慈。单片机程序设计基础[M］.北京航空航天高校出版社.２０03．[8］谢宜仁.单片机有用技术问答［M］.人民邮电出版社。20０３。[9］朱善君．单片机接口技术与应用［Ｍ］.清华高校出版社．２005．［10]郭亨礼．传感器有用电路[M］.上海科学技术出版社。19９2．［11］谢宜仁．单片机有用技术问答[M].人民邮电出版社．20０3。[1２]肖来胜。单片机技术有用教程［Ｍ］．华中科技高校出版社．２00４。[１3］Tｒansistorｓpecifiｃationsｍaｎｕａｌ．ＨoｗａｒdW.Ｓａmｓ＆Co。,Inc［M].１972.六、附录附录一温度掌握报警器原理图附录二温度掌握报警器PCB原理图附录三温度掌握报警器实物图附录四温度掌握报警器程序#inｃlｕde＜ｓｔdｉo.ｈ〉//标准输入输出＃inｃlude〈ｉnｔｒｉｎs．h＞#include"lcｄ1602。h”#ｉｎclｕde＂ds18b2０．ｈ”＃iｎclude＂kｅｙ。h"＃iｎclude"juｄgｅ．h＂voｉｄIniｔTｉmer０（voiｄ)｛TＭＯＤ=０ｘ01;TＨ0＝０x０D8;TＬ0=０ｘ０F0；ﻩﻩ//计时1０msEA=1；EＴ０＝1;ＴＲ0=1;｝/**＊＊*＊＊*＊*＊*＊＊＊＊****＊＊*＊****＊＊***＊＊**＊*＊**＊＊＊*＊＊**＊*＊*＊＊＊*＊*＊**＊*＊//*主函数＊/／＊*＊＊＊**＊**＊＊＊*＊*＊＊****＊＊*＊＊*＊＊*＊*＊＊＊＊＊*＊＊*＊*＊*＊****＊＊＊＊*＊＊＊＊＊*＊＊**/ｖｏｉdmaｉn(voｉd）｛ﻩP3=０Ｘ0０；ﻩstaｒt＿disp（）;ﻩｗhilｅ（!staｒt_flaｇ）ﻩ{ﻩﻩｋeｙ（）； 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