数字温度计本科学位论文Word格式文档下载.docx
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年月日
毕业设计日期:
年月日至年月日
毕业设计题目:
数字温度计毕业设计
毕业设计专题题目:
毕业设计主要内容和要求:
系主任签字:
指导教师签字:
江苏徐州机电工程高等职业学校毕业设计
指导教师评阅书
指导教师评语(①基础理论及基本技能的掌握;
②独立解决实际问题的能力;
③研究内容的理论依据和技术方法;
④取得的主要成果及创新点;
⑤工作态度及工作量;
⑥总体评价及建议成绩;
⑦存在问题;
⑧是否同意答辩等):
成绩:
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评语(①选题的意义;
②基础理论及基本技能的掌握;
③综合运用所学知识解决实际问题的能力;
③工作量的大小;
⑤写作的规范程度;
评阅教师签字:
答辩及综合成绩
答辩情况
提出问题
回答问题
正确
基本
正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答
答辩委员会评语及建议成绩
答辩委员会主任签字:
年月日
系部领导小组综合评定成绩
系部领导小组负责人:
摘要
温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域,尤其在热学试验中,有特别重要的意义。
随着人们生活水平的不断提高,,人们对温度计的要求越来越高,传统的温度计功能单一、精度低,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展
数字温度计(DigitalThermometer)简称D温度是许多监控系统中的一个重要参数。
TM,它是采用数字化测量技术,把连续的温度值转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
采用单片机控制的数字温度计,由于精度高、可扩展性强、集成方便、抗干扰能力强,得到了广泛的应用。
本设计以单片机和温度传感器为核心,设计数字温度计。
实现对温度的采集、监视和报警。
在温度采集的实现中,使用了AT89C2051单片机和温度传感器DS18B20,温度监视部分利用动态驱动技术,以单片机驱动4位LED数码管。
温度测量范围-55℃~+125℃,通过按键设置上下限报警温度,并用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到设计要求。
正文还介绍了集成温度传感器DS18B20的原理,AT89C2051单片机功能和应用,给出了硬件系统的各部分电路及相关程序。
关键词:
单片机AT89C2051;
温度传感器DS18B20;
温度;
测量
目录
1引言
2系统设计方案
2.1系统设计要求
2.2系统的组成结构与工作原理
3硬件电路设计
3.1器件选择
3.1.1AT89C2051简介
3.1.2DS18B20简介
3.2系统硬件电路
3.2.1主板电路
4系统软件设计
4.1主程序
4.2读出温度子程序
4.3温度转换命令子程序
4.4计算温度子程序
4.5显示数据刷新子程序
总结
参考文献
致谢
温度是许多监控系统中的一个重要参数。
温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域,尤其在热学试验中,有特别重要的意义。
随着人们生活水平的不断提高,,人们对温度计的要求越来越高,传统的温度计功能单一、精度低,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。
数字温度计(DigitalThermometer)简称DTM,它是采用数字化测量技术,把连续的温度值转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用单片机ATC89C2051,测温传感器使用DS18B20,因其内部集成了A/D转换器,使得电路结构更加简单,而且减少了温度测量转换时的精度损失,使得测量温度更加精确。
数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信,大大减少了接线的麻烦,使得单片机更加具有扩展性。
由于DS18B20芯片的小型化,更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接,故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头,探入到狭小的地方,增加了实用性。
本设计用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到设计要求。
2系统设计方案
本设计中计算机利用单片机对温度传感器采集到的温度数据定时采样,并在数码管上显示,同时将采集到的温度数据通过串口传送到计算机;
计算机在屏幕上显示温度数据,若温度超过一定数值,在显示屏上进行警告提醒,并通过串口向单片机发送指令,单片机收到指令后控制蜂鸣器发音。
设计要求:
基本范围-55℃-125℃;
精度误差小于0.5℃;
LED数码直读显示。
图1温度测控系统结构图
其工作过程为:
单片机定时采集温度传感器所感应到的被测对象的表面温度,并将采集到温度数据显示在数码管上,同时通过串口传送到计算机。
计算机收到单片机传送来的温度数据,在显示屏上显示,同时与计算机软件设置的告警温度值相比较,若高出,则在屏幕上进行告警提示,同时通过串口向单片机发送告警指令,单片机收到指令后,控制蜂鸣器发音,进行告警提示。
系统硬件主要包括:
单片机AT89C2051,传感器DS18B20、LED等。
其中单片机主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能,传感器完成信号的采样功能,LED完成字符、数字的显示功能。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
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AT89C2051是一种高效微控制器。
AT89C2051单片机主要特性有
(1)与MCS-51兼容;
(2)4K字节可编程闪烁存储器;
(3)寿命有1000写/擦循环;
(4)数据保留时间可达10年;
(5)全静态工作:
0Hz-24Hz;
(6)三级程序存储器锁定;
(7)128*8位内部RAM;
(8)32可编程I/O线;
(9)两个16位定时器/计数器;
(10)5个中断源;
(11)可编程串行通道(12);
低功耗的闲置和掉电模式;
(13)片内振荡器和时钟电路。
AT89C2051引脚图如下:
图2AT89C2051引脚图
AT89C2051管脚说明如下:
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,当P1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。
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。
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。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,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,这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C2051的一些特殊功能口:
P3.0RXD:
串行输入口;
P3.1TXD:
串行输出口:
P3.2/INT0外部中断0;
P3.3/INT1:
外部中断1;
P3.4T0:
记时器0外部输入;
P3.5T1:
记时器1外部输入;
P3.6/WR:
外部数据存储器写选通;
P3.7/RD:
外部数据存储器读选通,同时,P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
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。
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。
DS18B20是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
DS18B20具有独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
可通过数据线供电;
温度以9或12位数字;
用户可定义报警设置;
电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作等性能特点。
图3DS18B20内部结构
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图4所示。
头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。
第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图4所示。
低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
CRC
图4 DS18B20字节定义
由表1可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。
因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;
当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。
若T>TH或T<TL,则将该器件内的报警
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