基于单片机的测温系统设计文档格式.docx
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基于单片机的测温系统设计文档格式.docx
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通过DS18B20直接读取被测温度值,进行数据转换,能够设置温度上下限来设置报警温度。
并且在到达报警温度后,系统会自动报警。
本文设计是从测温电路、主控电路、报警电路等几个方面来分析说明的。
该器件可直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。
另外,该温度计还能直接采用测温器件测量温度。
从而简化数据传输与处理过程。
此设计的优点主要体现在可操作性强,结构基础简单,拥有很大的扩展空间等。
关键词:
单片机;
温度传感器;
温度计;
报警;
摘要1
2.1数字温度计设计方案论证2
2.1.1方案一2
2.1.2方案二2
2.2系统总体设计2
2.3系统模块4
2.3.1主控制器4
2.3.2显示电路5
2.3.3温度传感器5
2.3.4报警温度调整按键6
第3章硬件设计7
3.1测温和控制电路7
3.2显示控制电路10
4.1主程序流程图13
4.2读出温度子程序14
4.3温度转换命令子程序14
4.4计算温度子程序14
4.5显示数据刷新子程序14
4.6按键扫描处理子程序15
参考文献19
附录1源程序20
第1章概述
1.1课程设计的意义
本次课程设计是在我们学过单片机后的一次实习,可增加我们的动手能力。
特别是对
单片机的系统设计有很大帮助。
本课程设计由两个人共同完成,在锻炼了自己的同时也增强
了自己的团队意识和团队合作精神。
1.2设计的任务和要求
1、基本范围-50℃-110℃
2、精度误差小于0.5℃
3、LED数码直读显示
4、可以任意设定温度的上下限报警功能
第2章系统总体方案及硬件设计
2.1数字温度计设计方案论证
2.1.1方案一
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温
度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算,感温电路比较麻烦。
而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。
2.1.2方案二
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常
容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,电路简单,精度高,软硬件都以实现,而且使用单片机的接口便于系统的再扩展,满足设计要求。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,费用较低,可靠性高,软件设计也比较简单,故采用了方案二。
2.2系统总体设计
温度计电路设计总体设计方框图如图2.2-1所示,控制器采用单片机AT89S51,温度传感器采用DS18B20,用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图2.2-1总体设计方框图
图2.2-2系统仿真图
2.3系统模块
系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。
2.3.1主控制器
单片机AT89S51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。
晶振采用12MHZ。
复位电路采用上电加按钮复位。
图2.3.1-1晶振电路
图2.3.1-2复位电路
2.3.2显示电路
显示电路采用4位共阴极LED数码管,P0口由上拉电阻提高驱动能力,作为段码输出并作为数码管的驱动。
P2口的低四位作为数码管的位选端。
采用动态扫描的方式显示。
图2.3.2数码管显示电路
2.3.3温度传感器
DS18B20温度传感器是美国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的性能特点如下:
1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能
3、无须外部器件;
4、可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
5、零待机功耗;
6、温度以9或12位数字;
7、用户可定义报警设置;
8、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;
9、负电压特性,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;
DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式,如图4所示单片机端口接单线
总线,为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。
图2.3.3温度传感器与单片机的连接
2.3.4报警温度调整按键
本系统设计三个按键,采用查询方式,一个用于选择切换设置报警温度和当前温度,另外两个分别用于设置报警温度的加和减。
均采用软件消抖。
图2.3.4按键电路
第3章硬件设计
3.1测温和控制电路
(1)测温
测温使用的DS18B20是典型的应用单总线技术的器件。
独特的一线接口,只需要一条口线通信
多点能力,简化了分布式温度传感应用
无需外部元件
可用数据总线供电,电压范围为3.0V至5.5V
无需备用电源
测量温度范围为-55°
C至+125℃。
华氏相当于是-67°
F到257华氏度
-10°
C至+85°
C范围内精度为±
0.5°
C
温度传感器可编程的分辨率为9~12位温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒用户可定义的非易失性温度报警设置
应用范围包括恒温控制,工业系统,消费电子产品温度计,或任何热敏感系统描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位(可编程设备温度读数。
信息被发送到/从DS18B20通过1线接口,所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。
为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量,不需要外接电源。
因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号,多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。
这使得温度传感器放置在许多不同的地方。
它的用途很多,包括空调环境控制,感测建筑物内温设备或机器,并进行过程监测和控制。
设备(主机或从机)通过一个漏极开路或三态端口,连接至该数据线,这样允许设备在不发送数据时释放数据总线,以便总线被其它设备所使用。
单总线端口为漏极开路,其内部等效电路如图1所示。
单总线要求外接一个约5k的上拉电阻;
这样,单总线的闲置状态为高电平。
不管什么原因,如果传输过程需要暂时挂起,且要求传输过程还能够继续的话,则总线必须处于空闲状态。
位传输之间的恢复时间没有限制,只要总线在恢复期间处于空闲状态(高电平)。
如果总线保持低电平超过480μs,总线上的所有器件将复位。
另外,在寄生方式供电时,为了保证单总线器件在某些工作状态下(如温度转换期间、EEPROM写入等)具有足够的电源电流,必须在总线上提供强上拉[1]。
(2)控制
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点:
40个引脚,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
主要功能特性:
·
兼容MCS-51指令系统
4k可反复擦写(>
1000次)ISPFlashROM
32个双向I/O口
4.5-5.5V工作电压
2个16位可编程定时/计数器
时钟频率0-33MHz
全双工UART串行中断口线
128x8bit内部RAM
2个外部中断源
低功耗空闲和省电模式
中断唤醒省电模式
3级加密位
看门狗(WDT)电路
软件设置空闲和省电功能
灵活的ISP字节和分页编程
双数据寄存器指针
引脚功能说明
VCCT:
电源电压
GND:
地
P0口:
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口;
作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或者程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用;
在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时要求外接上拉电阻
P1口:
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口;
P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路,对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口;
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低会输出一个电流。
Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址
P2口:
P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口;
P2的输出缓冲级可驱动个(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路,对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口;
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX
@DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据;
在访问8位地址的外部数据存储器
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 测温 系统 设计