数字温度计单片机技术课程设计.docx
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数字温度计单片机技术课程设计
摘要
随着国民经济的发展,人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。
采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便,简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大的提高产品的质量和数量。
传统的测温元件有热电偶和二电阻。
而热电偶和热电阻测出的一般都是电压,再转换成对应的温度,这些方法相对比较复杂,需要比较多的外部硬件支持。
我们用一种相对比较简单的方式来测量。
我们采用美国DALLAS半导体公司推出的DS18B20作为检测元件,温度范围为-55~125ºC,最高分辨率可达0.0625ºC。
DS18B20可以直接读出北侧温度值,而且采用三线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。
电路采用DS18B20作为温度监测元件,测量范围-50℃-~+120℃,使用LED模块显示,能设置温度报警上下限。
该电路设计新颖、功能强大、结构简单。
关键词温度测量;DS18B20;AT89S52
ABSTRACT
Alongwithnationaleconomydevelopment,thepeopleneedtoeachheatingfurnace、theheat-treatmentfurnace、inthereactorandtheboilerthetemperaturecarryonthemonitorandthecontrol.Notonlyusesthemonolithicintegratedcircuittocometothemtocontrolhasthecontroltobeconvenient,simpleandflexibilitybigandsoonmerits,moreovermayenhancelargescaleisaccusedthetemperaturetechnicalspecification,thuscanbigenhancetheproductthequalityandquantity.
Traditionalthermocoupleandtemperaturecomponentsarethesecondresistor.Thethermocoupleandthermalresistancearegenerallymeasuredvoltage,andthenreplacedbythecorrespondingtemperature,thesemethodsarerelativelycomplex,requiringarelativelylargenumberofexternalhardwaresupport.Weusearelativelysimplewaytomeasure.
WeusetheUnitedStatesfollowingDALLASSemiconducttemperaturesensorDS18B20asthedetectionelement,atemperaturerangeof-55~125ºC,uptoamaximumresolutionof0.0625ºC.DS18B20canbedirectlyreadoutthetemperatureonthenorthside,andthree-wiresystemwithsingle-chipconnectedtoadecreaseoftheexternalhardwarecircuit,withlow-costandeasyuse.
thecircuitsusedDS18B20high-precisiontemperatursensor,measuringscope-50℃-~+120℃,cansetthewarninglimitation,theuseofsevensegmentsLEDthatcanbedisplaythecurrenttemperature.Thepaperfocusesonprovidingasoftwareandhardwaresystemcomponentscircuit,introducedthetheoryofDS18B20,thefounctionsandapplicationsofAT89C51.Thiscircuitdesigninnovative,powerful,canbeexpansionarystrong.
Keywordstemperaturmeasurement;DS18B20;AT89S52
1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍
1.1设计任务
设计一个具有特定功能的数字温度计。
1.2功能要求说明
该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”,进入准备工作状态。
测量温度范围0℃~99℃,测量精度小数点后两位,可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。
1.3总体方案介绍及工作原理说明
1.3.1总体方案介绍
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0—100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AT89S52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AT89S52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AT89S52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,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。
1.3.2工作原理说明
利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值,进行转换的特性,模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值,然后送到单片机中进行数据处理,并与设置的温度报警限比较,超过限度后通过扬声器报警。
同时处理后的数据送到LED中显示。
本课题以是AT89S52单片机为核心设计的一种数字温度控制系统,系统整体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等组成。
系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。
系统框图如图1.2所示。
单
片
机
显示电路
驱动电路
按键输入电路
测温电路
报警电路
时钟电路复位电路
扩展接口:
对时间和温度信息定点存储,并与计算机进行数据交换
图1.2系统基本方框图
2硬件系统的设计
2.1硬件系统各模块功能简要介绍
该数字温度计主要由单片机最小系统、独立式键盘模块、LED显示电路模块、蜂鸣电路模块和DS18B20测温模块组成。
各模块的功能如下:
(1)单片机最小系统
由AT89S52单片机、时钟电路和复位电路构成。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
时钟电路由一个12MHz的石英晶体振荡器和两个33pF的的电容组成振荡电路和分频电路。
复位电路采用上电复位和按键复位结合的方式对电路进行复位,主要是通过RST引脚送入单片机。
单片机最小系统为整个电路的核心。
(2)独立式键盘模块
采用独立式键盘接法,共有8个按键来对电路进行控制。
分别通过上拉电阻接在单片机的P1口线上。
其中S1~S5在本电路中完成各项功能。
(3)LED显示电路模块
采用两个四位一体共阳型数码管显示器进行显示。
由于位控线的驱动电流较大,因此在P2口线上接了8个PNP型三极管提高驱动能力;在单片机的P1口线和P2口线上接了16个470Ω的电阻,这些电阻起限流的作用。
将段控口a--dp接在P0.0--P0.7上,位控口接在P2口线上,实现对显示的控制。
LED显示电路模块主要用来显示温度及报警信息。
(4)蜂鸣电路模块
单片机P3.1口线上接上一个1KΩ电阻然后再通过一个PNP型三极管与蜂鸣器相连接组成蜂鸣器电路,接入PNP型三极管是为了增强蜂鸣器的驱动电流。
蜂鸣电路主要完成超温报警功能。
(5)DS18B20测温模块
单片机P3.0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4.7KΩ电阻来完成对总线的上拉。
2.2温度传感器介绍
DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率,精度为±0.5°C。
可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。
分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EPROM中,掉电后依然保存
温度传感器DS18B20引脚如图2.1所示。
图2.1DS18B20外部封装图
引脚功能说明:
NC:
空引脚,悬空不使用;
VDD:
可选电源脚,电源电压范围3~5.5V。
当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
DQ:
数据输入/输出脚。
漏极开路,常态下高电平。
GND:
为电源地
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。
光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。
64位光刻ROM的排列是:
开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。
光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:
用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625℃/LSB形式表达,其中S为符号位。
这是12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。
例如+125℃的数字输出为07D0H,+25.0625℃的数字输出为0191H,-25.0625℃的数字输出为FF6FH,-55℃的数字输出为FC90H。
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
暂存存储器包含了8个连续字节,前两个字节是测得的温度信息,第一个字节的内容是温度的低八位,第二个字节是温度
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