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温度检测系统
机电专业课程设计
温度检测系统
学生姓名李晓晓
学院中国矿业大学年级专业2011机电专本扌旨导教师孙长青
完成日期2012年6月
、八、■
刖言
温度是表征物体冷热程度的物理量,是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一,生产过程中常常需要对温度进行检测和监控。
在传统的温度测控系统设计中,往往采用模拟技术进行设计,这样就不可避免地遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题;而其中任何一环节处理不当,就会造成整个系统性能的下降。
采用数字温度传感器与单片机组成的温度检测系统进行温度检测、数值显示和数据存储,体积减小,精度提高,抗干扰能力强,并可组网进行多点协测,还可以实现实时控制等技术,在现代工业生产中应用越来越广泛。
本设计就采用以51单片机为核心,和单总线数字式温度传感器DS18B20模拟出一温度控制系统,当温度没有超过预设温度时数码管显示当前温度,此本系
统就是一个温度计。
当温度超过预设温度时电路中的发光二极管就会闪烁报警,当温度降下时就停止闪烁,此时本系统就是一个温度监控器。
以DS18B20为代
表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D转换于一体,直接输出数字
量,与单片机接口电路结构简单,广泛使用于距离远、节点分布多的场合,具有较强的推广应用价值。
刖言1
1总体设计方案3
1.1设计的目的及意义3
1.2总体设计思路3
1.3总体设计方案设计3
2系统的硬件结构设计4
2.1器件的选择4
2.2电路设计及功能8
2.3单片机的内部资源9
2.4芯片DS18B2C器件介绍10
3系统的软件设计13
3.1设计的流程图13
3.2系统部分程序的设计和分析14
结论16
附录I程序设计17
附录U参考文献21
附录川结束语22
附录W实物照片23
1总体方案设计
1.1设计目的及意义
(1)在学习了三年的课程后,为了加深对理论知识的理解,学习理论知识在实际中的运用,培养动手能力和解决实际问题的经验。
(2)通过实验提高对单片机的认识,通过实验提高焊接、布局、电路检查能力。
(3)通过实验提高软件调试能力。
(4)进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理,通过课程设计,掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。
(5)通过实际程序设计和调试,逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。
(6)熟悉水箱温度控制的工作原理,选择合适的元件,绘制系统电路原理图,运用单片机原理及其应用,进行软硬件系统的设计和调试,加深对单片机的了解和运用,进而提高自己的应用知识能力、设计能力和调试能力。
1.2总体设计思路
本设计以单片机为基础,温度监控系统大致上可以分为以下几个步骤:
1.2.1系统分析过程
(1)根据系统的目标,明确所采用温度监控系统的目的和任务。
(2)确定系统所在的工作环境。
(3)根据系统的工作要求,确定系统的基本功能和方案。
1.2.2系统设计内容
(1)构思设计温度监控系统的工作流程。
(2)对要求设计的系统进行功能需求分析,考虑多种设计方案,比较各方案的特点,并确定合理可行的方案,并设计相应的功能结构。
(3)根据系统的控制要求,选择合适型号的芯片及元器件。
(4)设计以单片机为核心的控制程序。
(5)电路板及其结构的设计。
(6)进行系统的调试,完成最终的设计。
1.3总体设计方案设计
1.3.1系统框图
本设计为无线电控制电路,系统框图如下所示:
图1-1系统框图
晶振电路
复位电路
报警电路
<^=
温度传感器
显示电路
1.3.2系统功能
此设计以单片机为核心的温度监控系统,其功能是:
平常状态下可以做温度计使用。
当温度超过预设温度时二极管会闪烁报警,当温度降下时二极管则停止闪烁。
2系统的硬件结构设计
2.1器件的选择
在本设计系统中用到的主要器件有单片机核心控制器、温度传感器、数码管显示器。
选择合适的器件完成设计任务,目前各半导体公司、电气商都向市场上推出了形形色色的器件,如何选择合适的器件使系统最大的简单化,功能优异化,可靠性强,成本低廉,成为了器件选择的重中之重。
一般来说,选择器件要考虑一下几个方面:
(1)芯片的封装形式。
如DIP(双列直插)封装及表面贴附等。
(2)器件的基本性能参数。
如单片机执行速度、程序储存器容量、I/O口引脚数量等。
(3)芯片的功耗。
如单片机选择能满足低功耗的要求。
(4)供货渠道是否畅通,价格是否低廉。
STC89C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低
功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择,最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路,根据本系统的实际情况,选择STC89C516RD+片机。
温度传感器选择DS18B20显示选择共阴极数码管。
2.1.1单片机(STC89C516RD+的引脚功能图
2
—
I-
7s~~
19-
門4
P1.1
pu
Pk3
P1.4
F'1.5
P1.6
P1.7
RSWPD
P10/RXD
P3.1OXD
P3.2/INT?
P13/IW
F3.4HD
P3.5JI1
P3.6JWR
P3.7/RD
XTAL2>X7XL1
VS8
40
37
35
24
23
22
2T
图2-1STC98C16RD+I脚图
POO/ADOPO.1WD1
PO.3MD3
P0.4ZAD4
PO5/AD5P0.6IAD6P07WD7
EA
NLE
PSENP27fA16F3.6fA14P2.5TA13P24TA12P2,3T.A11P2.2TA10
P21/A9
P2OMB
2.1.2各引脚及功能说明
(1)电源引脚:
Vcc:
40脚正电源脚,工作电压为5V。
GND20脚接地端。
(2)单片机I/O口:
P0口:
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口。
P0口能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。
在FLASH编程时,P0口作为原码输入口,当FALSH进行校验时,P0口输出原码,此时P0口外部必须被拉高。
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。
在FALSH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口。
当P2口被写入“1”
时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
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。
P2口在FLASH
编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
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。
P3口除作I/O口使用外,还有特殊功能如图所示:
表P3口的特殊功能
P3引脚
兼用功能
P3.0
串行通讯输入(RXD
P3.1
串行通讯输出(TXD
P3.2
外部中断0(INTO)
P3.3
外部中断1(INT1)
P3.4
定时器0输入(TO)
P3.5
定时器1输入(T1)
P3.6
外部数据存储器写选通WR
P3.7
外部数据存储器写选通RD
(3)RST复位:
当振荡器复位器件时,要保持RS■脚两个机器周期的高电平时间。
复位可分
为上电复位和手动复位两种,如图所示:
图2-2复位电路
闻)上电复位电路
⑹手动电平复位电路
⑷晶振电路:
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。
晶振电路如图所示:
图2-3晶振电路
⑸ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASHY程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE
脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8E地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOV,
MOV指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
(6)/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN言号将不出现。
(7)/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH,不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
2.1.3单片机最小系统如图所示:
C1
—J]■
--il-■—-■■
20 fern: 严_! ——CRYSTC彳.. XTAL2 RST PO.&/ADO FO.1ZAD1 P0.Z/AP2 PO.37AD3 pg.4.^03 PCI.5/AD5 P0.9/AD& PD.7/AD7 10k F关- CSeZ 1O«—— ■T- 2« PSEN ALE EA F2.-1MF2.2/A10P2.3/A11P2.W12F2.5/A13FE.盼血F-E.7>^15 图2-4单片机最小系统 2.2电路设计及功能 1J1 [P1j F33AHT1 PJ.i/TIl P1S 归sm P1£ P3J&/UR P1.1 P31AB AT3SCS1-: TBT=- PB匚DEFGDP1234 旧11|2灯一«1|5.RR 3 H1 ■^1"£: '■,rI aOifl-T -QM.J« 本设计大体可分为三个部分,即温度采集,数码显示,报警电路。 温度采集部分利用DS18B2进行温度采集,感知温度,后数码显示出温度,若温度超过了预设温度报警电路则启亮发光二极管,闪烁。 整体电路图如下所示: 图2-5温度监控系统电路图 2.3单片机的内部资源 51单片机给用户提供了丰富的内部资源,如定时/计数器,串行口等,而没有中断就无法用到单片机提供的资源。 再者,中断可以提高单片机的工作效率,由于本设计中用到了中断程序,所以我们先介绍一下中断系统。 2.3.1中断系统: 在8位单片机中,51单片机是中断功能较强的一种,它提供了5个中断请求源和两个中断优先级控制。 在计算机运行过程中要处理很多问题,既有主机内部也有外部的,既有预定的也有外设的,面对复杂多变的情况,CP要从容的完成各种任务,必须有中断 功能。 中断系统解决了计算机与外围设备交换信息时,慢速工作的外围设备与快速工作的CPU之间的矛盾,设置了中断就可以提高CPU勺工作效率,具有实时处理功能,使CPI能很快做出反应解决现场的各种参数和状态的变化,还具有故障处理功能,处理工作时故障的中断服务程序,此外还有实现分时操作、程序调试、多机连接等方面。 运行过程如下: 现行程序 继续执行 中断断点 中断 服务程序 图
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