单片机数字温度计课设.docx
- 文档编号:5108899
- 上传时间:2022-12-13
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:137.44KB
单片机数字温度计课设.docx
《单片机数字温度计课设.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机数字温度计课设.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
单片机数字温度计课设
一引言
选题的背景
随着科技的不断发展,现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长,而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。
在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中,传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器技术,在我国各领域已经引用的非常广泛,可以说是渗透到社会的每一个领域,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。
测量温度的关键是温度传感器,温度传感器的发展经历了三个发展阶段:
①传统的分立式温度传感器
②模拟集成温度传感器
③智能集成温度传感器。
目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的,它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶,特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU)。
课题的主要工作
本课题的研究重点是设计一种基于MCS-51系列单片机的数字温度计控制系统。
利用数字温度传感器DS18B20,此传感器可读取被测量温度值,进行转换。
主要工作如下:
1.设计单片机最小系统(电路包括复位、晶振电路、外扩3个2764共24KROM、3个6264共24KRAM等)
2.设计键盘/显示器接口电路。
3.设计温度测量接口电路
4.通过软件编程实现环境温度的测量和显示(温度显示:
℃)
5.通过键盘可预置温度报警值,实现温度越限报警功能。
设计思路
Ø单片机的接口信号是数字信号。
要想用单片机获取温度这类非电信号的信息,必须使用温度传感器,将温度信息转换为电流或电压输出。
如果转换后的电流或电压输出是模拟信号,还必须进行A/D转换,以满足单片机接口的需要。
二、系统概述
该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成,实现的方法有很多种,下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。
方案选择
方案一
采用热电偶温差电路测温,温度检测部分可以使用低温热偶,热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成(热电偶的构成如图),热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。
通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压,便可推断出检测结点的温度。
数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机,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。
热电偶的优点是工作温度范围非常宽,且体积小,但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点,并且这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
图热电偶电路图
方案二
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AT89C51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。
该系统利用AT89C51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。
系统框图如图所示
DS18B20温度测温系统框图
从以上两种方案,容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小,但是线性误差较大。
方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单,故本次设计采用了方案二。
系统设计原理
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。
DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
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3-3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。
【2】
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DS18B20与单片机的接口电路
三系统硬件设计
89C52单片机
89C52内置8位、512字节内部数据RAM、8k片内(ROM)32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构,一个全双工口,片内时钟振荡电路。
此外,89C52还可工作于低功耗模式,可通过两种选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM、和维持其功能。
掉电模式下,保存RAM数据,时钟振荡停止,同时停止芯片内其它功能。
89C52单片机管脚图
图89C52单片机管脚图
DS18B20介绍
DS18B20引脚如图所示。
图DS18B20引脚图
DS18B20数字温度传感器是一种新型的“一线器件”,其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。
温度测量范围为-55~+125摄氏度,可编程为9位~12位转换精度,测温分辨率可达摄氏度,分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。
被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可以在远端引入,也可以采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。
图4-7DS18B20内部结构
四软件设计
系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序显示子程序等。
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值,温度测量每1s进行一次。
读出温度子程序可以读出RAM中的9字节,然后通过温度转换命令子程序发出温度转换开始命令,计算温度子程序进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定,最后显示数据刷新子程序对显示数据进行刷新。
主程序
图主程序流程图
图读温度流程图
读出温度子程序
读出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。
其程序流程图如图所示
温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms,在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图,如图所示.
图温度转换子程序流程图图 计算温度子程序流程图
计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定,其程序流程图如图所示。
显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作。
当最高显示位为0时,将符号显示位移入下一位,程序流程图如图所示。
温度数据移入显示寄存器
十位数0?
百位数0?
十位数显示符号百位数不显示
百位数显示数据(不显示符号)
结束
N
N
Y
Y
图显示数据刷新流程图
主要设计程序
写DS18B20的程序
WRITE:
MOVR2,#8
CLRC
WR1:
CLR
NOP
NOP
NOP
NOP
RRCA
MOV,C
MOVR3,#35
DJNZR3,$
SETB
NOP
DJNZR2,WR1
SETB
RET
读DS18B20的程序
READ:
MOVR4,#2;将温度高位和低位DS18B20中读
RE00:
MOVR2,#8
RE01:
CLRC
SETB
NOP
NOP
CLR
NOP
NOP
NOP
SETB
NOP
NOP
MOVC,
MOVR3,#35
RE20:
DJNZR3,RE20
RRCA
DJNZR2,RE01
MOV@R1,A
DECR1
DJNZR4,RE00
RET
五、设计体会
温度传感器DS18B20外形像一个小三极管,硬件连接非常简单,应用非常方便。
它不仅能测量温度,而且也是一个ADC转换器,它能将测得的温度信号直接转换成数字信号输入到单片机。
硬件开销较小,相对需要复杂的软件进行补偿,DS18B20软件编程比较复杂,但是可以把复位、读和写3个基本操作的子程序看成是3个固定的基本模块。
总之,设计中使用的温度控制器结构简单、测温准确,具有一定的实际应用价值。
本设计只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例,还有许多需要完善的地方,例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接,以手机短消息的方式发送给用户,使用户能够随时对温度进行监控。
从这次的课程设计中,我真真正正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,学习单机片机更是如此,程序只有在经常的写与读的过程中才能提高,这就是我在这次课程设计中的最大收获。
最后,还要感谢我的指导老师和热心的同学,在他们的帮助下我的毕业设计才能顺利完成,谢谢你们。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机 数字 温度计