采矿工程毕业设计.docx
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采矿工程毕业设计
摘要
一般传感器都是纯硬件的器件,但有一些传感器需要软件的支持,结合我从事的工作内容,选择了软硬结合的数字显示温度的设计,根据此设计可以做出一个实际的数字显示温度计。
本文介绍一种新型的数字温度测试设备的设计思想及主要实现功能。
本系统结构简单、实用性强,通过温度传感器对外界环境的温度的采集,处理,显示,实现了对监测对象的实时监控,超标报警。
关键词:
自动控制模块化结构实时处理多测点测量
ABSTRACT
Generalsensorispurehardwaredevices.Buttherearesomesensorstosoftwaresupport.Combinedwithmyjobcontent,choosesofthardcombinationofthedigitaldisplaytemperaturedesign.Accordingtothisdesignwecanmakeapracticaldigitaldisplaythermometer.Thispaperintroducesanewtypeofdigitaltemperaturetestequipmentdesignthoughtandmainfunction.Thesystemstructureissimpleandverypractical.Throughthetemperaturesensorontheoutsideenvironmenttemperatureofthecollection,processing,display,realizetheobjectmonitoringthereal-timemonitoring,andtheoverweightalarm.
Keywords:
Automaticcontrolmodularstructurereal-timeprocess
muchpointmeasurement
1.引言
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,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数单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。
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,该设计控制器使用单片机AT89S51,测温传感器使用DS18B20,用3位共阳极LED数码管接收传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。
随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,工作,科研,各个领域,已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计,本温度计属于多功能温度计,可以设置上下报警温度,当温度不在设置范围内时,可以报警。
2.数字温度计总体设计方案
温度的测量在实际的生产、生活中具有十分重要的意义。
温度作为一种最基本的环境条件参数,与工业、农业、养殖业的生产以及医学乃至人们的日常生活都是紧密相关的。
因此,对于温度的测量方法与装置的研究就凸显得非常的重要。
由单片机与温度传感器构成的温询系统可广泛应用于很多领域。
本文讨论单总线数字集成温度传感器DS18B20的特点、工作原理和实用方法,以及用单片机AT89S52对DS18B20的编程实测温度测量。
传统的温度传感器系统大都采用放大、调理、A/D转换,转换后的数字信号送入计算机处理,处理电路复杂、可靠性相对较差,占用计算机的资源较多。
DS18B20是一线制数字温度传感器,它可将温度信号直接转换成串行数字信号送给微处理器,电路简单,成本低,每一只DS18B20内部的ROM存储器都有唯一的64位序列号,在1根地址/信号线上可以挂接多个DS18B20,易于扩展,便于组网和多点测量。
需要考虑以下3个方面:
(1)温度传感器芯片的选择;
(2)单片机和温度传感器的接口电路设计;
(3)控制温度传感器实现温度信息采集以及数据传输的软件
设计思路:
大多单片机接口输入的信号是数字信号,或有带A/D转换的高端单片机也可以输入模拟信号。
有单片机获取非电信号的温度信息,必须通过温度传感器。
传统的温度测量多以热敏电阻作为温度传感器。
但是,热敏电阻的可靠性较差。
测量温度精度低,而且还需经A/D转换成数字信号后才能由单片机进行处理。
因此,实用数字温度传感器可简化硬件设计、方便单片机读取数据、节约成本。
2.1数字温度计设计方案论证
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,感温电路比较麻烦。
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,就可以满足设计要求。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。
方案二的总体设计框图:
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89S51,温度传感器采用DS18B20,用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示
图1 总体设计方框图
3.数字温度计详细设计
3.1主控制器AT89S51
3.1.1AT89S51的特点及特性:
AT89S85如图2所示有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。
图2AT89S85
此外,AT89S85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
3.1.2管脚功能说明:
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,每脚可吸收8TTL门电流。
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。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0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口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
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。
在FLASH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,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,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。
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,可接收输出4个TTL门电流。
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(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
P3口管脚备选功能
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)
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。
ALE/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FLASH编程期间,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SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC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。
/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信号将不出现。
/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。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
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。
3.1.3振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3.1.4芯片擦除:
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
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
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