2022年基于AT89C51单片机控制的八路温度采集与显示系统方案设计书.docx

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1、精品学习资源学 生 姓 名学号系、年级专业指 导 教 师职称欢迎下载精品学习资源摘 要在实际生产和生活等各个领域中，温度是环境因素不行或缺的一部分，对温度进行准时精确的掌握和检测显得尤为重要；本次设计在掌握成本的前提下，设计了一款高精度、可同时检测八路温度并由液晶显示器对各路温度值进行显示的温度检测显示系统；该系统以 AT89C51 为掌握核心，采纳可编程单总线数字式温度传感器 DS18B20 进行温度采集，八路温度值由 LM041L 液晶显示器显示；系统正常运行时，其测温范畴为 -55 +125 ，该系统在现代电子工业飞速进展的时期有良好的应用前景；关键词： AT89C51 ；多路；温度检测

2、；显示欢迎下载精品学习资源AbstractTemperature is an essential of environmental factors in our actual production ， livingand many other fields. It s particularly important to control and detect the temperature promptly and exactly.It has designed a high precision temperature testing system in the base of lost con

3、trol, which can inspect eight route temperature at one time and show each route of temperature by LCD. AT89C51is adopted as controlcore in this system. Its sensors fortemperature is single bus digitalDS18B20, sending temperature to LM041LLCD to display. When it operates normally, ittesmperature rang

4、esfrom-55 to +125 , the system has a good applicationprospect inthe morden period whenelectronics industry developing rapidly.Keywords：AT89C51；Manyroutes；TemperatureDetection；Display欢迎下载精品学习资源目 录摘要IAbstractII目录I1 绪论21.1 课题的来源21.2 课题的目的21.3 课题的意义22 八路温度采集显示系统总体方案设计32.1 确定设计流程图42.2 八路温度采集显示系统方案论证42.3

5、确定总体设计方案73 八路温度采集显示系统硬件设计83.1 AT89C51 单片机的特点及引脚说明83.2 温度采集模块硬件设计错误！未定义书签；3.3 显示模块硬件设计错误！未定义书签；3.4 报警模块硬件设计错误！未定义书签；3.5 串行口上位机通信模块设计错误！未定义书签；3.6 片外程序储备器的扩展错误！未定义书签；4 八路温度采集显示系统软件设计错误！未定义书签；4.1 温度采集模块软件设计错误！未定义书签；4.2 单片机处理模块软件设计错误！未定义书签；4.3 显示模块软件设计错误！未定义书签；4.4 报警模块软件设计错误！未定义书签；4.5 串行口上位机通信模块软件设计错误！未定

6、义书签；5 八路温度采集显示系统仿真调试及结果错误！未定义书签；5.1 Proteus 与 Keil Visi联on合仿真错误！未定义书签；5.2 Proteus 与 Keil 联合仿真结果错误！未定义书签；结论错误！未定义书签；参考文献错误！未定义书签；附录 1 系统仿真所用元器件清单错误！未定义书签；附录 2 系统仿真 C 语言程序清单错误！未定义书签；附录 3 系统仿真电路原理图错误！未定义书签；致谢错误！未定义书签；欢迎下载精品学习资源1 绪论1.1 课题的来源在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不行或缺的一部分，对温度进行准时精确的掌握和检测显得尤为重要；比如消防电气的非破

7、坏性温度检测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，在医院的监护中也用到温度的测量，化 工、机械等设备温度过热检测，土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长，以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等等；总之，现代电子工业的飞速进展对温度检测的智能化精确度要求越来越高；1.2 课题的目的通过本次设计，我们对高校四年所学课程将做出一个总结，对各门课程均将有更深化的明白，更加娴熟的把握设计方案的提出，设计流程的规划以及各器件的硬件连和软件编程，并且能够更加娴熟的操作Proteus仿真软件，真正培育出科学的思维方式和敏捷解决问题的才能，为以后实际工作奠定良好的基础；在本

8、次设计终止后，我们将得到一款能够同时检测显示八路温度的多点智能测温系统，当某一路或某几路温度值超过设定的上限值或者下限值时，报警电路中的蜂鸣器鸣响且提示闪亮，使操作者能够准时发觉问题并掌握温度回到额定温度范畴内；该系统运行稳固，操作简便，应用敏捷，能够在当代农业、工业、医疗以及日常生活中得到良好的应 用；1.3 课题的意义温度掌握系统在国内各行各业的应用虽然已经特别广泛，但从生产的温度掌握器来讲，总体进展水平仍旧不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距；目前，我国在这方面总体技术水平处于20 世纪 80 岁月中后期水平，成熟产品主要以“点位 ”掌握及常规的 PID 掌握器为主；它只能

9、适应一般温度系统掌握，难于掌握滞后、复杂、时变温度系统掌握；而适应于较高掌握场合的智能化、自适应掌握外表，国内技术仍不特别成 熟，形成商品化并在外表掌握参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品；但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，仍没有开发出性能牢靠的自整定软件；掌握参数大多靠人工体会及现场调试确定；国外温度掌握系统进展快速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果；日欢迎下载精品学习资源本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度掌握器及仪器外表，并在各行业广泛应用；它们主要具有如下的特点：一是适应于大惯性、大滞后等复杂温度掌握系统的掌握；二是能够适应于受控

10、系统数学模型难以建立的温度掌握系统的掌握；三是能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度掌握系统的掌握；四是温度掌握系统普遍采纳自适应掌握、自校正掌握、模糊掌握、人工智能等理论及运算机技术， 运用先进的算法，适应的范畴广泛；五是温控器普遍具有参数自整定功能；借助运算机软件技术，温控器具有对掌握对象掌握参数及特性进行自动整定的功能；有的仍具有自学习功能，能够依据历史体会及掌握对象的变化情形，自动调整相关掌握参数，以保证掌握成效的最优化；六是具有掌握精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点；目前，国内外温度掌握系统及外表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速进展；本课题设计的系统符合当代科学进展的趋势，

11、能够满意现代生产生活的需要，其测温效率高，具有较强的稳固性和敏捷性；便利快捷的实现了多路温度采集并显示，该系统用液晶显示器节约了空间且显示成效好，报警电路同时包含了蜂鸣器和提示灯，能更好的引起操作者的警觉，在实际生产中能够降低由于温度超过额定范畴引发的事故，有良好的有用 性，在国内外都具备良好的应用前景；2 八路温度采集显示系统总体方案设计欢迎下载精品学习资源2.1 确定设计流程图在熟识课题，明确任务的基础上，查阅相关资料，理清设计思路，综合考虑总的设计时间和各部分设计所需时间，最终打算将本次设计分五大步进行；（1）熟识课题，明确任务，查阅相关资料，确定总体设计方案；（ 2）依据各部分的功能划

12、分功能模块，确定每一模块的硬件组成，合理选取具有相应功能的器件；（ 3 ）进行硬件设计，把各器件组成相应功能的模块，并把各功能模块进行电气连接，形成总的功能系统；（4）进行软件设计，编写程序，实现各模块功能，使整个系统能够良好的运行；（ 5）进行仿真调试，检查各模块功能能否完全实现，综合考虑系统的敏捷性、稳固性、误差大小及测温效率调整各器件的各项参数；使系统的处在正确性能状态；经分析总结，确定总的设计流程如图2.1 所示；开头总体设计方案功能模块划分系统设计软件设计硬件设计仿真调试图 2.1 设计流程图2.2 八路温度采集显示系统方案论证2.2.1 单片机的选取如采纳 8031 芯片，其内部没

13、有程序储备器，需要进行外部扩展，这给电路增加了复杂度，且占用空间增大；但是假如采纳 AT89C51 单片机为掌握核心优点凸显，51 系列微处理器基于简化的嵌入欢迎下载精品学习资源式掌握系统结构，被广泛应用于从军事到自动掌握再到PC 机上的键盘上的各种应用系统上，仅次于 Motorola68HC11 在 8 位微掌握器市场上的销量，很多制造商都可供应51 系列单片机，像 Intel Philips Siemens等，这些制造商给51 系列单片机加入了大量的性能和外部功能，像 I2C 总线接口，模拟量到数字量的转换，看门狗，PWM 输出等，不少芯片的工作频率达到40M ，工作电压下降到1.5V ；

14、基于一个内核的这些功能使得51 系列单片机很适合作为厂家产品的基本构架，它能够运行各种程序而且开发者只需要学习这一个平台1 ；比较这两种方案，综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用其次种方案，选用 AT89C51 单片机为核心处理器；2.2.2 温度传感器的选取传感器是信号输入通道的第一道环节，也是打算整个测试系统性能的关键环节之一；由于传感技术的进展特别快速，各种各样的传感器应运而生，所以对传感器的正确选用显得尤为重要；而众多传感器对微机化测控系统有较大的影响；当今应用较多的传感器大致可以分为以下几种 2 ：（ 1）大信号输出传感器；为了与 A/D 输入要求相适应，传感器厂家设计制造一

15、些特地与A/D 相配套的大号输出传感器；通常是把放大电路与传感器做成一体，使传感器能直接输出 0 5V 、0 10V 或0 2.5V 要求的信号电压，把传感器与相应的变送器电路做成一体，构成能输出 4 20mA 直流标准信号的变送器；对于大电流输出，只要经过简洁I/V 转换即可变为打信号电压输出；对于大信号电压可以经A/D 转换，也可以经 V/F 转换送入微机，但后者响应速度较慢；（ 2）集成传感器；集成传感器是将传感器与信号调理电路做成一体；例如，将应变片、应变电桥、线性化处理、电桥放大等做成一体，构成集成压力传感器；采纳集成传感器可以减轻输入通道的信号调理任务，简化通道结构；（ 3）光纤传

16、感器；这种传感器其信号拾取、变换、传输都是通过光导纤维实现的，防止了电路系统的电磁干扰；在信号输入通道中采纳光纤传感器可以从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰；（ 4）数字式传感器；数字式传感器一般都采纳频率敏锐效应器件构成，也可以是由敏感参数 RLC 构成的振荡器，或模拟电压输入经V/F 转换等，因此，数字量传感器一般都是输出频率参量，具有测量精度高、抗干扰才能强，便于远距离传送等优点；此外，采纳数字量传感器时，传感器输出假如满意TTL 电平标准，就可直接接入运算机的I/O 口或中断入口；欢迎下载精品学习资源如何依据详细的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量

17、时第一要解决的问题；当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了；测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理，因此在设计过程中选取温度传感器要留意一下几点：（ 1）依据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行 项详细的测量工作，第一要考虑采纳何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定；由于，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用， 哪一种原理的传感器更为合适，就需要依据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些详细问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式仍是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产

18、仍是进口，价格能否承担，仍是自行研制；（ 2）灵敏度的挑选通常，在传感器的线性范畴内，期望传感器的灵敏度越高越好；由于只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理；但要留意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也简洁混入，也会被放大系统放大，影响测量精度；因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量削减从外界引入的串扰信号（ 3）频率响应特性传感器的频率响应特性打算了被测量的频率范畴，必需在答应频率范畴内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有 定推迟，期望推迟时间越短越好；传感器的频率响应高，可测的信号频率范畴就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯

19、性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低；（ 4）线性范畴传感器的线形范畴是指输出与输入成正比的范畴；以理论上讲，在此范畴内，灵敏度保持定值；传感器的线性范畴越宽，就其量程越大，并且能保证肯定的测量精度；在挑选传感器时，当传感器的种类确定以后第一要看其量程是否满意要求；但实际上，任何传感器都不能保证肯定的线性，其线性度也是相对的；当所要求测量精度比较低时，在肯定的范畴内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的便利；（ 5）稳固性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的才能称为稳固性；影响传感器长期稳固性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境；因此，要使传感

20、器具有良好的欢迎下载精品学习资源稳固性，传感器必需要有较强的环境适应才能；在挑选传感器之前，应对其使用环境进行调查，并依据详细的使用环境挑选合适的传感器，或实行适当的措施，减小环境的影响；（ 6）精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节；传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满意整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高；这样就可以在满意同一测量目的的诸多传感器中挑选比较廉价和简洁的传感器；假如测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用肯定量值精度高的；假如是为了定量分析，必需获得精确的测量值，就需选用精度等级能满意要求

21、的传感器；对某些特别使用场合，无法选到合适的传感器，就需自行设计制造传感器；自制传感器的性能应满意使用要求；显而易见，数字式温度传感器在本设计中的应用优点突出，综合考虑以上选取留意事项，本设计采纳 DS18B20 单总线数字式温度传感器对温度信号进行采集；2.2.3 显示器的选取显示系统是单片机掌握系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，以便使现场工作人员能够准时把握生产过程；工业掌握系统中常用的显示器件有CRT、LED 、LCD等， CRT 不仅可以进行字符显示，而且可以进行画面显示，和运算机协作使用，可特别便利地实现生产过程的治理和监视，但由于CRT 体积大，价格昂贵，所以只适用于大

22、型微机掌握系统；在中小型的掌握过程中，为了使工作人员能够在现场直接看到生产情形和报警信号，常常选用LED和 LCD作为显示器件； LED和 LCD都具有体积小，功耗低，响应速度快，易于匹配，牢靠性高和寿命高等优点； LCD 是一种功耗极低的显示元件，在外表和低功耗应用系统中的使用较多，而 LED虽然成本低廉，也用于单片机掌握系统中；但是现实数值位数及精度受到LED 数量多少的限制，本设计要同时显示八路温度，如用LED 显示需求片数太多，不仅总成本没有降低，而且体积增大，观看不便；所以，本系统采纳LCD 液晶显示 3 ；2.3 确定总体设计方案通过对设计任务及相关芯片的深化明白，最终打算本设计采

23、纳AT89C51 单片机作为掌握器，选用单总线数字温度传感器DS18B20 对温度进行采集，采纳164 字符的 LCD 显示器一起构成八路温度采集与显示系统，使得系统可以检测-55 +125范畴内的温度，选欢迎下载精品学习资源择辨论率为12 位，使用液晶显示器对八路温度进行循环显示，考虑到测温精度，设置显示数值精确到 0.1，并且设置温度上下限，当某一路或几路温度值超过上下限温度时，报警电路中的蜂鸣器鸣响，提示灯亮；依据各模块要实现的功能及其各模块的结构特点，设计 其总体结构如图 2.2 所示；XTL1XTL2LCD显示DS18B20.AT89C51串行端口上位机DS18B20图 2.2 八路

24、温度采集与显示系统结构图3 八路温度采集显示系统硬件设计3.1 AT89C51 单片机的特点及引脚说明3.1.1 AT89C51 单片机的特点AT89C51 是美国 ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8 位单片，内含4Kbytes的 可反 复 擦 写 的 只 读 程 序 存 储 器 （ EPROM ） 和 128 bytes 的 随 机 存 取 数 据 存 储 器欢迎下载精品学习资源（RAM ），器件采纳 ATMEL 公司的高密度、非易失性储备技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中心处理器（ CPU ）和 Flash 储备单元，功能强大的 AT89C51 单

25、片机可供应很多高性价比的应用场合，可敏捷应用于各种掌握领域，该芯片形状结构及引脚如图 3.1 所示 4 ；U119XTAL118XTAL29RSTP0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6P0.7/AD73938373635343332293031PSEN ALEEAP2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14P2.7/A15212223242526272812345678P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.

26、6P1.7P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WRP3.7/RD1011121314151617AT89C51图 3.1 AT89C51 形状结构及引脚AT89C51 单片机主要性能参数为：（ 1）与 MCS-51 产品指令系统完全兼容；（2）4K 字节可重擦写 Flash 闪速储备器；（ 3 ） 1000 次擦写周期；（4）全静态操作：0Hz 24Hz ；（ 5）三级加密程序储备器；（6） 1288 字节内部RAM ；（ 7） 32 个可编程 I/O 口线；（ 8） 2 个 16 位定时 /计数器；（9） 6 个

27、中断源；（ 10）可编程串行 UART 通道；（ 11）低功耗闲暇和掉电模式8 ；AT89C51 供应 4K 字节 Flash 闪速储备器， 128 字节内部 RAM ， 32 个 I/O 口线，两个16 位定时 /计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器准时钟电路；同时， AT89C51 可降至0Hz 的静态规律操作，并支持两种软件可选的节电工作模式；闲暇方式停止CPU 的工作，但答应RAM ，定时 /计数器，串行通信口及中断系统连续工作；掉电方式储存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他全部部件工作直到下 一个硬件复位；3.1.2 AT89C51 单片机引脚

28、功能说明欢迎下载精品学习资源（ 1）Vcc ：电源电压；（ 2）GND ：地；（ 3）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，每位能吸取电流的方式驱动8 个 TTL规律门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用；在拜访外部数据储备器或程序储备器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在拜访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；（ 4）P1 口： P1 口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（吸取或输出

29、电流） 4 个 TTL 规律门电路；对端口写“1，”通过内部的上拉电阻把端口拉倒高电平，此时可做输入口；做输入口输入时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL ）； Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址；（ 5）P2 口： P2 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（吸取或输出电流） 4 个 TTL 规律门电路，对端口写“1，”通过内部的上拉电阻把端口拉倒高电平，此时可做输入口，做输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输入一个电流（IIL ）；在拜访外部程序储备器或16 位地址的外部

30、数据储备器（例如执行MOVXDPTR指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据；在拜访8 为地址的外部数据储备器（如执行MOVXR1指令）时， P2 口线上的内容（也即特别功能寄存器SFR 区中 R2 寄存器的内容），在整个拜访期间不转变；Flash 编程或校验时， P2 亦接受高位地址和其它掌握信号；（ 6）P3 口： P3 口是一个带有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口， P3 口的输出缓冲级可驱动（吸取或输出电流）4 个 TTL 规律门电路；对端口写“1”时，它们被内部上拉电阻拉高 并可作为输入端；作输入端时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL ）； P3 口除了作为一般

31、的 I/O 口线外，更重要的用途是它的其次功能，如表3.1 所示；表 3.1 P3 口其次功能端口引脚其次功能P3.0RXD 串行输入口 P3.1TXD 串行输出口 P3.2（外部中断 0）P3.3（外部中断 1）P3.4T0 （定时 /计数器 0）P3.5T1 （定时 /计数器 1）欢迎下载精品学习资源P3.6（外部数据储备器写选通）P3.7（外部数据储备器读选通）P3 口仍接收一些用于Flash 闪速储备器编程和程序校验的掌握信号（ 7）RST ：复位输入；当振荡器工作时， RST 引脚显现两个机器周期以上高电平将使单片机复位；（ 8） ALE/：当拜访外部程序储备器或数据储备器时， AL

32、E （地址锁存答应）输出脉冲可用于锁存地址的低八位字节；即使不拜访外部储备器， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的；要留意的是：每当拜访外部数据储备器时将跳过一个ALE 脉冲；对Flash 储备器编程期间，该引脚仍用于输入编程脉冲（）；如有必要，可通过对特别功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作；该位置置位后，只有一条MOVX和 MOVC 指令 ALE才会被激活；此外，该引脚会被柔弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 无效 8 ；（ 9）：程序储存答应（）输出是外部程序储备器的读选通信号，当

33、 AT89C51 由外部程序储备器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲；在此期间，当拜访外部数据储备器时，这两次有效的信号不显现；（ 10）EA/VPP ：外部拜访答应；欲使CPU 仅拜访外部数据储备器（地址为0000H FFFFH ）， EA 端必需保持低电平（接地）；需留意的是：假如加密位LB1被编成，复位时内部会锁存 EA 端状态；如 EA 端为高电平（接Vcc 端）， CPU 就执行内部程序储备器中的指令； Flash 储备器编程时，该引脚加上+12V的编程答应电源Vpp ，当然这必需是该器件使用 12V 编程电压 Vpp ；（ 10）XTAL1 ：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端；（ 11） XTAL2 ：振荡器反相放大器的输出端；如需全文可联系 QQ 2537024709欢迎下载