2022年毕业设计方案——数字温度计显示设计方案.docx
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1、数字温度计显示设计作者:指导老师:安徽农业高校工学院08机械设计制造及其自动化合肥 230036摘要: 随着现代化信息技术的飞速进展,单片机技术已经非常普及,在实时检测和自动掌握的单片机应用系统中,单片机往往是作为核心部件来使用;本论文介绍了一种以单片机 AT89S52为主要掌握器件,以 DS18B20为温度传感器通过 LED屏传送数据,实现温度显示的新型数字温度计;该数字温度计的测量范畴为 -10 120,显示辨论率为 0.1 ,误差 0.10 ;由于采纳了温度传感器 DS18B20作为检测元件,与传统的温度计相比,本文设计的数字温度计削减了外部的硬件电路,具有读数便利,测温范畴广,测温精确
2、,数字显示,适用范畴宽等特点; DS18B20温度计仍可以在高温报警、远距离多点测温掌握等方面进行应用开发;该系统结构简洁,抗干扰才能强,适合于各种环境下进行现场温度测量,可广泛应用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系 统;关键词:单片机 AT89S52;温度传感器 DS18B20;LED显示屏等;1 引言随着现代信息技术的飞速进展和传统工业改造的逐步实现,人们在生产过程中会越来越关注精密而有用的仪器,能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域;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、生活等供应更好更便利快捷的设施就需要从单片机技术入
3、 手,一切向着数字化掌握,智能化掌握方向进展;1.1 讨论背景目前温度计的进展很快,从原始的玻璃管温度计进展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等,温度计中传感器是它的重要组成部分,它的精度、灵敏度基本打算了温度计的精度、测量范畴、掌握范畴和用途等;传感器应用极其广泛,目前已经研制出多种新型传感器;传统的温度检测以热敏电阻为温度敏锐元件;热敏电阻的成本低,但需后续信号处理电路,而且牢靠性相对较差,测温精确度低,检测系统也有肯定的误差;本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数便利,测温范畴广, 测温精确,数字显示,适用范畴宽等特点,主要用于对测温比较精确的场
4、所或科29 / 26研试验室使用,可广泛用用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系统;目前,该产品已在温控系统中得到了广泛使用;因此本设计就尝试通过编程与芯片的结合来解决传统数字温度计的弊端,设计出新型数字温度计;1.2 讨论现状温度传感器的进呈现状:温度传感器使用范畴广,数量多,居各种传感器之首,其进展大致经受了以下 3 个阶段:1、传统的分立式温度传感器 含敏锐元件)热电偶传感器, 主要是能够进行非电量和电量之间转换;2、模拟集成温度传感器 / 掌握器,集成传感器是采纳硅半导体集成工艺制成的, 因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器;3、智能温度传感器;它是微电子技术、运算机技术
5、和自动测试技术ATE_)的结晶;智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D 传感器、信号处理器、储备器 或寄存器)和接口电路;2 总体设计方案2.1 设计思路本设计是一个基于单片机 AT89S51的数字温度计和温度传感器 DS18B20的设计,用来测量环境温度,测量范畴为 -10 120,显示辨论率为 0.1 ,误差 0.5 . 整个设计系统主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计;硬件电路主要包括主掌握器,测温电路和显示电路等;主掌握器采纳单片机AT89S51,温度传感器采纳美国 DALLAS半导体公司生产的 DS18B20来实现环境温度的采集和A/D 转换,同时因其输出为数字形式,且为串行输出
6、,这就便利了单片机进行数据处理,但同时也对编程提出了更高的要求;单片机把采集到的温度进行相应的转换后,显示电路采纳 LED显示器以动态扫描法直读显示;系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,写入温度子程序等;2.2 总体设计框图本系统采纳单片机作为微掌握器,如图2.1 ;单片机用 AT89S51、温度传感器用 DS18B2,0 采纳 12MHZ晶振,电源采纳 5V;该电路经过设计分析、绘图、仿真调试、制板、焊接等工作后温度计成形;采纳数字温度芯片 DS18B20测量温度,输出信号全数字化;便于单片机处理及掌握,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固, 它能用做工业测温元件
7、,此元件线形较好;在0100 摄氏度时,最大线形偏差小于 1 摄氏度; DS18B20的最大特点之一采纳了单总线的数据传输,由数字温度计 DS18B20和微掌握器 AT89S51构成的温度测量装置 , 它直接输出温度的数字信号, 可直接与运算机连接;这样 , 测温系统的结构就比较简洁 , 体积也不大;采纳52 单片机掌握,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规律掌握,而且体积小,硬件实现简洁,安装便利;稳压电源电路时钟芯片电路温度探测单元主掌握单元温度数字显示温度掌握输出数据储存单元图 2.1总体设计框图2.3 所用主要元器件单片机 AT89S51一个,温度传感器 DS18B
8、20一个, 12MHz晶振一个, LED显示屏一个,电源一个,排阻一个,USB一个,电阻电容及导线如干;3 硬件设计3.1 单片机的挑选AT89S51作为温度测试系统设计的核心器件;该器件是INTEL公司生产的MCS一 5l 系列单片机中的基础产品,采是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含 8k bytes的可反复擦写的 Flash 只读程序储备器和 256 bytes的随机存取数据储备器 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 位中心处理器和 Flash 储备单元, AT89S51单片机在电子行业中有着广泛的应
9、用;单片机小系统的电路图如图3-1-1 所示;图 3.1单片机小系统电路3.1.1 AT89S51 单片机的主要特性 :1)兼容 MCS-51指令系统, 4K 字节可编程闪耀储备器;2)8k 可反复擦写 大于 1000 次) Flash ROM;3)寿命为 1000 次写/ 擦周期,数据保留时间可 10 年以上;4)全静态工作模式: 0Hz-33Hz;5)三级程序储备器锁定;6)128*8 位内部 RAM, 32 可编程 I/O 线;7)两个 16 位定时器 / 计数器, 6 个中断源;8)全双工串行 UART通道,低功耗的闲置和掉电模式;9)低功耗闲暇和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能;10
10、 )有 PDIP、PQFP、TQFP及 PLCC等几种封装形式,以适应不同产品的需求;3.1.2 引脚功能及管脚电压AT89S51为 8 位通用微处理器,采纳工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的 89S52相同;如图 3.2 所示;图 3.2 AT89S51 引脚图1)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 P0 写“1”时,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
11、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;2)P1 口P1 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 ;与 AT89C51不同之处是, P1.0 和 P1.1 仍可分别作为定时 / 计数器 2 的外部计数输入P1.0/T2 )和输入 P1.1/T2EX),参见表 3.1 ;Flash 编程和程序校验期间, P1 接收低 8 位地址;表 3.1 P1.0和 P1.1 的其次功能引脚号P1.0 P1.1功能特性T2,时钟输出T2EX定时/ 计数器 2)3)P2 口P2是一个带有内部上拉电阻的 8 位
12、双向 I/O 口, P2 的输出缓冲级可驱动 ;在拜访外部程序储备器或 16 位地址的外部数据储备器 例如执行 MOVXDP指TR 令)时, P2 口送出高 8 位地址数据;在拜访 8 位地址的外部数据储备器 如执行MOVXR指I令)时, P2 口输出 P2 锁存器的内容;Flash 编程或校验时, P2 亦接收高位地址和一些掌握信号;4)P3 口P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口;P3 口输出缓冲级可驱动 吸取或输出电流) 4 个 TTL规律门电路;对 P3口写入“ 1”时,它们被内部上拉 电阻拉高并可作为输入端口;此时,被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流IIL
13、);P3 口除了作为一般的 I/O 口线外,更重要的用途是它的其次功能;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;5)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;6)ALE/PROG当拜访外部程序储备器或数据储备器时,ALE地址锁存答应)输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节;一般情形下, ALE仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号,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PRO)G ;如有必要,可通过对特
14、殊功能寄存器 SFR)区中的 8EH 单元的 D0 位置位,可禁止 ALE操作;该位置位后,只有一条 MOVX和 MOVC指令才能将 ALE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禁止位无效;7)PSEN程序储存答应 PSEN)输出是外部程序储备器的读选通信号,当AT89C52 由外部程序储备器取指令 或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲;在此期间,当拜访外部数据储备器,将跳过两次PSEN信号;8)EA/VPP外部拜访答应;欲使 CPU仅拜访外部程序储备器 地址为 0000HFFFFH), EA 端必需保持低电平 接地);需留意的是:假如加密位L
15、B1 被编程,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是使用 12V 编程电压 VPP;9)XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端;10)XTAL2振荡器反相放大器的输出端;3.2 温度传感器的挑选DS18B20温度传感器是美国 DALLA公S司推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且具有耐磨耐 碰,体积小,使用便利,封装形式多样等特点,适用于各种狭小空间设备数字测温顺掌握领域;3
16、.2.1 DS18B20 的主要特性1)适应电压范畴更宽,电压范畴: 3.0 5.5V ,在寄生电源方式下可由数据线供电;2)特殊的单线接口方式, DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯;3)DS18B20支持多点组网功能,多个 DS18B20可以并联在唯独的三线上,实现组网多点测温;4)DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内;5)温范畴 55 125,在 -10 +85时精度为 0.5 ;6)可编程的辨论率为912 位,对应的可辨论温度分别为 0.5 、0.25 、0.125 和 0
17、.0625 ,可实现高精度测温;7)在 9 位辨论率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字, 12 位辨论率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快;8)测量结果直接输出数字温度信号,以“一线总线”串行传送给CPU,同时可传送 CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错才能;9)负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作;3.2.2 DS18B20 的实物图如图3.3图 3.3 DS18B20 实物图3.2.3 DS18B20 使用中留意事项DS18B20虽然具有测温系统简洁、测温精度高、连接便利、占用口线少等优点,但在实际应用中也应留意以下几方面的问题:1)较小的硬
18、件开销需要相对复杂的软件进行补偿,由于DS18B20与微处理器间采纳串行数据传送,因此,在对 DS18B20进行读写编程时,必需严格的保证读写时序,否就将无法读取测温结果;在使用PL/M、C 等高级语言进行系统程序设计时,对 DS18B20操作部分最好采纳汇编语言实现;2)在 DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题,简洁使人误认为可以挂任意多个DS18B20,在实际应用中并非如此;当单总线上所挂 DS18B20超过 8 个时,就需要解决微处理器的总线驱动问题,这一点在进行多点测温系统设计时 要加以留意;3)连接 DS18B20的总线电缆是有长度限制的;试验中,当采
19、纳一般信号电缆传输长度超过 50m 时,读取的测温数据将发生错误;当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时,正常通讯距离可达150m,当采纳每 M绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时,正常通讯距离进一步加长;这种情形主要是由总线分布电容使信 号波形产生畸变造成的;因此,在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考 虑总线分布电容和阻抗匹配问题;,同时芯片的性能也有所降低;因此,在条 件答应的场合,尽量采纳外供电方式;无论是内部寄生电源仍是外部供电,I/O 口线要接 5K 左右的上拉电;在这里采纳前者方式供电;DS18B20与芯片连接电路如图 3.4 所示:图 3.4 DS18B20 和单片机的接口
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