数字温度计单片机控制系统的设计毕业论文.doc
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1、 江苏省徐州机电工程高等职业学校毕业设计姓 名: 学 号: 系 部: 电气工程系 专 业: 机电一体化 设计题目: 数字温度计单片机控制系统的设计 指导教师: 职 称: 2012年05月江苏徐州机电工程高等职业学校毕业设计任 务 书系部 电气工程系 专业年级 07高职机电一体化(三)班 学生姓名 任务下达日期:2011年 3月 10日毕业设计日期: 2011年 3 月10 日至 2012 年 5 月 10 日毕业设计题目: 单片机数字温度计的设计 毕业设计主要内容和要求:主要内容:要求用所学知识,查阅资料,掌握数字温度计的设计原理,基于AT89S52单片机和温度传感器DS18B20设计一个性能
2、稳定的温度计。毕业设计要完成相应的电路设计图,并进行调试,达到设计要求。设计要求:1、提供设计方案和元器件的参数。2、设计原理和依据要系统正确。3、设计的温度计能进行普通的温度测量。系主任签字: 指导教师签字:江苏徐州机电工程高等职业学校毕业设计指导教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):本论文介绍了本论文介绍了AT89S52单片机和温度传感器DS18B20的工作原理和功能特性,利用AT89S52单片机和温度传感器DS18B20,设计了一个数
3、字温度计。该生通过毕业设计掌握了相关的理论知识,锻炼了实践操作技能,完成了相应的设计任务,毕业设计的内容正确,设计的数字温度计具有一定的理论和实际参考价值。同意答辩。成 绩: 指导教师签字: 年 月 日江苏徐州机电工程高等职业学校毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日江苏徐州机电工程高等职业学校毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原
4、则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩答辩委员会主任签字: 年 月 日系部领导小组综合评定成绩系部领导小组负责人: 年 月 日摘 要温度是一种最基本的环境参数,人民的生活环境与温度息息相关,因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义。温度测量在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用,而且随着科学技术的发展对温度测量的应用范围愈来愈广。利用单片机技术的温度测控系统以其体积小,可靠性高而被广泛采用。由于AT89S52单片机可以直接应用在对温度测量的各种测温器件。本文就介绍了一种基于单片机的温度测量的方法。用此方法所设计的数字温度计,结构简单,体积较小,可靠性高,操作方便,测量精度高,只需接通电源便可
5、进行及时有效的温度测量,在各行各业均具有较广泛的用途,发展前景良好。关键词:单片机 、DS18B20 、基于单片机的数字温度计采用温度传感器DS18B20作为测温元件用来满足温度测量、采用的显示模块为SMC1602A液晶显示器。目 录1 方案论证 11.1 系统功能定义 11.2总体方案 12 系统硬件电路 22.1 系统硬件框图 22.2 测温模块 22.2.1 DS18B20的主要特征 22.2.2 DS18B20的工作原理 32.3 主控模块 32.3.1 主控模块功能分 32.3.2 AT89S52芯片的功能特性 42.4 显示模块 52.5 报警模块 62.6 电路原理图的绘制和电路
6、的焊接 72.6.1 PROTEL简介 72.6.2电路的焊接 73 系统软件设计 83.1主控程序设计.83.2温度信息的采集 83.3 温度的显示控制 .114 调试与总结 14感言 .15致谢 .16参考文献 .17附录1 系统主程序 18 江苏省徐州机电工程高等职业学校2012届毕业设计 第页1 方案论证1.1 系统功能定义根据设计要求,可以先大致勾勒出要完成设计,需要几个模块具有如下图所示的的能, 图1.1功能模块框图 1.2 总体方案 通过对系统功能的定义,可以将基于单片机的数字温度计采用温度传感器DS18B20作为测温元件用来满足温度测量,并将温度信号经由其本身所具有的A/D转换
7、功能,转换成数字信号经单片机处理显示于液晶显示器,从而完成温度的测量和显示。 整个系统控制将由AT89S52单片机芯片为核心构成。选用DS18B20作为测温元件,SMC1602A作为显示器件,各个检测信号、显示信号可由单片机的I/O口进行。 设计任务:用单片机设计一个测温范围在55125的数字温度计。设计要求:完成该系统的软硬件设计,学习掌握单片机采集温度的设计方法提高学习新知识、新技能的能力,培养独立设计的能力。 2 系统硬件电路设计2.1 系统硬件框图根据系统功能要求,可以先大致勾勒出完成任务所需的系统硬件框图如下: 图2.1 硬件结构框图 主控模块采用性价比较高的单片机芯片,在其内部将预
8、设好的程序储存,可通过程序的运行控制测温模块进行测温,测温模块主要是由DS18B20构成,将其与所测对象进行接触即可获取被测对象的温度数据,报警模块只有当温度超出预定值时才会工作,而所测得的温度将通过显示模块的液晶显示器以数字形式显示。2.2 测温模块 本设计的测温元件采用的是DS18B20测温元件,DS18B20是由DALLAS(达拉斯)公司生产的一种温度传感器。超小的体积,超低的硬件开消,抗干扰能力强,精度高,附加功能强,使得DS18B20很受欢迎。这是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。DS18B20数字温度计提供9位(二进制)温度读数,指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS
9、18B20或从DS18B20送出,因此从单片机到DS18B20仅需一条线连接即可。它可在1秒钟(典型值)内把温度变换成数字。2.2.1 DS18B20的主要特征有以下几点: l 全数字温度转换及输出; l 先进的单总线数据通信; l 最高12位分辨率,精度可达土0.5; l 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒; l 可选择寄生工作方式; l 检测温度范围为55+125; l 内置EEPROM,限温报警功能; l 64位光刻ROM,内置产品序列号,方便多机挂接; l 多样封装形式,适应不同硬件系统。 DS18B20芯片其封装结构如下: 图2.2 DS18B20芯片封装结构图 由其引脚可看出
10、,其3 个引脚: GND为电压地直接接地;DQ为单数据总线用来与单片机相连接,本系统中DQ与单片机P2.2接口连接,仅此一个连接就能保证DS18B20与单片机之间的数据交换;VDD引脚接电源电压12。 2.2.2 DS18B20的工作原理: DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上,从而抗干扰力更强。一个工作周期可分为两个部分,即温度检测和数据处理。 18B20共有三种形态的存储器资源,分别是:ROM 只读存储器,用于存放DS18B20ID编码,其前8位是单线系列编码(DS18B20的编码是19H),后面48位是芯片唯一的序列号,最后8位是以上56的位的CRC码(冗余校验)。
11、数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM, RAM 数据暂存器,用于内部计算和数据存取,数据在掉电后丢失,DS18B20共9个字节RAM,每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息,第3、4个字节是用户EEPROM(常用于温度报警值储存)的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器,是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的,同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体,用于存放长期需要保存的数据,上下限温度报警值和校验数据,DS18B20共3位E
12、EPROM,并在RAM都存在镜像,以方便用户操作。我们在每一次读温度之前都必须进行复杂的且精准时序的处理,因为DS18B20的硬件简单结果就会导致软件的巨大开消。2.3 主控模块2.3.1主控模块功能分析 在本系统中,主控模块居于非常重要的地位。它是整个系统的中枢,系统运行所需的每个操作指令都要由其发出。它一方面控制着测温模块进行温度信息的采集,另一方面也控制着显示模块的工作。最重要的是,由测温模块所采集到的温度信息必须经由主控模块的处理才能在显示模块上显示,从而使整个系统进行正常的运转和工作。针对以上分析本系统主控模块中的单片机芯片采用了AT89S52芯片,此芯片功能强大,能够完全满足系统运
13、行的需求。2.3.2 AT89S52芯片的功能特性 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器, 具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 其主要性能如下: l 与MCS-51单片机产品兼容 l 8K字节在系统可编程Flash存储器 l 1000次擦写周期 l 全静态操作:0Hz33Hz l 三级加密程序存储器
14、 l 32个可编程I/O口线 l 三个16位定时器/计数器 l 八个中断源 l 全双工UART串行通道 l 低功耗空闲和掉电模式 l 掉电后中断可唤醒 l 看门狗定时器 l 双数据指针 l 掉电标识符 AT89S52引脚结构 图2.3 AT89S52引脚结构图4在本系统中,将DS18B20的单数据总线与单片机的P2.2端口相连,用一根数据线就完成了测温模块与单片机芯片的连接。2.4 显示模块本系统最突出的特点就是能方便直观地对所测温度进行读取,因此显示模块的选取极为重要。在本系统中所采用的显示模块为SMC1602A液晶显示器。液晶显示器以其直观的显示模式,简单的软件设计从而得到了很多人的认可,
15、逐渐占据主流地位,因此选用液晶显示器也更能体现当下较为先进的技术。其主要技术参数:表2.1 SMC1602A技术参数表 SMC1602A是LCD1602中的一种,它一共有16个引脚,各引脚接口信号说明如下: 表2.2 SMC1602A引脚说明表 SMC1602A的714引脚经过一个上拉排阻与单片机的P0口相连,第3引脚上届一个滑动变阻器,用来调整液晶显示器的偏压信号。 其基本操作时序共有4个状态分别是:1读状态:输入:RS=L,RW=H,E=H 输出:D0D7=状态字2 写指令:输入:RS=L,RW=L,D0D7=指令码,E=高脉冲 输出:无3 读数据:输入:RS=H,RW=H,E=H 输出:
16、D0D7=数据4 写数据:输入:RS=H,RW=L,D0D7=数据,E=高脉冲 输出:无 状态字说明:表2.3 SMC1602A状态字说明表STA7 D7 STA6 D6STA5 D5STA4 D4STA3 D3STA2 D2 STA1 D1STA0 D0 表2.4 SMC1602A状态字功能表STD0-6当前数据地址指针的数值STA7读写操作使能1: 禁止 0:允许 对控制器每次进行读写操作之前,都必须进行读写检测,确保STA7为0.控制器内部带有808位(80字节)的RAM缓冲区,对应关系如图所示: 图2.5 SMC1602A内部RAM缓冲区对应关系图 3 2.5 报警模块本系统中报警模块
17、采用的是蜂鸣器报警,蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。在电路中用字母“H”或“HA”(旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等)表示。蜂鸣器的结构原理1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后(1.515V直流工作电压),多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号,阻抗匹配器推动压电蜂鸣
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